涤纶织物的阻燃抗熔滴整理_包鑫.pdf

印染（2023 No.2）涤纶织物的阻燃抗熔滴整理包鑫1，陈明双1，李发美1，常硕1，2()1.嘉兴学院 材料与纺织工程学院,浙江 嘉兴 314001;2.浙江省纱线材料成形与复合加工技术研究重点实验室(嘉兴学院),浙江 嘉兴 314001摘要：为提高涤纶的阻燃抗熔滴性能，制备了性质稳定的植酸硅溶胶，并通过溶胶-凝胶法整理到涤纶织物上。结果表明：植酸溶胶整理后的涤纶织物800 时的残炭量由0.95%提高到13.6%，极限氧指数由22.5%提高到30.5%，垂直燃烧测试的损毁长度由12.0 cm降低到2.9 cm；燃烧后形成的残炭更为致密连续，石墨化程度明显增加。关键词：阻燃抗熔滴；植酸；硅溶胶；涤纶织物中图分类号：TS195.592文献标志码：B文章编号：1000-4017（2023）02-0050-05Flame retardant and anti-dripping finishing of PET fabricBAO Xin1,CHEN Mingshuang1,LI Famei1,CHANG Shuo1,2()1.College of Material and Textile Engineering,Jiaxing University,Jiaxing 314001,China;2.Key Laboratory of YarnMaterials Forming and Composite Processing Technology of Zhejiang Province,Jiaxing University,Jiaxing 314001,ChinaAbstract:In order to improve the flame retardant and anti-dripping properties of polyester fabric,a stable phytic acid sol isprepared and utilized in polyester fabric through sol gel process.The results show that the amount of char residue of the finished PET fabric at 800 increases from 0.95%to 13.6%,limited oxygen index increases from 22.5%to 30.5%,the lengthof damage decreases from 12.0 cm to 2.9 cm.The char residue of the treated polyester fabric after vertical flame test is denserand the graphitization level is increased.Key words:flame retardant and anti-dripping;phytic acid;silica sol;polyester fabric收稿日期：2022-10-17；修回日期：2023-02-01基金项目：嘉兴学院 SRT 计划（8517221236）；嘉兴市科技计划项目（2020AD10019）。作者简介：包鑫（2002），男，本科生，主要研究方向为“纺织品生态染整”。E-mail：。通信作者：常硕，E-mail：。0前言涤纶是产量最大、应用最广泛的合成纤维，因优异的性能广泛应用于服装、家居、包装、建筑等领域。然而涤纶易燃，极限氧指数仅为20%22%，且在火源作用下易发生熔融收缩形成熔滴，极易造成二次点燃乃至次生灾害1-2。因此，对涤纶进行阻燃整理，以提高其火灾安全性具有重要的现实意义。阻燃整理是获得阻燃涤纶的一种主要途径，即将阻燃剂通过轧-烘-焙3、光化学接枝4、层层自组装5、溶胶-凝胶法6-8等方式固定在涤纶纤维上。