純棉織物Proban阻燃整理工藝的改進(jìn)

李 超，王 寧

(新鄉(xiāng)白鷺投資集團(tuán)有限公司，河南新鄉(xiāng) 453011)

純棉織物Proban阻燃整理工藝的改進(jìn)

李 超，王 寧

(新鄉(xiāng)白鷺投資集團(tuán)有限公司，河南新鄉(xiāng) 453011)

為減少用四羥甲基氯化磷-尿素初縮體(THPC-UPC)作阻燃劑對棉織物進(jìn)行阻燃整理時(shí)氨氣和甲醛的釋放，將常規(guī)Proban工藝的間歇式氨熏工序改為連續(xù)式氨熏工序。測試了經(jīng)新型工藝制備的阻燃棉織物的阻燃性及其耐水洗性、力學(xué)性能、甲醛釋放量和織物pH值。結(jié)果表明，采用新型工藝制備的阻燃棉織物具有更好的阻燃性和耐水洗性，織物的強(qiáng)力保留率較常規(guī)工藝制備的高15%～30%，新型工藝制備的阻燃棉織物的甲醛釋放量低于100 mg/kg，織物pH呈近中性，更環(huán)保。

棉織物 阻燃整理 普魯本法 四羥甲基氯化磷脲縮體 甲醛釋放

0 引言

棉織物因吸濕透氣性好、親膚性好、穿著舒適而備受人們青睞[1-2]。但由于棉纖維的極限氧指數(shù)僅為17%～19%，屬易燃纖維，且具有較大的助燃性[3-4]，限制了棉織物的應(yīng)用范圍[5]；由含棉衣物燃燒引發(fā)的火災(zāi)也頻繁發(fā)生。為保護(hù)人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，對棉織物進(jìn)行阻燃整理顯得極為必要[6]。

目前棉織物常用的阻燃劑以鹵素類、含氮類和有機(jī)磷系化合物為主，但鹵素類阻燃劑在使用過程中會產(chǎn)生有害物質(zhì)，對環(huán)境造成較大污染，已被歐盟全面禁用[3]；磷系阻燃劑因具有原料易得、反應(yīng)條件溫和、易于操作、低煙、低毒等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用[6]。對棉織物而言，應(yīng)用較為成熟的磷系阻燃整理仍以瑞士Ciba-Geigy公司的Pyrovatex CP(N-羥甲基-3-二甲氧磷?；０?工藝和英國Albright & Wilson公司的Proban/氨熏法為主[7]。Pyrovatex CP整理的阻燃棉織物耐洗性好、手感柔軟，但織物的強(qiáng)力損失高、耐磨性差、加工和服用過程中游離甲醛釋放量高[3,8-9]。以四羥甲基氯化磷-尿素初縮體(THPC-UPC)為阻燃劑的Proban法，采用“浸軋-烘燥-氨熏-氧化-水洗”的工藝對棉織物進(jìn)行阻燃整理。在氨熏過程中，NH3與THPC-UPC的羥甲基發(fā)生交聯(lián)，織物手感軟，強(qiáng)力下降少，耐洗性好。但是常規(guī)的Proban阻燃整理工藝，工序復(fù)雜，氨熏過程排放大量氨氣，整理的阻燃棉織物也有游離甲醛釋放[8]，引起一些環(huán)保和健康問題。雖然近年來科研工作者在商品化阻燃劑的替代品方面做了大量研究，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)仍需添加甲醛類化學(xué)品，以實(shí)現(xiàn)阻燃劑與纖維素羥基的牢固結(jié)合[10]。

為減少常規(guī)Proban阻燃整理工藝中間環(huán)節(jié)的氨氣排放和阻燃整理棉織物的甲醛釋放，本文從改進(jìn)工藝的角度出發(fā)，以連續(xù)式氨熏代替常規(guī)的間歇式氨熏工序，并對采用不同工藝整理棉織物的阻燃性能、力學(xué)性能、甲醛釋放量和織物pH值作了比較，以期為探索更環(huán)保的棉織物阻燃整理方法提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

