棉织物阻燃整理中的强力保护研究
2019-02-26石月曾涛何陆春段淑雅沈丽朱泉
石月,曾涛,何陆春,段淑雅,沈丽,朱泉
[1.明仁精细化工(嘉兴)有限公司,浙江嘉兴314000;2.广东德润纺织有限公司,广东佛山528306;3.东华大学化学化工与生物工程学院,上海201620]
棉织物以柔软、透气、吸湿、舒适等优良的服用性能成为最常用的面料之一,广泛用于服装面料、装饰织物和产业用织物,但棉织物不具备阻燃性,影响了应用。早期棉织物的耐久性阻燃剂主要是THPC和Pyrovatex CP,它们的阻燃效果良好,但也存在一些缺陷,如游离甲醛、织物强力损失等。目前对棉织物的阻燃研究较多,如采用磷氮膨胀型阻燃整理,以及采用不同单体合成新型阻燃剂[1-8]。研究发现,经过阻燃整理的织物脆性增大,纱线的断裂强力和伸长率降低,同时撕破强力也明显下降[7-10]。对阻燃织物的强力保护研究很少,李玲报道了芳砜纶织物阻燃整理后采用柔软剂可以提高撕破强力[11]。也有报道采用纤维强力保护剂和柔软剂可减少树脂和抗皱整理后织物的强力损失[12-14]。
棉织物经过阻燃整理后损毁炭长变短,阻燃性能提高,但是织物经阻燃整理后脆性增加、手感变硬、撕破强力降低(强力一般会下降20%~30%[8-11])。本实验在阻燃整理配方中加入纤维强力保护剂和柔软剂,考察棉织物的阻燃性能及强力变化,在保证阻燃性能的前提下保持织物的撕破强力。
1 实验
1.1 材料和仪器
1.1.1 织物
斜纹纯棉纱卡色布20 tex×16 tex,128×60。
1.1.2 药品
阻燃剂8600(低分子质量聚磷酸酯)、8702(低分子质量聚磷酸铵)、8602(环状磷酸酯)、8601(棉用含磷阻燃剂),渗透剂8700、柔软剂DM-3110(脂肪酸酰胺类)(广东德美精细化工集团有限公司),强力保护剂SVN-01(氧化聚乙烯蜡分散液,上海绿纺化工有限公司),强力保护剂6188(硅蜡接枝共聚物,上海诺科化工新材料有限公司),柔软剂T-618(氨基聚醚硅油,张家港市德宝化工有限公司),其他药品均为市售分析纯。
1.1.3 仪器
UPEI连续式织物热定型机、P-AO横式小轧车(Rapid公司),YG581D-1垂直燃烧仪、YG003D强力试验机(温州大荣纺织仪器公司),FA2004型家用洗衣机[松下电器(中国)公司]。
1.2 阻燃整理工艺
工艺配方:阻燃剂8600 300 g/L,8702 250 g/L,8602 50 g/L,8601 30 g/L,渗透剂8700 2 g/L。工艺流程:二浸二轧→预烘(100℃,3 min)→焙烘(150℃,3 min)→二浸二轧(烧碱10 g/L)→冷水洗(1 min)→热水洗(80℃,2 min)→冷水洗(1 min)→烘干。
1.3 测试
垂直燃烧性能:按GB/T 8965.1—2009《防护服阻燃防护 第1部分》测定。3经3纬取样,试样尺寸300 mm×80 mm,火源高度4 cm,点火时间12 s,评判等级见表1。
表1 纺织品燃烧等级
增重率:按GB 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定:烘箱干燥法》测试,增重率=(m1/m0-1)×100%,式中:m0为织物整理前的质量;m1为织物整理后的质量。
撕破强力:按GB/T 3917.1—2009《纺织品 织物撕破性能第一部分:冲击摆锤法撕破强力的测定》测试。5经5纬取样(试样尺寸80 mm×63 mm)测试,取平均值。强力保留率=F1/F0×100%,式中:F0为织物整理前的撕破强力,F1为织物整理后的撕破强力。
耐久性:按AATCC 150—2012《服装经家庭水洗后的尺寸稳定性》进行测试,洗涤温度(40±2)℃,过硼酸钠6 g/L,标准合成洗涤剂24 g/L。
2 结果与讨论
2.1 棉织物阻燃整理效果
