CN105274840A

CN105274840A - 阻燃整理剂、织物阻燃整理方法和阻燃织物

Info

Publication number: CN105274840A
Application number: CN201410300859.4A
Authority: CN
Inventors: 简志伟
Original assignee: Hong Kong Polytechnic University HKPU
Current assignee: Hong Kong Polytechnic University HKPU
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2016-01-27

Abstract

本发明涉及一种阻燃整理剂、织物阻燃整理方法和阻燃织物，该阻燃整理剂包括以下质量分数的原料：阻燃成分，35％-45％；纤维素交联剂，4％-6％；磷酸，2％-4％；二氧化钛，0.15％-0.25％；水，余量。本发明使用该阻燃整理剂对织物进行压染-干燥-固化处理，其中固化步骤中固化温度为140℃-160℃，固化时间为20s-40s。本发明通过添加二氧化钛作为助催化剂，降低了阻燃整理过程中的固化温度，缩短了固化时间，在降低阻燃整理成本的情况下仍能够使整理后的棉织物保持良好的阻燃性能。

Description

阻燃整理剂、织物阻燃整理方法和阻燃织物

技术领域

本发明涉及织物阻燃整理技术，更具体地说，涉及一种阻燃整理剂、织物阻燃整理方法和阻燃织物。

背景技术

不同纤维织物的阻燃性差异很大，纤维素纤维极具易燃性，而合成纤维却自身具有阻燃性。一般来说，未经处理的天然纤维(如棉、麻和丝绸)制成的织物极易燃烧且火焰传播速度很快。除了纤维本身，织物的火焰传播速度也依赖于织物的密度和结构。轻便而宽松的织物更容易迅速起火。与大多数阻燃的合成纤维(如尼龙、丙烯酸和聚酯)一样，混纺织物不易点燃且火焰传播速度较慢。然而一旦被点燃，合成纤维织物熔化，由于其燃烧速率非常高，并且织物熔化使燃烧更剧烈，导致危险性上升。混纺织物的火灾危险性可能大于单纯由合成纤维或者单纯由纤维素纤维制成的织物。降低纤维素纤维的易燃性已经成为纺织行业面临的主要挑战之一。

人们已经研发了多种阻燃剂(FR)及应用方法来尝试制作阻燃织物。活性有机磷化学物质如N-羟甲基-3-(二甲氧基膦酰基)丙酰胺，已被用作阻燃剂来处理棉织物以改善其阻燃性能。在酸催化条件下，阻燃剂与纤维素的6-羟基基团反应，两者相互结合在一起却不发生交联。但是，这种情况下阻燃剂不能有效地固定在棉纤维上，除非将阻燃剂与三聚氰胺树脂这种作为粘合剂的交联剂结合使用。另外，还可以使用磷酸(PA)作为催化剂，并在固化之后进行多次洗涤。目前，常规的阻燃整理剂由阻燃成分、纤维素交联剂和磷酸构成。其中，阻燃成分可以为N-羟甲基-3-(二甲氧基膦酰基)丙酰胺，纤纤维素交联剂可以为三聚氰胺树脂。但是这种阻燃整理剂在进行织物阻燃整理过程中需要使用的固化温度通常为170℃，固化时间约为1分钟，这将造成一定的电费成本。如何在保障阻燃整理效果的情况下降低织物阻燃整理的成本已经成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有阻燃整理剂需要较高的固化温度和较长的固化时间导致成本高的缺陷，提供一种添加二氧化钛作为助催化剂的阻燃整理剂以及使用该阻燃整理剂的织物阻燃整理方法和阻燃织物。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种阻燃整理剂，包括以下质量分数的原料：

在根据本发明所述的阻燃整理剂中，所述阻燃成分为N-羟甲基-3-(二甲氧基膦酰基)丙酰胺、四羟甲基氯化氨或甲基磷酸二甲酯。

在根据本发明所述的阻燃整理剂中，所述纤维素交联剂为三聚氰胺甲醛树脂、二羟甲基乙烯脲或二羟甲基二羟基乙烯脲。

在根据本发明所述的阻燃整理剂中，所述阻燃整理剂包括以下质量分数的原料：

在根据本发明所述的阻燃整理剂中，所述二氧化钛的粒径为1-3μm。

本发明还提供了一种织物阻燃整理方法，包括压染步骤、干燥步骤和固化步骤，其中所述压染步骤中采用权利要求1-5中任意一项所述的阻燃整理剂对织物进行整理；所述固化步骤中固化温度为140℃-160℃，固化时间为20s-40s。

