關于羊毛織物阻燃整理技能的介紹

羊毛是物理、化學結構均較為復雜的天然蛋白質纖維，其手感柔軟、質地堅牢，有良好的彈性和保暖性；完澤自然、柔和，在建筑、服用、家紡等領域應用非常廣泛，這就對其后后整理提出更高的要求。羊毛極限氧指數(shù)(LOI)約為25左右，閃點為 570~600℃，高燃燒溫度為680℃[1~4],為天然難燃纖維。而且其燃燒時不會熔化或滴落，所產(chǎn) 生的泡沫灰燼具有良好的絕緣性。這些性質和其化學結構緊密相關，羊毛回潮率較高為15%(相 對濕度為60%)，含氮15%~16%;含硫3%~ 4%;還含有6%~7%的氫。高的含氮量決策了 其本身具有較好的防火特性,若再對其進行防火后整理，可開發(fā)出更高性能的產(chǎn)品,如高溫防護服、飛機上裝飾材料及毛毯、燃油車輛的篷蓋等。

一、燃燒模式及防火途徑

羊毛織物燃燒需具備3要素：燃料、熱量、氧氣。
                           

        如下：若要達到防火效果，方法如下：

①移走熱源。使之沒有足夠的熱量維持燃燒。多數(shù)有機磷防火劑以及AL(OH)3屬此機理, 燃燒時催化脫水帶走熱量,使纖維難以繼續(xù)燃燒。

②減少可燃性氣體的產(chǎn)生,增加炭化物的形成。多數(shù)磷—氮系防火劑及金屬絡合物防火劑屬 此機理,燃燒時產(chǎn)生炭渣,在纖維表面形成一隔熱 層,阻擋熱量向纖維的擴散,從而達到防火的目的。

③減少和O2的接觸,即氣體沖淡理論。鹵系 防火劑屬此機理,燃燒時產(chǎn)生鹵化氫氣體,稀釋纖 維四周的氧氣。

④ 提高分解溫度。通過原絲改性或纖維混紡化纖織物 生產(chǎn)防火纖維屬此機理。

二、防火技術及防火性能測試

1、防火技術及防火機理

羊毛纖維的防火后整理初是利用無機硼酸、 磷酸及其鹽。這種后整理方法為非耐久性后整理,不 耐水洗,僅用于劇院的帷幕等;后來利用改性的四 羥甲基氯化磷(THPC)及其衍生物、氨基磺酸鹽對 羊毛進行防火后整理,可達半永久水平;此后又進展 到利用鈦、鋯的氟絡合物、羧酸絡合物處理羊毛, 此法可達永久水平;為了滿足更高要求,后又開發(fā) 出羊毛和其它耐燃纖維混紡化纖織物的耐高溫織物。本文主要介紹耐久性防火后整理技術。

（1）和防火纖維混紡化纖織物

羊毛為天然難燃纖維,和其它纖維混紡化纖織物可制成耐高溫織物,防火性能好,而且價格低廉,整理 簡單,廣泛用于防護服、床上用品、室內(nèi)裝飾、地毯 等方面。目前市場上的耐高溫纖維有Nomex1313, Nomex和羊毛混紡化纖織物時比例超過30%時,極限氧指數(shù) 可達28以上,具有良好的防火性。耐高溫酚醛纖 維Kynol和羊毛混紡化纖織物其含量達35%時,織物就具 有防火性。近來,歐洲市場上出現(xiàn)了防火粘膠纖維Visil,經(jīng)研究發(fā)覺它特別易于和羊毛纖維混紡化纖織物。這種纖維含有高比例的二氧化硅和金屬,燃燒煙 霧很少,無毒,羊毛和之混紡化纖織物可提高熱分解溫度, 達到防火目的。目前,此法已得到廣泛應用,混紡化纖織物時Visil含量約為60%左右。

（2）金屬絡合物處理

它是目前羊毛防火后整理應用為廣泛且為 成熟的技術,主要采納鈦或鋯的氟絡合物,一般鈦 (鋯)/氟克分子比為1∶6,如K2TiF6或K2ZrF6, 在酸性條件下(一般pH值操縱在2·5左右),溫度 為70℃,處理30 min,這就是有名的“Zirpro”工 藝。該項技術在上色前后或上色過程中均可進行。其防火機理為,在酸性條件下,羊毛上氨基 變?yōu)榘被x子,和防火劑陰離子發(fā)生反應產(chǎn)生 吸附,燃燒時可增加炭的形成,減少可燃性氣體的 產(chǎn)生,從而達到防火的目的[1,15~20]。反應式如下 (以鋯鹽為例): W—NH2(羊毛纖維) +H+→ W—NH+3,W—NH+3+ZrF2-6→W—NH+3·ZrF2-6。

此外經(jīng)過水洗,ZrF2-6水解成ZrOF2,氟鋯酸鹽在受熱 燃燒時,氟化物也逐步分解,溫度為300℃以上時 也產(chǎn)生ZrOF2,ZrOF2為很細微粒,本身不能燃燒, 能和羊毛纖維混合或覆蓋纖維表面,著火時阻擋可燃性裂解氣體大量逸出,從而起到防火作用。

后整理時添加四溴苯酐(TBPA)約10%~15%(對織 物重);該添加劑也可和羊毛纖維發(fā)生反應,使防火性進一步提高。經(jīng)驗證,經(jīng)鈦、鋯的氟絡合物整 理后,防火效果可耐50次硬水清洗和干洗,為耐久性防火后整理。研究還發(fā)覺,經(jīng)鈦絡合物后整理的織物比經(jīng)鋯絡合后整理的織物防火效果好,但引起織物泛黃嚴峻,所以常用鋯鹽后整理。該項技術的防火效果有目共睹,防火后整理廢水中含有大量重金屬離子,鈦、鋯造成了環(huán)境污染。不久的將 來,此項技術勢必被環(huán)保型防火后整理技術所替代.