由表2可知,织物经过阻燃整理后阻燃性能良好,损毁炭长达到7.9 cm,无续燃、阴燃现象,且经50次家用洗涤后损毁炭长保持在10 cm以下,达到国家B级标准。另外,织物经过阻燃整理后经向强力保留率为70.06%,纬向强力保留率只有62.37%,说明阻燃整理对织物的撕破强力有较大影响。织物在阻燃整理后出现撕破强力损伤问题,一般由两方面因素造成:(1)阻燃整理中发生交联反应形成网状结构,阻碍了纤维之间的相对滑动和棉纤维单元结构的运动;(2)一般阻燃整理液呈酸性,棉织物耐碱不耐酸,阻燃整理又需要高温焙烘,两者共同作用使得纤维素大分子链降解[8-9]。
表2 阻燃整理前后棉织物性能对比
2.2 强力保护剂对阻燃织物强力的影响
在优化的阻燃整理工艺配方中加入强力保护剂SVN-01、6188,它们能与阻燃整理液稳定共存,不产生沉淀。
从表3可以看出,加入强力保护剂SVN-01可以明显提高织物的撕破强力保留率。SVN-01用量小于4 g/L时,织物的阻燃性能基本不受影响,经过50次水洗后仍能保证损毁炭长在10 cm以内。SVN-01用量为4 g/L时,织物的经向和纬向强力保留率都超过100%,原因是SVN-01是氧化聚乙烯蜡,具有优良的润滑性能,能改善纤维表面的润滑性能,降低纤维间的摩擦系数,使应力分散,从而提高撕破强力[13]。进一步增加SVN-01用量,对强力的提升效果和阻燃性能的影响不大。
使用6188对织物的强力提升也很明显。用量达5 g/L时织物的经向强力与原布类似,纬向强力已经超过原布。但是6188的使用对阻燃效果的影响比较明显,加入2 g/L 6188就使损毁炭长从7.9 cm提高到9.2 cm,水洗50次后损毁炭长已超过10 cm,随着用量的增加,阻燃性能进一步下降。
表3 强力保护剂用量对织物性能的影响
2.3 柔软剂对阻燃织物强力的影响
从表4可以看出,织物的撕破强力随着DM-3110用量的增加而提升,脂肪酰胺基的烷基部分能赋予织物一定的柔软性,改变纤维的静、动摩擦系数,当静摩擦系数改变时,触摸有平滑感,易于在纤维或织物上移动;当动摩擦系数改变时,纤维与纤维之间的微细结构易于移动,因此能改善阻燃整理后织物的强力[13-14]。但加入柔软剂后织物的阻燃性能有所下降(加入柔软剂DM-3110 30 g/L后损毁炭长增加为8.9 cm)。但随着水洗次数的增加,整理后织物的损毁炭长反而降低,可能是由于柔软剂中含有助燃成分,多次洗涤后助燃成分被去除,阻燃效果反而变好。当DM-3110用量达到60 g/L时,阻燃整理织物的强力保留率达到100%,且阻燃效果达到国家B级标准。
整理后织物的阻燃性能在T-618用量从5 g/L增加至15 g/L时并未受到太大影响,且织物的撕破强力也逐步提升。用量为15 g/L时,织物强力已超过原布,且水洗后损毁炭长仍保持在10 cm以下。这是由于氨基聚醚改性硅油T-618含有大量的聚醚基团,且在结构上以侧链排列,整理后在织物上形成一层聚醚膜,降低了纤维与纤维之间的摩擦系数,使整理后的织物获得优良的柔软手感,同时,摩擦系数的降低使织物在受到外力时纱线便于滑动,从而使应力分散更为均匀,提高了阻燃织物的撕破强力[14]。
表4 柔软剂用量对阻燃后整理织物性能的影响
2.4 经济适用性分析
由于强力保护剂6188使用后阻燃性能不佳,因而对其他3种助剂进行经济适用性分析。考虑强力恢复到原布水平,并且能够维持良好的阻燃性和耐洗性,SVN-01用量为4 g/L,DM-3110用量为60 g/L,T-618用量为15 g/L,计算添加后增加的成本,结果如表5所示。虽然柔软剂DM-3110单价较低,但是用量大,综合比较价格与阻燃性能保持和强力提升效果,强力保护剂SVN-01是实用性较好的强力提升助剂。
表5 经济适用性分析
3 结论
(1)加入强力保护剂SVN-01 4 g/L,织物的经向和纬向强力保留率都超过100%,且对阻燃性能影响不大。强力保护剂6188用量达到5 g/L时,织物的经向强力与原布类似,但对阻燃性能有一定影响。
(2)柔软剂DM-3110用量60 g/L和T-618用量为15 g/L时,阻燃整理织物的强力保留率达到100%,且阻燃效果良好。
(3)SVN-01虽然单价较高,但综合考虑用量和阻燃性能,是实用性较好的强力提升助剂。