織物：純棉紗卡C 10×10，108×58，面密度270 g/m2。

化學(xué)藥品：THPC-尿素初縮體(江蘇康祥實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司)，柔軟劑(石家莊市聯(lián)邦科特化工有限公司)，滲透劑JFC(新鄉(xiāng)市先良染化洗滌化工廠)，液氨和雙氧水(新鄉(xiāng)市普利化工有限公司)。

實(shí)驗(yàn)所用主要儀器列于表1。

表1 實(shí)驗(yàn)所用主要儀器

1.2 棉織物Proban阻燃整理

1.2.1 阻燃整理液處方

THPC-尿素初縮體 200 g/L

柔軟劑 20 g/L

滲透劑JFC 1 g/L

1.2.2 常規(guī)工藝

浸軋阻燃整理液(二浸二軋，軋余率70%～75%)→預(yù)烘(100℃～120℃，織物回潮率降至10%～12%)→間歇式氨熏[液氨 2 kg / (100 m織物)，80℃ ～100℃，60 s；打卷堆置(室溫，30 min)]→氧化(雙氧水 50 g/L)→水洗→烘干(130℃～140℃)→預(yù)縮→成品。

1.2.3 新型工藝

浸軋阻燃整理液(二浸二軋，軋余率70%～75%)→預(yù)烘(100℃～120℃，織物回潮率降至10%～12%)→連續(xù)式氨熏[液氨 2 kg / (100 m織物)，80℃～100℃，90 s]→氧化(雙氧水 50 g/L)→水洗→烘干(130℃～140℃)→預(yù)縮→成品。

1.3 測試

1.3.1 阻燃性能

參照GB/T 5455-1997《紡織品 燃燒性能試驗(yàn) 垂直法》測試織物阻燃性能。裁取試樣的尺寸為300 mm × 80 mm，調(diào)節(jié)火焰高度使其穩(wěn)定于(40 ± 2) mm，點(diǎn)燃時(shí)間設(shè)定為12 s，選用質(zhì)量為226.8 g的重錘。測定阻燃試樣的續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間及損毀長度。

1.3.2 耐水洗性

耐水洗性試驗(yàn)在SW-12E型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行。將織物浸漬在2 g/L皂液中，40 °C水洗10 min，然后用清水洗2 min，完成一次水洗操作[11]。視情況重復(fù)水洗多次。

1.3.3 力學(xué)性能

參照GB/T 3923.1-2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定條樣法》測試阻燃織物的斷裂強(qiáng)力(N)，計(jì)算強(qiáng)力保留率(%)。拉伸試驗(yàn)儀的隔距長度設(shè)置為(200 ± 1) mm，拉伸速率設(shè)定為20 mm/min。

1.3.4 甲醛含量

參照GB/T 2912.1-2009《紡織品 甲醛的測定-第1部分：游離和水解的甲醛(水萃取法)》進(jìn)行測試。

1.3.5 織物pH值

參照GB/T 7573-2009《紡織品 水萃取液pH值的測定》進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃性能及耐水洗性