植酸是一种从植物中提取的天然含磷有机化合物，因磷含量高达28%且天然、无害、可再生等特点，成为目前颇受关注的生物质阻燃剂9-10。研究显示，植酸对纤维素纤维11、蛋白质纤维12、腈纶13和涤纶14等均有较好的阻燃效果。然而，植酸是水溶性化合物，主要存在形态为水基阻燃剂，若用于亲水性较差的涤纶织物，耐久阻燃效果差，这成为束缚生物质阻燃剂植酸广泛用于涤纶织物阻燃的重要因素。本项目制备了性质稳定的植酸硅溶胶，采用溶胶-凝胶法对涤纶织物进行整理，在织物表面形成纳米级空间网状结构，以获得具有一定耐久性的阻燃抗熔滴涤纶。这为生物质阻燃剂植酸用于涤纶织物的耐久无卤阻燃整理提供了依据，具有重要的现实意义。1试验部分1.1织物、试剂与仪器织物纯涤纶针织物（110 g/m2，上海新联纺汽车内饰有限公司）试 剂70%植 酸 水 溶 液（PA）、原 硅 酸 四 乙 酯（TEOS，SiO228.4%）、三乙醇胺（分析纯）（上海泰坦科技股份有限公司），乙醇（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）仪器TM-1000型扫描电子显微镜（SEM，日本日立），IS 50型傅里叶变换红外光谱仪（美国赛默飞世尔科技公司），TG 209 F1型热重分析仪（TG，德国耐驰公司），JF-3 型极限氧指数仪（南京市江宁区分析仪器厂），815D型织物阻燃性能测试仪（温州市大荣纺织仪器有限公司），DXRxi型显微拉曼成像光谱仪（美国赛默飞世尔科技公司）50涤纶织物的阻燃抗熔滴整理印染（2023 No.2）1.2试验方法1.2.1植酸溶胶的制备在 500 mL 三口烧瓶中依次加入 0.27 mol TEOS、0.60 mol 乙醇和8.0 mol水，搅拌均匀；取0.06 mol植酸，用三乙醇胺调节pH为4，加入到恒压漏斗中，缓慢滴至三口烧瓶中，常温下搅拌4 h，得到植酸溶胶。配制硅溶胶和植酸溶液作为对照，配方如下：取0.27 mol TEOS，0.60 mol 乙醇和 8.0 mol 水混合，用0.01 mol/L 稀盐酸调节pH为4，搅拌3 h得到硅溶胶；取0.06 mol植酸溶解在13.5 mol水中，搅拌得到植酸溶液。图1PA溶胶的制备过程Fig.1Preparation of PA sol1.2.2涤纶织物阻燃整理工艺流程：将涤纶织物在植酸溶胶中浸渍20 min（浴比1 30）二浸二轧（轧余率100%）预烘（80，5 min）烘焙（160，3 min）水洗烘干1.3测试与表征1.3.1形貌分析样品镀金处理后，采用TM-1000型扫描电子显微镜观察阻燃整理前后涤纶织物的形貌和燃烧后残炭的形貌。1.3.2化学结构分析采用配备有衰减全反射元件（ATR）的IS 50型傅里叶变换红外光谱仪对阻燃整理后的涤纶织物结构进行分析，吸收峰的范围是4 000400 cm-1。1.3.3热性能分析采用TG 209 F1型热重分析仪测定阻燃整理前后涤纶织物的热性能。测试条件：样品质量约4 mg，气氛为氮气或空气，以10/min从室温升至800，气流速度为10 mL/min。1.3.4阻燃性能根据 GB/T 54541997 纺织品 燃烧性能试验 氧指数法，采用JF-3型极限氧指数仪测定织物的极限氧指数（LOI）。根据GB/T 54552014 纺织品 燃烧性能试验 垂直法，采用815D型织物阻燃性能测试仪测定织物的垂直燃烧性能（VFT）。在测试时，记录织物的熔滴现象、损毁长度、续燃时间和阴燃时间。1.3.5成炭分析采用DXRxi型显微拉曼成像光谱仪对涤纶织物垂直燃烧后得的残炭进行测试，激光发射波长为532 nm，扫描范围为1003 200 cm-1。1.3.6耐洗牢度根据AATCC 612013耐洗色牢度：加速法，使用耐洗牢度测试仪测定阻燃整理织物的耐洗牢度。洗涤剂质量浓度为3.7 g/L，水洗温度为40，水洗45 min。2结果与讨论2.1涤纶织物形貌和结构分析图2是未处理涤纶与不同配方整理后涤纶织物的扫描电子显微镜图片。