CN102828408A - 一种阻燃体系及阻燃真丝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃体系及阻燃真丝的制备方法，所述阻燃体系为磷硅协同体系，其中磷组分为甲基丙烯酰氧乙基二甲基磷酸酯，硅组分为乙烯基硅烷偶联剂。先配置阻燃工作液，调节pH值至4～4.5；真丝织物浸没到阻燃工作液中，升温至80℃～85℃之间，保温10～60min；水洗，烘干得到阻燃真丝。本发明提供了一种耐久性阻燃剂，阻燃整理过程无甲醛释放，所得真丝织物在燃烧过程中发烟量低，符合要求。
Description
技术领域
本发明属于纺织品整理技术领域，具体涉及一种对纺织品尤其是丝绸进行低烟阻燃整理的方法。
背景技术
纺织品引起的火灾约占住宅火灾的20%，但在火灾中死亡的人数有50%是由纺织品引起的火灾所致。而死亡原因大多是由于火灾中材料燃烧生成的烟雾浓度过高，影响能见度及引起窒息而死。因此，各国均立法对在不同领域使用的纺织品提出了相应的阻燃性能要求，而采用阻燃材料的同时，降低材料燃烧时的烟雾生成量对降低火灾致死率尤其重要。
被冠以“纤维皇后”美称的真丝纤维，由于其保健性、舒适性以及高贵、华丽的外观，广泛用于服用及装饰材料。主要产品有睡衣、领带、丝巾、床上用品、墙布、装饰挂画、地毯等。我国是产丝大国，生丝和坯绸产量分别占世界总产量的70%和45%以上，居世界第一位，真丝印染绸、丝绸服装和丝针织产品的产量也位居世界前列。对于真丝织物进行阻燃处理，既可以降低其在火灾中的危险性，亦可以提高产品的附加价值。
真丝为天然蛋白质纤维，只能通过对真丝纤维或真丝绸进行后处理来达到阻燃的目的。经过阻燃处理的真丝绸除了应具有良好的阻燃性能外，还必须具有无毒性、发烟少、可耐一定程度的水洗和干洗的特性，并且阻燃处理不能妨碍真丝绸原有的手感、强力、染色性能等。
《印染》杂志2005年第11期真丝绸有机膦系阻燃剂整理研究一文公开了一种真丝织物进行阻燃整理的方法，利用N-羟甲基-3（二甲氧基膦酰基）丙酰胺为阻燃剂，醚化的三聚氰胺树脂作为交联剂，采用轧烘焙洗技术对真丝织物进行阻燃整理，整理后织物阻燃性能良好，但织物手感发硬，强力下降，还有不同程度的甲醛释放。
中国发明专利申请CN1958936A公开了采用乙烯基磷酸酯对真丝接枝以进行阻燃整理的方法，此改性可以在最大限度保证真丝原有风格的基础上获得良好的阻燃性能，但该申请中公开的阻燃剂为单纯磷系阻燃剂，不仅添加大，而且在燃烧过程中发烟量大。
为在燃烧时促进纤维成炭，降低发烟量，需要进一步开发具有协同效应的阻燃剂，如磷硅协同型阻燃剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种磷硅协效的真丝阻燃体系，以减少含磷阻燃剂的用量，降低燃烧时烟雾的生成量。
本发明的另一目的是提供采用该真丝阻燃体系进行阻燃整理的方法。
本发明的再一目的是提供一种阻燃真丝，其能够保持真丝绸原有的手感、强力并且无甲醛释放。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种阻燃体系，主要由磷组分、硅组分、pH值调节剂、过硫酸钾或过硫酸铵和水组成，其中，以重量计，磷组分∶硅组分∶过硫酸钾或过硫酸铵∶水为1∶(0.5～1)∶(0.03～0.05)∶(10～60)，所述pH值调节剂的添加量使体系的pH值为4～4.5，所述磷组分为甲基丙烯酰氧乙基二甲基磷酸酯，其结构式如下：
所述硅组分为乙烯基硅烷偶联剂。
上述磷组分的制备方法已在文献CN1958936A中公开。
上述技术方案中，所述乙烯基硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷或者乙烯基三甲氧基硅烷。
所述pH值调节剂为氨水。
一种阻燃真丝的制备方法，按以下步骤进行：
(1)按上述配比制备阻燃体系，先将硅组分加入到水中，超声分散30～90分钟，然后在搅拌下依次加入磷组分、过硫酸钾或过硫酸铵，调节pH值至4～4.5，获得工作液；
(2)将待整理的真丝制品浸没到步骤(1)获得的工作液中，密封，置于振荡水浴中升温至80℃～85℃之间，保温40～60分钟，真丝制品的重量为工作液中磷组分重量的1～2倍；
(3)取出真丝制品，冷流水洗，再用48℃～52℃热水洗，再用冷流水洗后烘干得到阻燃真丝。
所述步骤(2)中，升温速率为0.8℃～1.2℃/min。
或者，一种阻燃真丝的制备方法，按以下步骤进行：
(1)按上述配比制备阻燃体系，先将硅组分加入到水中，超声分散30～90分钟，然后在搅拌下依次加入磷组分、过硫酸钾或过硫酸铵，调节pH值至4～4.5，获得工作液；
