割絨棉/滌地毯如果毛圈密度很低,一旦被點燃,將擴及整個面積。利用纖維素纖維的酯化進行的化學改性可以限制其燃燒性能,并使其達到阻燃測試標準。僅需經5%~10%聚羧酸和適當的催化劑噴灑處理的含棉地毯,就可獲得優良的壓燃性能。適用的聚羧酸為1、2、3、4-丁烷四甲酸(BTCA)、檸檬酸和馬來酸;催化劑如次磷酸鈉、磷酸鈉和部分起中和作用的鹽。本文提供了使含棉地毯達到阻燃效果的化學反應和工藝條件。
表面起絨,規格大于1·2 m*1·8 m的地毯若要投入市場,必須通過標準甲胺阻燃測試,以獲得管理機構的證書。毛圈密度足夠大的含棉地毯不需任何處理就可通過標準可燃性測試,但是表層纖維受到機械作用,往往改變了纖維密度,就無法進行該項測試。
纖維素纖維的阻燃性能可以通過許多化學處理方法獲得,但是對于特殊用途的產品,要考慮到化學整理的耐久性、產品的美觀性、健康和安全等方面,因此需要最合適的工藝條件。某些紡織材料經特殊處理后阻燃效果很好,但由于成本因素,其使用價值十分昂貴。
用磷酸銨和脲素進行阻燃整理成本低,在某些具體應用方面效果極好。但是由于處理過程中纖維強力損失,基布熱固化時褪色,遇硬水會降低阻燃耐久性或者固化后需要轉移未反應的化學試劑等不足,因此這種處理方法不適合于特殊用途的產品。類似的處理還會使纖維素紡織材料具有彈性變形和拒染性能。
纖維素材料的阻燃程度可以通過如二羥甲基二羥基乙撐脲(DMDHEU)或二羥乙撐脲這樣的交聯劑獲得,但是阻燃性能有限,有潛在的甲醛釋放現象,不適宜處理最終產品。最理想的地毯阻燃整理要選用無甲醛釋放的化學試劑。在工藝配方中加入添加劑,如鏈烷醇胺與乙二醇,可以使甲醛釋放量降到最小,但是對于地毯來說不是很理想。另外,限于能量與加工時間要求,整理后的洗滌工序也是不現實的。
含有聚磷酸和磷基催化劑的無甲醛交聯劑體系對于棉織物的耐久性整理有明顯的效果。聚磷酸鈉鹽的催化酯化反應使化學固化不污染環境。
本研究提供了使用聚磷酸壓燃工藝減少棉/滌地毯火焰傳播速度的數據。根據限氧指數(LOI)數據所示,它們可能不是最好的阻燃整理劑,但是這種體系增加了燃燒時炭化形成物,使含棉地毯具有壓燃性能。
1 實驗
樣品:割絨地毯
原料:90/10棉/低熔滌綸紗;50/40/10棉/滌/低熔滌綸紗
規格:1)聚丙烯底布:1 400 g/cm2,厚度0·3cm,毛圈高度0·7 cm2)印花棉布:123 g/cm2,經退漿、洗凈、漂白和絲光整理
試劑:聚磷酸:1、2、3、4-BTCA、檸檬酸、馬來酸,4,5-二羥基-1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DHD-MI)
催化劑: NaH2PO4·H2O、NaH2PO2·H2O、(NaPO3)6、TSC、TSP中和羧酸根離子,加速纖維素酯化試劑:
NaHCO3、Na2CO3、NaOH、MgCl2·6H2O(DHDMI酯化交聯劑)
潤濕劑:非離子型表面活性劑Triton X-100
工藝條件:不同濃度的BTCA、檸檬酸、Tri-tion X-100
①地毯樣品(12·7 cm*12·7 cm):吸液率15%,使用噴灑設備。100℃烘干10 min,然后在150℃固化12 min~15 min
②印花布(36 cm*43 cm):吸液率85%~90%,使用雙輥軋染機。85℃~100℃烘干2·5min~3 min,然后在180℃固化1·5 min~2 min
③地毯樣品(36 cm*43 cm):條件同印花布設備及標準:實驗室用壓力通風烘箱(烘干和固化所有樣品):Instron張力測試儀(按照ASTMD5035-95標準測試斷裂強力);Data Color SpetraFlash 500分光計(按照CIE白度指標測試樣品白度);甲胺阻燃測試:ASTM D2859-96標準;限氧指數(LOI):ASTM D-2863;TA熱分析儀:進行熱量分析(TGA)。在氮氣流作用下,15 min內從室溫加熱到250℃,再在5 min內從250℃升高到450℃;然后在450℃下停留5 min。
2 結果與討論
一般來說,纖維素材料的磷基阻燃整理是有效的,因為纖維素的降解溫度明顯降低,炭化殘渣增加。對于不嚴格的燃燒性能測試,如割絨地毯阻燃測試,服用紡織品的45°測試,降低基布的降解溫度不是先決條件,重要的是不揮發性殘留物的數量,這可通過熱量分析儀測得。
2·1 經BTCA和次磷酸鈉整理的改性棉的熱量分析
經BTCA和次磷酸鈉整理的印花棉布的熱量分析表明,整理前后棉的降解峰值溫度沒有變化;用15%的BTCA和7·5%的次磷酸鈉整理的限氧指數也沒有增加。纖維素纖維阻燃性能的常規測試表明:僅用聚磷酸整理體系不能使棉地毯獲得足夠的壓燃性能,一旦燃燒,在纖維素高溫降解期間將產生大量的CO2、H2O和灰燼。但是阻燃整理劑的使用限制了揮發性燃燒產物的數量,僅用4% BTCA和次磷酸鈉整理的織物樣品殘留率為16·2% ~ 17·1%,而未經整理織物只有9·2%。
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