纯棉织物低甲醛耐久阻燃整理工艺研究

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l前言

目前常用的棉织物耐久阻燃剂主要是有机磷阻燃剂。瑞土Ciba-Geigy公司开发的ProvatexCP类阻燃剂是一种用于纤维素纤维织物的反应型阻燃剂，其分子中含有N-羟甲基，在焙烘过程中可以通过交联剂与纤维大分子中的羟基交联，形成共价键，自身也可以与纤维素大分子的羟基交联，故具有高耐久性，且手感好，降强较少，白度较好，因此得到了广泛的应用。但ProvatexCP含有游离甲醛，织物整理后在储存和使用过程中会释放出游离甲醛。我们用多元羧酸作交联剂，用ProvatexCP类阻燃剂对棉织物进行阻燃整理，以获得低甲醛释放的阻燃织物。用多元羧酸代替含甲醛的常规交联剂，一方面降低了整个阻燃体系的甲醛含量和阻燃织物上的游离甲醛释放；另一方面减少了阻燃剂和交联剂的用量，改善了ProvatexCP类阻燃剂的应用性能。

2实验

2·1实验材料

21/2l60×5O纯棉平布(青岛装饰布总厂)，CFR-201阻燃剂(上海农药厂)、HMM(工业品)、多元酸(自制)、催化剂(CP)等。

2·2仪器及设备

小轧车、烘箱、撕破强力测试仪、垂直法织物燃烧性能测定仪、分光光度计等。

2·3整理工艺

工艺流程：浸轧(二浸二轧，轧余率100%)→烘干(100℃，3min)→焙烘(180℃，2min)→水洗(冷水冲洗)

2·3·1阻燃剂用量的影响

多元酸和催化剂不变，阻燃剂用量试验见表1。

表1不同阻燃剂用量的试验结果

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由表1知，阻燃剂用量越大，阻燃效果越好，撕破强力下降越多。当阻燃剂用量为190g/L时，阻燃效果和强力降低就能达到满意的效果。本着既能满足阻燃要求，又降低成本的原则，选择阻燃剂用量为190g/L。

2·3·2多元酸用量的影响

阻燃剂和催化剂不变，多元酸用量试验见表2。

表2不同多元酸用量的试验结果

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由表2知，多元酸用量为45g/L，即可达到要求。

2·3·3催化剂用量的影响

固定阻燃剂和多元酸用量，催化剂用量试验见表3。

表3不同催化剂用量的试验结果

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由表3知，催化剂用量以25g/L为最佳值。

2·3·4焙烘温度的影响(表4)

工艺处方：阻燃剂190g/L，交联剂45g/L，催化剂25g/L，pH值3。

工艺流程：浸轧(二浸二轧，轧余率100%)→烘干(l00℃，3min)→焙烘(170-190℃，2min)→水洗(冷水冲洗)

表4不同焙烘温度的试验结果

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由表4知，焙烘温度170℃时，阻燃效果差；在l90℃时，撕破强力下降大；在180℃时，损毁长度和撕破强力比较理想。故最佳焙烘温度为180℃。

由上述试验可认为最佳整理工艺为：阻燃剂190g/L，交联剂45g/L，催化剂25g/L，焙烘温度180℃，焙烘时间2min。

重复最佳工艺条件，并测试了织物表面的游离甲醛含量，所得到的织物损毁长度6.2cm，撕破强力733gf，游离甲醛含量213.1mg/Kg(戊二酮法，HMM交联剂的试样为1200ppm)。阻燃织物按常规洗涤方法洗涤30次后，损毁长度7.lcm。

3结果和讨论

3·1游离甲醛

织物经CFR-20l和HMM阻燃整理后，释放甲醛的原因主要有以下几种:

(1)未反应的阻燃整理剂中含有游离甲醛

(2)未反应的交联剂HMM中含有游离甲醛

(3)交联剂的自身缩聚物的水解

(4)交联剂N-羟甲基与纤维素纤维形成的醚键的水解

(5)阻燃剂与纤维素单分子接枝形成的醚键的水解

(6)交联剂与阻燃剂形成的醚键的水解等

其中(1)和(2)最容易释放，这主要与阻燃剂和交联剂中游离甲醛含量有关，其次是(3)-(6)，其水解趋势主要取决于邻近N原子的电子云密度大小。甲醛释放量取决于C-O键和C-N键的相对稳定性。酸性条件下C-O键的断裂速率较高，而中性及碱性条件下较低；相反，C-N键在酸性和中性条件下断裂速度较低，而在碱性条件下较高。所以，织物经阻燃剂CFR-20l和HMM阻燃整理后，在碱性条件下水洗是释放甲醛的主要原因，同时由于阻燃剂和交联剂都含有游离甲醛，使阻燃整理产品甲醛释放量较高。