采用常規(guī)工藝和新型工藝制備的阻燃棉織物的阻燃性能及其耐水洗性如表2所示。

表2 阻燃整理棉織物的阻燃性和耐水洗性

由表2可知，經(jīng)新型工藝整理的阻燃棉織物，在洗滌前后其續(xù)燃時(shí)間均比常規(guī)工藝整理棉織物的續(xù)燃時(shí)間短；并且，采用新型工藝整理的阻燃棉織物經(jīng)12次洗滌后的續(xù)燃時(shí)間甚至比采用常規(guī)工藝整理而未經(jīng)洗滌阻燃織物的續(xù)燃時(shí)間還短0.2 s。常規(guī)和新型工藝整理的阻燃棉織物在洗滌前后的陰燃時(shí)間均為0 s，即移去火源后，均未出現(xiàn)持續(xù)的無焰燃燒現(xiàn)象[3]，這意味著所制備的阻燃棉織物經(jīng)12次洗滌后仍具有較好的阻燃性能。由表2還可看出，經(jīng)新型工藝制備的阻燃織物的損毀長度明顯小于經(jīng)常規(guī)工藝整理的阻燃織物的損毀長度；12次洗滌后，經(jīng)常規(guī)工藝制備的阻燃棉織物損毀長度的增幅(26.3%)明顯大于經(jīng)新型工藝制備的阻燃棉織物損毀長度的增幅(15.4%)。采用新型工藝制備的阻燃棉織物的阻燃性能仍達(dá)到了GB 8965.1-2009《防護(hù)服裝 阻燃防護(hù) 阻燃服》規(guī)定的C級標(biāo)準(zhǔn)(洗滌12次，續(xù)燃時(shí)間≤ 5 s，陰燃時(shí)間≤ 5 s，損毀長度≤ 150 mm)。以上結(jié)果表明新型工藝制備的阻燃棉織物具有更好的阻燃性和耐水洗性。

THPC-UPC阻燃劑可以改變棉纖維的熱解路線[12-13]。經(jīng)Proban整理的棉織物燃燒時(shí)，阻燃聚合物中的P與空氣中的O2反應(yīng)生成P2O5；具有強(qiáng)脫水性能的P2O5能從纖維素纖維中奪取水分子，生成聚磷酸；聚磷酸繼續(xù)使纖維素脫水，纖維炭化[6]。聚磷酸也容易包圍在炭外面，隔絕氧氣，抑制可燃性氣體的生成[14-15]。同時(shí)，浸軋Proban阻燃劑的棉織物氨熏時(shí)，在纖維素內(nèi)部形成了P-N的高度交聯(lián)聚合物，產(chǎn)生P-N協(xié)同效應(yīng)；P-N鍵的極性高于P-O鍵，使得磷化合物與纖維素羥基的反應(yīng)性增強(qiáng)，耐洗性好[13]。

四羥甲基鹵化磷類阻燃劑能夠進(jìn)入棉纖維的無定形區(qū)，與纖維素羥基發(fā)生交聯(lián)，賦予阻燃棉織物良好的耐洗性[16]。但是氨處理使棉纖維的孔道尺寸變小[17]，降低了棉纖維孔道的總體積[18]，不利于THPC-UPC向棉纖維內(nèi)部滲透[17]。棉織物常規(guī)Proban阻燃整理工藝中，NH3與棉纖維的作用時(shí)間比新型Proban阻燃整理工藝的長，因此間歇式氨熏工序的THPC-UPC在棉纖維內(nèi)的滲透程度不及連續(xù)式氨熏工序的，NH3與初縮體中的羥甲基交聯(lián)程度也是后者更充分，故新型Proban阻燃整理工藝制備的阻燃棉織物的阻燃性及耐水洗性相對更好些。

2.2 強(qiáng)力損失

表3示出經(jīng)常規(guī)工藝和新型工藝制備的阻燃棉織物的強(qiáng)力損失。

表3 阻燃整理棉織物的強(qiáng)力損失

由表3可看出，經(jīng)常規(guī)工藝制備的阻燃棉織物洗滌前后的強(qiáng)力保留率降低了10%，而經(jīng)新型工藝制備的阻燃棉織物洗滌前后的強(qiáng)力保留率僅降低5%左右。洗滌前，采用常規(guī)工藝制備的阻燃棉織物的強(qiáng)力損失為35%～50%，而經(jīng)新型工藝制備的阻燃棉織物的強(qiáng)力損失為25%左右；洗滌后，經(jīng)常規(guī)工藝制備的阻燃織物的強(qiáng)力損失甚至高達(dá)60%，而經(jīng)新型工藝制備的阻燃棉織物的強(qiáng)力損失僅為30%。以上結(jié)果充分表明，采用新型工藝對棉織物進(jìn)行阻燃整理時(shí)織物的強(qiáng)力損傷較小。這可能是由于氨熏處理能夠降低棉纖維的結(jié)晶度，導(dǎo)致纖維素?zé)o定形區(qū)增大[17]，在外力作用下容易因分子鏈間的相對滑移而使纖維斷裂。間歇式氨熏工序中，氨熏后的棉織物堆置30 min才進(jìn)行氧化水洗，而改進(jìn)后的連續(xù)式氨熏工序，氨熏過程只有90 s，因此常規(guī)Proban工藝制備的阻燃棉纖維的結(jié)晶度降低得更厲害，強(qiáng)力損失比較大。