(2)将待整理的真丝制品浸没到步骤(1)获得的工作液中，二浸二轧后，于30～50℃烘2～4分钟，在饱和蒸汽中汽蒸5～10分钟，取出用40℃热水洗，再用冷流水洗后烘干，工作液的用量使真丝制品被浸没在工作液中。
其中，浸渍时间为1～5min，轧液率为90%以上。
上文中，所述真丝制品可以是真丝织物，也可以是真丝纤维。
本申请同时请求保护采用上述方法制备获得的阻燃真丝。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
1．本发明中阻燃体系各分子中含有乙烯基双键，能够与真丝大分子之间发生接枝共聚反应，阻燃剂与丝纤维形成共价键结合，牢牢固定在丝纤维或丝织物上，克服了现有技术不耐水洗的不足。
2．本发明通过硅组分的加入大大降低含磷阻燃剂的用量，同时硅组分促进燃烧时的成炭量从而降低了燃烧时的烟雾生成量，可降低在火灾中由于能见度的降低及窒息所导致的死亡。
3．本发明中所用的硅组分为市场上成熟的产品，方便易得。
4．本发明的阻燃体系为水溶性，在水中对真丝织物进行阻燃整理，操作方便，同时整理过程无甲醛释放，符合环保要求。
5. 本发明加工形式多样，可以通过浸渍法也可以通过普通印花蒸箱汽蒸法进行真丝织物阻燃整理，可连续加工。得到的阻燃真丝织物不仅具有持久良好的阻燃效果，其手感、强度也未劣化，同时具有拒水性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的未处理及阻燃处理后丝织物燃烧后一氧化碳生成量。
图2是本发明实施例提供的处理丝织物的表面接触角。
图3是本发明实施例提供的未处理以及处理丝纤维的热释放速率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：真丝织物的阻燃整理以及性能测试
阻燃工作液的配方如下：
| 组分 | 用量 |
| 甲基丙烯酰氧乙基二甲基磷酸酯 | 5 g |
| A 151（硅组分） | 5 g |
| 氨水 | 适量，调节整理液pH值为4.5 |
| 过硫酸钾 | 0.2 g |
| 水 | 300 g |
其中，硅组分的商品牌号是A151，其主要化学成分是乙烯基三乙氧基硅烷。
真丝织物为10g真丝电力纺（36g/m2）。
先将硅组分加入到水中，超声分散60分钟，然后在搅拌下加入甲基丙烯酰氧乙基二甲基磷酸酯，用氨水调节整理液pH值为4.5，加入过硫酸钾，将真丝织物浸入工作液中，密封，置于振荡水浴中，升温，控制升温速率为1℃/min，温度升到80℃时保温40分钟，取出，冷流水洗，再用50℃水洗，再用冷流水洗，之后在70℃烘干。
为了对比添加硅组分后对燃烧时抑烟性能的影响，本实施例对比了点燃性能相同时，即极限氧指数一致时，发烟量的变化。整理方法如下：甲基丙烯酰氧乙基二甲基磷酸酯7.0g溶于水中，用氨水调节整理液pH值为4.5，加入过硫酸钾0.07g，水300g。将10g真丝织物浸入工作液中，密封，置于振荡水浴中，升温，控制升温速率为1℃/min，温度升到85℃时保温40分钟，取出，冷流水洗，再用50℃水洗，再用冷流水洗，之后在70℃烘干。
阻燃整理前后，丝织物的阻燃性能见表1。
表1 丝织物的阻燃性能
| 样品 | 极限氧指数/% | 炭长/cm |
| 未处理丝织物 | 23.1 | 烧光 |
| 只用磷组分处理丝织物 | 29.8 | 4.2 |
| 阻燃处理丝织物 | 29.7 | 3.3 |
上述结果中氧指数按GB5454-85纺织织物燃烧性能测定氧指数法测定。炭长按GB5456-85纺织织物燃烧性能垂直向试样火焰蔓延性能测定。
从表1可看出，阻燃处理后，丝织物的阻燃性能均得到了较大提高。本实施例在获得基本相同极限氧指数的前提下，可以有效减少阻燃剂中磷组分的用量。
丝织物的发烟量通过锥形量热仪测试，功率35KW，一氧化碳生成量见附图1所示。
参见附图1，其中1为未处理丝织物，2为只用甲基丙烯酰氧乙基二甲基磷酸酯处理的丝织物， 3为本实施例中使用磷硅协效阻燃体系处理的丝织物。可看出，在点燃30秒后，未处理丝织物即放出大量的一氧化碳，而经过阻燃处理的丝织物在放出一氧化碳的时间延迟；经过磷硅协效阻燃体系处理后，丝织物一氧化碳的生成量大大下降，这在实际火灾中意义非常重大，可赢得充分的逃生时间。
参见附图2，其为本实施例中经过磷硅协效阻燃体系处理的丝织物的表面接触角。采用滴液法测量，未处理丝织物水滴滴下去便浸透，无法测量接触角，而处理丝织物水滴滴下去并不立即浸润，实测接触角为106°，因此经过磷硅协效阻燃体系处理的丝织物具有一定的拒水性。
实施例二：真丝纤维的阻燃整理以及性能测试
阻燃工作液配方如下：
| 组分 | 比例 |
| 甲基丙烯酰氧乙基二甲基磷酸酯 | 2.5 g |