用多元酸代替HMM作为交联剂，可使阻燃织物的游离甲醛含量大大降低。多元酸本身不含甲醛，多元酸与纤维形成的酯键，即使水解也不释放游离甲醛。阻燃织物释放甲醛的可能性只有未反应的阻燃剂、阻燃剂与纤维素单分子接枝形成的酯键的水解，以及交联剂与阻燃剂形成的酯键的水解等。

经测定，本实验最佳处方处理试样表面游离甲醛含量为200ppm左右，较通常阻燃整理工艺处理试样的1200ppm降低了80%以上，取得了满意的效果。

3·2低甲醛阻燃整理工艺

3，2·1阻燃剂

在阻燃整理中，阻燃剂是决定阻燃效果的最重要因素。阻燃剂用量越大，阻燃效果越好，限氧指数高，损毁长度短;但阻燃剂用量越高，织物断裂强度和撕破强力也随之下降，且手感发硬。对一般纯棉织物采用HMM作交联剂时，阻燃剂用量在300-400g/L之间;而采用多元酸作为交联剂，阻燃剂用量在200g/L左右即能满足阻燃要求，阻燃剂用量大大降低。

3·2·2交联剂

交联剂在阻燃整理过程中，可以自身缩聚成网状结构，亦可以与纤维素大分子交联，同时可以与阻燃剂分子缩合并固着于纤维。本研究使用多元酸作交联剂，其用量对阻燃效果有很大影响，用量大则织物手感差，用量少则阻燃剂的固着效率低，不能有效利用阻燃剂。但是在达到相同的阻燃效果下，多元酸的用量比HMM用量低，所用阻燃剂的量也低得多。

3·2·3催化剂

催化剂在阻燃处理过程中的作用，是使阻燃剂和交联剂在焙烘过程中迅速与纤维素大分子反应交联。催化剂的用量要考虑阻燃剂和交联剂的固着率、织物强力等因素。整理液的pH值越低，整理液越不稳定，织物强力越低，这些指标之间要取得某种平衡。

3·2·4浸轧

阻燃整理采用轧-烘-焙工艺，浸轧的目的是将阻燃整理工作液均匀地施加于织物上。为了保证匀透的效果，轧余率控制在80%左右，轧余率太高，增加了焙烘的负担，轧液也不易均匀。

3·2·5预烘

预烘过程对整理效果有很大的影响。浸轧到织物上的工作液，一部分渗透到纤维内部，大部分存在于纱线和纤维毛细管中。在烘干过程中，需严格控制烘燥速率，以便随着水分的蒸发，在织物表面形成整理剂的浓度梯度，促使整理剂扩散至纤维内部。预烘条件不当，如温度过高，阻燃剂和交联剂在织物表面缩合，不但影响阻燃性能，也使织物手感变硬、发脆。因此，为达到最佳整理效果，要适当选择和控制预烘条件，在水分蒸发速率和阻燃剂、交联剂向纤维内部的扩散速率之间取得某种平衡。

3·2·6焙烘

焙烘的目的是加速阻燃剂、交联剂与纤维大分子反应，生成稳定的共价键交联。焙烘温度和时间，取决于阻燃剂、交联剂之间的反应及它们与纤维大分子之间的交联反应。一般用HMM作交联剂，焙烘条件为150-160℃×3。5min；而用多元酸作交联剂，焙烘条件为18O℃×3-5min较好。在采用同一催化剂条件下，温度高则时间短；焙烘温度越高，织物强力损失越大，故在满足固着率的前提下，应尽量降低焙烘温度。

3·2·7后处理

阻燃整理织物经焙烘后，往往还残留一些未反应的阻燃剂、交联剂及催化剂。通过洗涤后处理，可以改善织物手感，提高阻燃效果的耐久性及减少织物上游离甲醛含量。催化剂的洗除，也减少了使用过程中的水解，从而减少了强力损失和甲醛释放。4结论

本文较系统地研究了用无甲醛交联剂对棉织物进行耐久阻燃整理的工艺，以及各工艺因素对阻燃整理效果的影响，得出了阻燃整理的最佳处方。用多元酸代替N-羟甲基酰胺类树脂作为阻燃整理的交联剂，阻燃效果好，能满足纺织品的阻燃要求。阻燃织物游离甲醛含量由1200ppm降到200ppm左右，并且阻燃剂和交联剂的用量低，节约了成本。