在根据本发明所述的织物阻燃整理方法中，所述固化步骤中固化温度为150℃，固化时间为30s。

在根据本发明所述的织物阻燃整理方法中，所述干燥步骤中温度为110℃，时间为5分钟。

在根据本发明所述的织物阻燃整理方法中，所述方法还包括压染步骤之前的预处理步骤：将织物在质量分数为30％的丙酮溶液中浸泡10分钟，再采用去离子水洗涤过量的丙酮，并脱水后在60℃下干燥15分钟，置于温度20℃-22℃和相对湿度60％-70％的条件下24小时等待压染。

本发明还提供了一种阻燃织物，其采用如前所述的织物阻燃整理方法制得。

实施本发明的阻燃整理剂、织物阻燃整理方法和阻燃织物，具有以下有益效果：本发明通过添加二氧化钛作为助催化剂，降低了阻燃整理过程中的固化温度，缩短了固化时间，在降低阻燃整理成本的情况下仍能够使整理后的棉织物保持良好的阻燃性能。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明中的物质配比均以质量分数进行描述，且阻燃整理剂所有物质成分的质量分数总和为100％。

本发明提供的阻燃整理剂包括阻燃成分、纤维素交联剂、磷酸、二氧化钛和水。各个原料的质量分数如下：

优选地，阻燃成分可以采用任何本领域基础技术人员熟知并能应用的用于棉织物的具有阻燃作用的物质，例如N-羟甲基-3-(二甲氧基膦酰基)丙酰胺、四羟甲基氯化氨(THPC)或甲基磷酸二甲酯(DMMP)等。纤维素交联剂可以采用任何本领域基础技术人员熟知并能应用的纤维素交联剂，例如三聚氰胺甲醛树脂、二羟甲基乙烯脲(DMEU)或二羟甲基二羟基乙烯脲(DMDHEU)。本发明使用磷酸作为催化剂，并采用二氧化钛(TiO₂)作为助催化剂。该助催化剂作为共反应物来加强这种阻燃剂-交联剂-磷酸(FR-CL-PA)配方的组分交联作用。

在本发明的优选实施例中，阻燃整理剂包括以下质量分数的原料：

本发明中使用的二氧化钛的粒径为1-3μm，优选为2μm。

本发明还提供了一种织物阻燃整理方法，其采用单浴法结合压染-干燥-固化工艺，具体包括压染步骤、干燥步骤和固化步骤，其中压染步骤中采用本发明提供的阻燃整理剂对织物进行整理。常规的未添加二氧化钛作为助催化剂的阻燃整理剂的整理工艺中固化温度为170℃，固化时间为1分钟，而本申请的主要区别在于添加了二氧化钛作为助催化剂之后，固化步骤中固化温度为140℃-160℃，固化时间为20s-40s。优选地，固化温度为150℃，固化时间为30s。优选地，干燥步骤中温度为110℃，时间为5分钟。

该方法还包括压染步骤之前的预处理步骤：将织物在质量分数为30％的丙酮溶液中浸泡10分钟，再采用去离子水洗涤过量的丙酮，并脱水后在60℃下干燥15分钟，置于温度20℃-22℃和相对湿度60％-70％的条件下24小时等待压染。

本发明还相应提供了采用前述织物阻燃整理方法制得的阻燃织物。

下面通过具体的实施例对本发明进行说明。

1、织物原料：使用100％的半漂白全棉平纹布，经纱：36根/cm，纱支：74特克斯(tex)；纬纱：36根/厘米，纱支93特克斯(tex)；织物重量229g/m2)。

2、预处理步骤：

将织物原料切成30cm×30cm大小的织物样品。然后，将织物样品浸泡在质量分数为30％的丙酮溶液中10分钟，以除去油性颗粒和附着在织物样品上的有机物质。然后将织物样品浸入去离子水中5分钟，洗涤过量的丙酮。将洗净的织物样品在清洗织物用脱水机中脱水2分钟，如由HERKAGMBH公司生产的脱水机。最后，将织物样品在约60℃下干燥15分钟，例如采用HERKAGMBH公司生产的型号为NyborgT4350的滚筒式干衣机。随后，在进行阻燃整理之前将织物置于温度21±1℃和相对湿度65±5％的环境中24小时。