2 OOO倍2 OOO倍2 OOO倍2 OOO倍(a)涤纶织物(b)PA溶液整理涤纶织物(d)PA溶胶整理涤纶织物(c)硅溶胶整理涤纶织物图2不同配方阻燃整理后涤纶织物的SEM照片Fig.2SEM images of PET fabrics treated by different recipes由图2可知：未处理涤纶与PA溶液整理的涤纶纤维表面光滑平坦；硅溶胶和PA溶胶整理的涤纶纤维表面更为粗糙，有颗粒状物质不均匀分布，显示TEOS生成的二氧化硅颗粒在纤维表面沉积。此外，两种溶胶均能将纤维表面完全包裹，且PA溶胶整理的涤纶纤维表面涂层更为完整，不易碎裂，这说明在硅溶胶中加入植酸并未影响溶胶在纤维表面形成涂层的均匀性。图3是未处理涤纶与不同配方整理后涤纶织物的红外光谱图。由图3可知，相较于未处理涤纶与硅溶胶整理的涤纶，PA溶液和PA溶胶整理的涤纶织物在3 200 cm-1附近的宽峰来自PA中的POH，而P=O在1 226 cm-1附近的伸缩振动峰与涤纶酯键中CO伸缩振动相重叠，较难分辨。含硅涂层整理的涤纶在1 090 cm-1附近的SiOSi反对称伸缩振动峰与涤纶分子结构中酯基COC伸缩振动峰相重叠12，15。阻燃涤纶织物红外51印染（2023 No.2）光谱中P和Si的相关特征吸收峰难以监测，与纤维表面涂层含量较少密切有关。涤纶织物PA溶液整理后的涤纶织物PA溶胶整理后的涤纶织物硅溶胶整理后的涤纶织物4 OOO3 5OO3 OOO2 5OO2 OOO1 5OO1 OOO5OO波数/cm-1图3不同配方阻燃整理涤纶织物的红外图谱Fig.3FTIR spectra of PET fabrics treated by different recipes2.2热重分析图4是未处理涤纶与不同配方整理后涤纶织物在空气气氛中的热失重TG曲线和热失重速率DTG曲线。1OO 2OO 3OO 4OO 5OO 6OO 7OO 8OO1OO8O6O4O2O温度/质量保留率/%涤纶织物PA溶液整理涤纶织物PA溶胶整理涤纶织物硅溶胶整理涤纶织物（a）TG1OO 2OO 3OO 4OO 5OO 6OO 7OO 8OOO-O?2-O?4-O?6-O?8-1?O温度/涤纶织物PA溶液整理涤纶织物PA溶胶整理涤纶织物硅溶胶整理涤纶织物质量变化率/(%min-1)（b）DTG图4不同配方阻燃整理后涤纶织物的热分解曲线Fig.4TG（a）and DTG（b）curves of PET fabrics treated by different recipes图4中涤纶织物在氧气中的热氧化降解分为两个阶段：第一阶段降解主要是由于大分子链断裂，在420 附近；第二阶段降解是由于前一阶段残余物的进一步氧化降解，在550 附近。不同配方整理后的涤纶依然有两个失重阶段，区别在于失重范围有所变化，且残炭量相较于未处理涤纶均有所增加。表1是未处理涤纶与不同配方整理后涤纶织物在空气气氛中的热失重和热失重速率测试结果。表1不同配方阻燃整理后涤纶织物的TG和DTG结果Table 1TG and DTG data of PET fabrics treated by different recipes样品涤纶PA溶液整理涤纶硅溶胶整理涤纶PA溶胶整理涤纶T5%/380285350304Tmax/阶段1420325424367阶段2550615552605vmax/（%min-1）阶段1-1.01-0.67-12.7-13.7阶段2-0.148-0.11-2.37-1.07800 残炭/%0.959.8210.613.6注：T5%是失重5%时的温度，即初始降解温度；Tmax和vmax分别是最大失重速率所对应的温度和最大失重速率。由表1可见，阻燃整理后涤纶的初始降解温度T5%都有所降低，其中PA溶液和PA溶胶整理的涤纶织物分别降低了 95 和 76，这是由于植酸分子中 POC键稳定性弱于CC键所致16。硅溶胶整理的涤纶在两个阶段的最大失重速率温度Tmax均略有上升，这可能是因为形成的Si