磷硅阻燃改性水性聚氨酯对涤纶织物的阻燃整理_郑海涛.pdf

纺织报告|FANGZHI BAOGAO3涤纶因具有高强高模、耐磨、化学稳定性、高弹恢复力以及优良的耐光性能等优点受到了广泛应用1-5，但是也有易燃、燃烧时会产生大量浓烟的缺点。因此，为了增强其性能并拓展应用范围，对其进行阻燃6-10处理受到了广泛关注。相比传统溶剂型聚氨酯，水性聚氨酯因具有环保低毒的优点受到广泛关注11，可以在其合成制备的过程中引入不同的基团得到具有不同性能的水性聚氨酯12-15。本研究将合成的磷硅阻燃改性水性聚氨酯通过浸渍烘燥法整理到涤纶织物上得到阻燃改性涤纶织物，分析不同的磷和硅添加量对磷硅阻燃水性聚氨酯改性涤纶织物的燃烧性能、力学性能以及服用性能的影响。磷硅阻燃改性水性聚氨酯对涤纶织物的阻燃整理郑海涛（际华三五三四制衣有限公司，山西 运城 043100）Flame-retardant finishing of polyester fabrics with phosphorus-silicon flame retardant modified waterborne polyurethaneZheng Haitao（Ji-Hua 3534 Clothing Co.Ltd.,Yuncheng 043100,China）Abstract In order to modify the polyester fabrics with flame retardant,improve the burning performance of polyester fabrics and expand the application range of polyester fabrics,the synthetic phosphor-silica flame retardant modified waterborne polyurethane was finished onto polyester fabrics by impregnation and drying method.The conical calorimetric test and mechanical property test showed that the lowest value of the burning peak heat release rate(PHRR),peak total heat release(PTHR)and peak smoke production rate(PSPR)of polyester fabrics modified with flame retardant waterborne polyurethane were 86.35 kW/m2,3.6 MJ/m2 and 0.027 m2/s,and the total amount of smoke emission changed little;the strength at break,tear strength and abrasion resistance of the flame retardant modified polyester fabric were improved by more than 55.00%compared with the blank control group.The increase in elongation at break was slightly smaller.Key words phosphor-silica modification;flame retardant;waterborne polyurethane;polyester fabrics1 实验部分1.1 实验仪器及原料仪器：集热式恒温加热磁力搅拌器（DF-101S，巩义市予华仪器有限责任公司）；数显电子天平（FA2004M，上海菁海仪器有限公司）；循环水式多用真空泵（SHB-S，郑州长城科工贸有限公司）；电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9075A，上海齐欣科学仪器有限公司）；电子织物强力机YG（B）026D-500，温州大荣纺织标准仪器厂；圆盘式织物耐磨机（YG522N，上海源琦检测仪器有限公司）；圆盘式织物耐磨机（YG522N，南通宏大实验仪器有限公司）；锥形量热仪FTT-0007，环球（香港）科技有限公司。原料：对苯二甲酸乙二醇酯（纯涤纶织物，晋州市润投稿日期：2023-04-16作者简介：郑海涛（1972），男，黑龙江齐齐哈尔人，经济师，本科；研究方向：纺织服装材料综合利用。摘要为了对涤纶织物进行阻燃改性，提升涤纶织物的燃烧性能，拓展涤纶织物的应用范围，将合成的磷硅阻燃改性水性聚氨酯通过浸渍烘燥法整理到涤纶织物上。锥形量热测试、力学性能测试结果表明，经过阻燃水性聚氨酯改性的涤纶织物的燃烧最高热释放速率（PHRR）、最高总热释放量（PTHR）、最高烟生成速率（PSPR）最低分别为86.35 kW/m2、3.6 MJ/m2和0.027 m2/s，生烟总量变化较小；阻燃改性涤纶织物的断裂强力、断裂伸长率、撕裂强力和耐磨次数相较空白对照组均有55.00%以上的提升幅度，断裂伸长率的提升幅度略小。关键词磷硅改性；阻燃；水性聚氨酯；涤纶织物中图分类号：TS156 文献标志码：ATechnology科技FANGZHI BAOGAO4纺织报告|FANGZHI BAOGAO泽布料有限公司）；乙二醇（分析纯，天津市富宇精细化工有限公司）。异佛尔酮二异氰酸酯（99.00%）；2,2-双羟甲基丙酸（98.00%）；三羟甲基丙烷（98.00%）；三乙胺（分析纯，99.00%）；1,4-丁二醇（分析纯，98.00%）；N-甲基吡咯烷酮（分析纯，99.00%）；二月桂酸二丁基锡（95.00%）。以上7种试剂均来自阿拉丁生化科技有限公司。