（3）有機磷防火

初使用四羥甲基氯化磷的衍生物后整理,該 后整理劑具有還原性,后整理后致使羊毛分子的二硫 鍵斷裂,導致強力大大下降[2,21]。目前應用非還 原性的有機磷后整理劑如N—羥甲基甲氧基磷酰基 丙酰胺對羊毛進行防火后整理。該后整理劑可和羊毛 纖維發(fā)生交聯(lián),添加某些交聯(lián)劑后,反應程度大大 增加,防火效果明顯。纖維受熱后防火劑分解生 成磷酸,使纖維脫水,帶走部分熱量從而使燃燒難 以繼續(xù)進行。但經(jīng)其后整理后會引起織物手感發(fā) 硬,因此交聯(lián)劑用量須嚴格操縱。后整理時采納軋 —烘—焙技術,推舉用量:防火劑350g/L,交聯(lián)劑100g/L,磷酸(85%)30g/L。后整理后可耐50次水洗。

防火劑作用機理如下: 

       含磷防火劑也是一種自由基捕獲劑。利用質 譜技術發(fā)覺,任何含磷化合物在聚合物燃燒時都 有PO·形成。它可以和火焰區(qū)域中的氫原子結 合,起到抑制火焰的作用。其作用可用下式表示: PO·+H·→HPO·　HPO·+H·→H2+PO· 這就是含磷防火劑的氣相作用機理。

（4）氨基磺酸—尿素法

該項技術主要采納氨基磺酸作為防火劑,在尿素存在下,經(jīng)軋烘焙后整理而成,后整理時,防火劑主要和羊毛纖維上氨基酸所含的氨基、羥基反應, 反應如下: RNH2(羊毛) + NH2SO3H(氨基磺酸) = RHSO3H+NH3 ROH+NH2SO3H=ROSO3H+NH3 —SS—+NH2SO3H=—SNH2+—SSO3H

防火后整理工作液配方為氨基磺酸20%,尿素 20%,水60%,乳液率97%。工藝為浸軋工作液→ 120℃預烘3 min→150℃焙烘2 min→水洗→烘干。后整理后對織物手感無影響,可耐50次水洗。由于該法后整理后對織物有拒染性,故后整理須在上色后 進行[22]。

2、防火性能測試

防火性能的測試是防火后整理研究中重要的環(huán) 節(jié),20世紀80年代以來,世界各國相繼制定了許 多測試方法來評估防火性能[23~25],一般有以下主 要指標[24]:①點燃難易性;②火焰表面?zhèn)鞑ニ俣? ③發(fā)煙能見度;④燃燒產(chǎn)物的毒性;⑤燃燒產(chǎn)物的 腐蝕性。其中①、②為主要的評估指標。測試 方法有測定材料的燃燒廣度,續(xù)燃、陰燃時間,極 限氧指數(shù)等方法。根據(jù)火焰和試樣的相對位置又 可分為垂直法、水平法、傾斜法[23~25]。 目前常用的方法為垂直燃燒法和極限氧指數(shù) 法(LOI)。垂直燃燒法是垂直夾住試樣一端,對試 樣自由端施加規(guī)定的氣體火焰,通過測量有焰燃 燒及無焰燃燒時間等來評價試樣燃燒性能的方 法。該測試方法給出的結果可用于產(chǎn)品質量操縱 及材料預選,但不能用來評價著火危險性。極限 氧指數(shù)法是在規(guī)定試驗條件下,在氧、氮混合氣流 中,剛好能維持試樣燃燒所需的低氧濃度。該 指標用于表征材料被點燃的難易程度,測得的數(shù) 據(jù)重現(xiàn)性好,適合于工藝實驗,但也不能衡量發(fā)生 火災的危險性。

近年來,隨著防火科學和技術的迅速進展,出 現(xiàn)了一種新型測試方法,即利用錐型量熱儀測試 材料燃燒時的熱釋放速率(Heat Release Rate)。燃 燒熱釋放速率是指單位面積試樣在燃燒過程中釋 放熱量的速率(kW/m2)。一般來說,材料燃燒時 釋放熱量越多、速度越快,火災的危險性就越大。 故該指標為可測量火災的危險性的防火性能參 數(shù)。錐型量熱儀除可測定熱釋放速率外還可給出 樣品點燃時間、質量損失速率、有效燃燒熱、有害 氣體含量等參數(shù),這些參數(shù)對于分析防火材料的 綜合性能,進而預測材料及制品在真實火災中的 燃燒行為有重要作用。

三、結語

羊毛由于其結構上的優(yōu)勢,本身屬難燃纖維, 且穿著舒適保暖,屬高檔織物,其應用前景非常廣 闊,對其進行防火后整理開發(fā)高附加值的高檔產(chǎn)品 有很高可行性。隨著人民生活水平的提高,對紡 織品的附加價值要求也越來越高,“環(huán)保”、“舒適” 成為基本的要求,所以防火后整理的同時,肯定要 兼顧環(huán)保問題。為此,今后必須致力于新型環(huán)保 防火劑的開發(fā),原來成熟的防火后整理工藝也須進 一步改進。

 

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