3、设备

压染设备：使用由LABORTEX公司生产的快速压染机进行压染处理。辊的速度为10rpm，压力为1.2kg/cm2。对织物压染2次直到75-80％的浸吸量。

干燥设备：由MemmertGmbH公司生产的通用烘箱。

固化设备：由WernerMathisAG.公司生产的名称为MathisLabDryer的固化机器。

4、阻燃整理剂

本发明提供了两组阻燃整理剂及对应的织物阻燃整理方法以对本发明进行说明，如对比组A和实验组B。这两组的阻燃整理剂配方如表格1所示。

表格1

其中，N-羟甲基-3-(二甲氧基膦酰基)丙酰胺采用名称为PyrovatexCPNew的产品。阻燃整理剂中余量为去离子水。三聚氰胺甲醛树脂采用名称为KnittexCHN的产品。TiO₂的粒径为2μm。

5、织物阻燃整理步骤

(1)对比组A：使用常规的阻燃整理条件。

压染步骤：在室温下使用准备好的阻燃整理剂对织物样品进行压染，直到浸湿度达到75-80％。

干燥步骤：将织物样品在110℃下干燥5分钟，随后固化。

固化步骤：将织物样品在170℃固化1分钟。随后，将织物样品于温度为21±1℃和相对湿度65±5％的条件下放置24小时。

中和步骤：在50℃使用30g/L的碳酸钠对织物样品进行中和，时间为30分钟，并将织物样品在50℃自来水中漂洗。最后，在任何测试之前将织物样品置于温度为21±1℃、湿度为65±5％的条件下24小时。该中和步骤为可选步骤。

(2)实验组B：

干燥步骤：将织物样品在110℃下干燥5分钟，随后固化。

固化步骤：将织物样品在150℃固化30s。随后，将织物样品于温度为21±1℃和相对湿度65±5％的条件下放置24小时。

6、测试

(1)织物易燃性测试

按照纺织服装易燃性标准(16CFRPart1610)对织物样品的易燃性进行测试。使用哥马克阻燃实验室(GovmarkOrganizationInc)生产的用于服装织物的45°燃烧性测试仪进行试验。织物样品被放置在样品架上，并放入烘箱中在105℃烘烤30分钟，以除去水分。然后，将织物样品放置在干燥器中冷却。对呈45°安放在测试仪上的织物样品施加16mm的标准火焰长度，持续4秒。测量并记录燃烧时间和烧焦物长度。对五个织物样品进行了测试，并计算其平均燃烧时间。

(2)撕裂强度测试

根据BSENISO13937标准提供的埃罗门多撕裂强度试验来评估织物样品的撕裂性能。该试验使用位于英格兰哈利法克斯的JamesH.Heal公司生产的Elmatear数字撕裂测试仪。在测试仪上安装1600克的标准重量进行测量。共测试10个样品，包括5个经纱方向以及5个纬纱方向，根据标准给出的模板进行切割。夹住试验样品的中心，并用刀进行切割。随后释放摇锤，记录读数。获取所有沿经纱方向和沿纬纱方向的测量结果并计算其平均值。

(3)白度测试

按照AATCC测试方法110-2005对织物的白度进行测试，以体现普通观察者观察到的织物的白色程度。每个织物样品测试3次，使用的分光光度计为GretagMacbethColor-Eye7000A，设置点亮C标准光源，观察者角度为10°。

7、结果分析

表格2记录了用不同的阻燃整理剂整理的棉织物的结果。

表格2

从表格2中可以看到以下结果：

(1)燃烧时间：与未整理织物相比，所有经过阻燃整理之后的织物样品成了“未能点燃”(DNI)。在实验组B中，使用了较低的固化温度和较短的固化时间。实验组B(含TiO₂)达到了与对比组A(无TiO₂)一样的效果。因此，该结果表明TiO₂会对燃烧时间产生影响。

(2)烧焦物长度：与未整理织物相比，所有经过阻燃整理之后的织物样品的烧焦物长度较短。在实验组B中，使用了较低的固化温度和较短的固化时间。实验组B(含TiO₂)与对比组A(无TiO₂)相比，其烧焦物长度较短。因此，该结果表明TiO₂会对烧焦物长度产生影响。

基于(1)及(2)可知，所有阻燃整理之后的织物都通过了易燃性实验，但实验组B比对比组A的效果更好。

(3)撕裂强度：与未整理织物相比，所有经过阻燃整理之后的织物样品的撕裂强度降低。在实验组B中，使用了较低的固化温度和较短的固化时间。实验组B(含TiO₂)与对比组A(无TiO₂)相比保持了几乎相等的撕裂强度。因此，该结果表明TiO₂有利于保持撕裂强度。

(4)白度：与未整理织物相比，所有经过阻燃整理之后的织物样品的白度有所增加。在实验组B中，使用了较低的固化温度和较短的固化时间。实验组B(含TiO₂)与对比组A(无TiO₂)相比，其白度较高。因此，该结果表明TiO₂有利于提高白度。