三羟甲基氧膦Tri(hydroxymethyl)phosphine Oxide，THPO（99.00%，湖北巨胜科技有限公司）；硅烷偶联剂（KH570，分析纯，山东优索化工科技有限公司）；氢氧化钠（分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司）；醋酸（分析纯，上海迈瑞儿生化科技有限公司）；纳米二氧化硅（粒径为30 nm，阿拉丁试剂有限公司）。1.2 磷硅阻燃改性水性聚氨酯的制备所有实验中所需原料均进行完全脱水处理，防止实验中水参与反应生成凝胶或其他副产物。选择连有氮气通路、球形冷凝管和机械搅拌器的500 mL四口烧瓶，将脱水处理后的对苯二甲酸乙二醇酯、2,2-双羟甲基丙酸和改性纳米SiO2装入烧瓶内，加入适量溶剂N-甲基吡咯烷酮，设定温度为90，机械搅拌至样品均匀分散后降温至85，加入原料异佛尔酮二异氰酸酯及催化剂二月桂酸二丁基锡，恒温反应4.0 h。用正丁胺滴定法测定反应物异氰酸根（NCO）的含量，达到理论值后降温至60，加入阻燃剂THPO扩链反应0.5 h后，加入小分子扩链剂1,4-丁 二醇和溶剂N-甲基吡咯烷酮溶解的三羟甲基丙烷，恒温扩链1.0 h，降温至40，加入中和剂三乙胺，恒温中和0.5 h。之后关闭加热器，待温度降至室温，加快搅拌转速，在高速剪切作用下加入蒸馏水乳化0.5 h，得到硅磷阻燃改性水性聚氨酯乳液。1.3 改性涤纶织物的制备 利用浸渍烘燥法，将得到的磷硅阻燃改性水性聚氨酯乳液整理到经洗涤烘干后的涤纶织物上，在80 烘箱内烘干72.0 h，待完全干燥后取出。1.4 分析及表征方法1.4.1 锥形量热测试使用英国FTT公司生产的FTT-0007型锥形量热仪，参照国际标准ISO 5660-1-2002 锥形量热法，对磷硅改性涤纶织物的各项燃烧参数进行测试。样品尺寸为100 mm100 mm1 mm，辐照强度为35.00 kW/m2，测试环境温度为16。每组试样进行3次平行实验，测试结果取平均值。1.4.2 力学性能测试力学性能测试包括织物断裂强力测试、断裂伸长率测试、耐撕裂性能测试和耐磨性测试，分别参照国家标准GB/T 3923.11997 纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定 条样法、GB/T 3917.12009 纺织品 织物撕破性能 第1部分：冲击摆锤法撕破强力的测定 和GB/T 21196.12007 纺织品 马丁代尔法织物耐磨性的测定 第1部分：马丁代尔耐磨试验仪 进行5次平行实验，测试结果取平均值。2 实验结果及分析2.1 不同THPO添加量的影响2.1.1 锥量分析保持二氧化硅添加量为4.00%，调整不同THPO添加量进行锥形量热测试，热参数如图1所示，其峰值如表1所示。由图1可见，THPO-0组的最高热释放速率（Peak of Heat Release Rate，PHRR）最高，为132.15 kW/m2；添加THPO阻燃剂后，试样的PHRR开始降低，在THPO-6组的PHRR为129.21 kW/m2，与THPO-0组相比降低幅度仅为2.22%；而后其余各组的PHRR随着THPO添加量的增加呈现出逐渐降低的趋势，THPO-24组达到最低，为86.35 kW/m2，相比THPO-0组降低了34.19%。THPO-0组的最高总热释放量（Peak of Total Heat Release，PTH R）为5组样品最高值，达到了5.7 MJ/m2，THPO-6组紧随其后，为5.6 MJ/m2，其他组PTHR随着THPO添加量的增加而逐渐减小。THPO-24组在70 s时率先达到峰值3.6 MJ/m2，相比THPO-0组降低了36.84%。加入THPO后，织物的燃烧热释放速度变缓，且随着THPO添加量的增加，热参数的峰值逐渐减小。这是因为阻燃剂添加量的增加使涤纶织物的炭化过程加快，在织物表面形成了一层阻氧绝热且致密的炭保护层，降低了织物表面温度，使热释放量显著降低。在烟气参数方面，THPO-0组的最高烟生成速率（Peak of Smoke Produce Rate，PSPR）明显高于其他各组。不同THPO添加量的试样PSPR差异不大，到达PSPR所需的燃烧时间也较为接近。其中，THPO-0组的PSPR为0.039 m2/s，THPO-24组的PSPR为0.027 m2/s，相比THPO-0组降低幅度为30.77%。THPO-0组的最高总烟气产量（Peak of Total Smoke Production，PTSP）依旧为最大，THPO-6组率先达到其PTSP，且THPO-6组与THPO-12组的生烟总量差异较小，表明当THPO添加量较少时，对生烟总量的影响程度较低，仍然在THPO-24组时达到最低PTSP。其中，THPO-0组的PTSP为1.36 m2，THPO-24组的PTSP为0.82 m2，相比THPO-0组降低幅度为39.71%。随着阻燃剂负载率的提高，涤纶织物阻燃性郑海涛：磷硅阻燃改性水性聚氨酯对涤纶织物的阻燃整理纺织报告|FANGZHI BAOGAO5能提高，火灾危险性降低，说明磷硅协同阻燃剂体系对涤纶织物具有良好的阻燃效果，原因是阻燃剂在高温条件下分解生成磷与氮，磷与空气中的氧气反应生成具有强脱水作用的五氧化二磷，可夺去纤维中的水分，进而形成聚磷醛基聚合物，织物纤维成炭而无法燃烧，经炭化后仍能保持纤维的一定形状，以起到隔绝火焰、防护的作用16。郑海涛：磷硅阻燃改性水性聚氨酯对涤纶织物的阻燃整理表1 不同THPO添加量的改性织物锥形量热测试参数编号PHRR/（kWm-2）PTHR/（MJm-2）PSPR/（m2s-1）PTSP/m2THPO-6129.215.60.0321.17THPO-12119.814.90.0311.15THPO-18108.224.50.0290.91THPO-2486.353.60.0270.82图1 不同THPO添加量的改性织物锥形量热曲线6纺织报告|FANGZHI BAOGAO2.1.2 对织物力学性能的影响不同THPO添加量的改性织物力学性能如表2所示。首先，随着聚氨酯乳液中THPO含量的增加，织物断裂强力呈现出持续提高的趋势。当THPO添加量为6.00%