2.3 甲醛釋放和織物pH值

阻燃整理織物的游離甲醛釋放量和pH值是關(guān)乎人體健康的兩項(xiàng)重要指標(biāo)。經(jīng)Proban阻燃整理棉織物的甲醛含量和pH值如表4所示。

表4 阻燃整理棉織物的甲醛含量和pH值

由表4可知，采用新型工藝制備的阻燃棉織物的甲醛含量明顯低于常規(guī)工藝制備的阻燃棉織物的甲醛含量，特別是經(jīng)新型工藝制備的阻燃棉織物洗滌后的甲醛含量低于100 mg/kg，遠(yuǎn)低于GB 8965.1-2009《防護(hù)服裝 阻燃防護(hù) 阻燃服》對非直接接觸皮膚面料甲醛含量的要求(≤300 mg/kg)，可減少因甲醛釋放對人體造成的危害。這可能是因?yàn)檫B續(xù)式氨熏工序更有利于施加到棉織物上的THPC-UPC經(jīng)氨熏-氧化處理生成穩(wěn)定的聚氧化磷結(jié)構(gòu)，從而減少甲醛的釋放[8]。由表4還可看出，經(jīng)常規(guī)工藝制備的阻燃棉織物洗滌后仍顯酸性，而采用新型工藝制備的阻燃棉織物呈近中性，符合GB 8965.1-2009《防護(hù)服裝 阻燃防護(hù) 阻燃服》對阻燃面料pH值的要求(pH = 4.0～9.0)。

3 結(jié)論

通過將常規(guī)工藝和新型工藝制備的阻燃純棉紗卡的相關(guān)性能指標(biāo)對比后發(fā)現(xiàn)：

(1)新型工藝制備的阻燃棉織物的阻燃性、耐洗性、力學(xué)性能均優(yōu)于常規(guī)工藝制備的阻燃棉織物；

(2)新型工藝制備的阻燃棉織物的甲醛釋放量低至100 mg/kg，優(yōu)于GB 8965.1-2009的要求；阻燃棉織物pH值為7.1，能降低對人體皮膚的刺激。

改進(jìn)后的Proban阻燃整理工藝采用浸軋-預(yù)烘-連續(xù)式氨熏-氧化水洗的流程制備阻燃棉織物，輔以噴淋吸收法對氨熏過程排出的氨氣進(jìn)行處理，既縮短了加工時(shí)間，又有利于環(huán)保。

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Improvement of Proban Flame Retarding Finishing Process of Cotton Fabrics

LIChao,WANGNing

(Xinxiang Bailu Investment Co., Ltd, Xinxiang 453011)

In order to reduce the emission of ammonia and formaldehyde in flame retarding finishing of cotton fabric by using tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium chloride-urea polycondensate (THPC-UPC) as retardant, the batch ammonia curing procedure of the conventional Proban process was replaced with a continuous ammonia curing procedure. The flammability and its durability, the mechanical performance, the formaldehyde emission and pH value of the flame-retarding cotton fabrics prepared by improved process were measured. The results showed that the cotton fabric by using the improved finishing process had better flame retardancy and washing durability, the strength retention rate was 15% ～ 30% higher than that treated by conventional finishing process. Moreover, the formaldehyde emission amount was lower than 100 mg/kg and the pH value of the fabric was nearly neutral, which meant more environment-friendly.

cotton fabric flame retarding finishing Proban process tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium chloride-urea polycondensate formaldehyde emission

2017-03-04

李超(1986-)，男，學(xué)士，研究方向：紡織品染色和功能整理。

TS 195.5

A

1008-5580(2017)03-0057-05