| A 171 | 2.0 g |
| 氨水 | 适量，调节整理液pH值为4.5 |
| 过硫酸铵 | 0.11 g |
| 水 | 200g |
其中，硅组分的商品牌号是A171，其主要化学成分是乙烯基三甲氧基硅烷。
真丝纤维样品为5g脱胶真丝纤维（21/22旦，脱胶率23%）。
先将硅组分加入到水中，超声分散30分钟，然后在搅拌下加入甲基丙烯酰氧乙基二甲基磷酸酯，用氨水调节整理液pH值为4.3，加入过硫酸铵，将丝纤维浸入工作液中，密封，置于振荡水浴中，升温，控制升温速率为1℃/min，温度升到85℃时保温40分钟，取出，冷流水洗，再用50℃水洗，再用冷流水洗，之后在70℃烘干。
由于丝纤维无相对应的测试氧指数及炭长的标准，故处理丝纤维的阻燃性能以热释放速率衡量。
热释放速率测试时称取丝纤维5mg，用英国FTT公司的MCC-2微型量热仪测试。热释放速率是衡量火灾危险程度的重要指标，燃烧时热释放越多，热辐射越大，而且反馈到纤维表面的热越多，使得纤维继续分解产生燃料，燃烧反应便可持续进行。热释放降低，可大大材料在火灾中的危险性。
参见附图3，其是本发明实施例提供的未处理以及处理丝纤维的热释放速率，其中1为未处理丝织物，2为本实施例中使用磷硅协效阻燃体系处理的丝织物。可看出阻燃处理后，丝纤维的热释放速率大大下降。
实施例三：汽蒸法制备阻燃真丝织物
阻燃工作液的配方如下：
| 组分 | 比例 |
| 甲基丙烯酰氧乙基二甲基磷酸酯 | 7.5 g |
| A 171 | 7.5 g |
| 氨水 | 适量，调节整理液pH值为4.5 |
| 过硫酸钾 | 0.33 g |
| 水 | 150g |
其中，硅组分的商品牌号是A171，其主要化学成分是乙烯基三甲氧基硅烷。
真丝织物为8g真丝电力纺（36g/m2）。
将上述真丝织物浸没于配制的阻燃工作液中，二浸二轧，浸渍时间为1min, 轧液率95%，然后于40℃烘干3min，置于饱和蒸汽中处理10min，取出，冷流水洗，再用50℃水洗，再用冷流水洗，之后在70℃烘干。真丝织物的极限氧指数达28.7%。
Claims (8)
1.一种阻燃体系，其特征在于：主要由磷组分、硅组分、pH值调节剂、过硫酸钾或过硫酸铵和水组成，其中，以重量计，磷组分∶硅组分∶过硫酸钾或过硫酸铵∶水为1∶(0.5～1)∶(0.03～0.05)∶(10～60)，所述pH值调节剂的添加量使体系的pH值为4～4.5，所述磷组分为甲基丙烯酰氧乙基二甲基磷酸酯，其结构式如下：
所述硅组分为乙烯基硅烷偶联剂。
2.根据权利要求1所述的阻燃体系，其特征在于：所述乙烯基硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷或者乙烯基三甲氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的阻燃体系，其特征在于：所述pH值调节剂为氨水。
4.一种阻燃真丝的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)按权利要求1的配比制备阻燃体系，先将硅组分加入到水中，超声分散30～90分钟，然后在搅拌下依次加入磷组分、过硫酸钾或过硫酸铵，调节pH值至4～4.5，获得工作液；
(2)将待整理的真丝制品浸没到步骤(1)获得的工作液中，密封，置于振荡水浴中升温至80℃～85℃之间，保温40～60分钟，真丝制品的重量为工作液中磷组分重量的1～2倍；
(3)取出真丝制品，冷流水洗，再用48℃～52℃热水洗，再用冷流水洗后烘干得到阻燃真丝。
5.根据权利要求4所述阻燃真丝的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，升温速率为0.8℃～1.2℃/min。
6.一种阻燃真丝的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)按权利要求1的配比制备阻燃体系，先将硅组分加入到水中，超声分散30～90分钟，然后在搅拌下依次加入磷组分、过硫酸钾或过硫酸铵，调节pH值至4～4.5，获得工作液；
(2)将待整理的真丝制品浸没到步骤(1)获得的工作液中，二浸二轧后，于30～50℃烘2～4分钟，在饱和蒸汽中汽蒸5～10分钟，取出用40℃热水洗，再用冷流水洗后烘干，工作液的用量使真丝制品被浸没在工作液中。
7.根据权利要求6所述的阻燃真丝的制备方法，其特征在于：浸渍时间为1～5分钟，轧液率为90%以上。
8.采用权利要求4或者权利要求6方法制备获得的阻燃真丝。
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