基于(1)至(4)可知，在阻燃整理中使用0.2％TiO₂作为助催化剂，并采用150℃固化30秒，其整理效果比常规条件如在170℃固化1分钟的整理效果好。

8、成本分析

表格3中对实验组B和对比组A的阻燃整理剂的原料成本进行了分析。其中，设反应物的密度等于1g/cm³；每10g织物压染8g溶液，为了压染1000g织物，需要800g溶液。表格4中对实验组B和对比组A的织物阻燃整理方法产生的电费成本及总成本进行了分析。其中，假设干燥机器和固化机器中功耗和温度之间呈线性关系。以下表格中化学物和电费的单价仅供参考。

表格3

表格4

从表格3和表格4的计算结果可知，在阻燃整理中使用0.2％的TiO₂作为助催化剂并采用150℃固化30s，与不采用TiO₂作为助催化剂并在170℃固化1分钟相比，其成本节约6.34％。该计算结果是在假设干燥机器和固化机器中功耗和温度之间呈线性关系的前提下进行的。然而，在实际情况中，机器中所使用的温度越高，会消耗更多的功率。因此，本发明有望节约的成本将高于6.34％。

综上所述，本发明采用TiO₂作为助催化剂可以降低阻燃整理过程中的固化温度，缩短固化时间。并且即使在较低的固化温度和较短的固化时间下，仍能够使整理后的棉织物保持良好的阻燃性能。本发明还能够使阻燃整理后织物样品如棉织物的撕裂强度和白度的降低最小化。

本发明还可以在前述实施例的基础上调整阻燃成分、纤维素交联剂、磷酸、二氧化钛和水的质量分数，例如在一个实施例中，阻燃整理剂包括以下质量分数的原料：阻燃成分，35％；纤维素交联剂，6％；磷酸，2％；二氧化钛，0.15％；水，余量。该阻燃成分为四羟甲基氯化氨(THPC)，纤维素交联剂为二羟甲基乙烯脲(DMEU)。在另一个实施例中，阻燃整理剂包括以下质量分数的原料：阻燃成分，45％；纤维素交联剂，4％；磷酸，4％；二氧化钛，0.25％；水，余量。该阻燃成分为甲基磷酸二甲酯(DMMP)，纤维素交联剂为二羟甲基二羟基乙烯脲(DMDHEU)。二氧化钛的粒径也可以调整为1μm或者3μm。并且固化步骤中固化温度可以为140℃固化20s，或者为160℃固化40s。实验证明，在调整了原料比例、固化温度和固化时间之后，依然能够保障制得的阻燃织物的阻燃性能，且成本也能得到降低。

本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims

1.一种阻燃整理剂，其特征在于，包括以下质量分数的原料：

2.根据权利要求1所述的阻燃整理剂，其特征在于，所述阻燃成分为N-羟甲基-3-(二甲氧基膦酰基)丙酰胺、四羟甲基氯化氨或甲基磷酸二甲酯。

3.根据权利要求1所述的阻燃整理剂，其特征在于，所述纤维素交联剂为三聚氰胺甲醛树脂、二羟甲基乙烯脲或二羟甲基二羟基乙烯脲。

4.根据权利要求1所述的阻燃整理剂，其特征在于，所述阻燃整理剂包括以下质量分数的原料：

5.根据权利要求1所述的阻燃整理剂，其特征在于，所述二氧化钛的粒径为1-3μm。

6.一种织物阻燃整理方法，其特征在于，包括压染步骤、干燥步骤和固化步骤，其中所述压染步骤中采用权利要求1-5中任意一项所述的阻燃整理剂对织物进行整理；所述固化步骤中固化温度为140℃-160℃，固化时间为20s-40s。

7.根据权利要求6所述的织物阻燃整理方法，其特征在于，所述固化步骤中固化温度为150℃，固化时间为30s。

8.根据权利要求6所述的织物阻燃整理方法，其特征在于，所述干燥步骤中温度为110℃，时间为5分钟。

9.根据权利要求6所述的织物阻燃整理方法，其特征在于，所述方法还包括压染步骤之前的预处理步骤：将织物在质量分数为30％的丙酮溶液中浸泡10分钟，再采用去离子水洗涤过量的丙酮，并脱水后在60℃下干燥15分钟，置于温度20℃-22℃和相对湿度60％-70％的条件下24小时等待压染。

10.一种阻燃织物，其特征在于，采用权利要求6-9中任意一项的织物阻燃整理方法制得。