染整工藝學-阻燃整理

1染整工藝原理

紡織物的前處理和后整理2第九章阻燃整理第一節(jié)引言纖維制品如服裝、裝飾織物、產業(yè)用布易于引發(fā)火災，需要進行阻燃整理。不同的紡織品有不同的阻燃要求。美、英國調查：近一半的火災是由紡織品引起的，德國調查：約20%是由裝飾布引起的。阻燃產品最初是僅用于軍用特品，繼而用于運輸工具、公共場所的裝飾布和工作服，近年來發(fā)達國家在衣服、家用織物上亦要求阻燃性。值得指出的是阻燃整理不能使纖維不燃燒，而是降低其可燃性，離開火源后能迅速停止燃燒。阻燃是相對的。3第二節(jié)關于纖維燃燒的分析燃燒過程中的三個要素：纖維、O2和熱量。4纖維的燃燒性

以極限需氧指數（LimitingOxygenIndexLOIorOI）指樣品在氮、氧混合氣環(huán)境中保持燭狀燃燒所需的氧氣的最小體積分數。標準：不燃性：LOI＞35，難燃性：LOI=26~34

可燃性LOI=20~26，高燃性：LOI＜20

大氣中O

=21%（V），因此一般民用纖維都是可燃性纖維。

LOI：棉17-19，滌綸20-22羊毛24-265影響纖維燃燒的因素化學組成中的H含量↑，LOI↓。

組成中N含量↑，LOI↑。組成中的阻燃元素Cl、Br、P、S和Sb，阻燃性↑。分子結構剛性好、規(guī)整；結晶度、取白度高，燃燒性↓。炭化傾向↑，燃燒性↑。6THEORYOFCOMBUSTIONWhensolidmaterialsareheated,physicalandchemicalchangesoccuratspecifictemperaturesdependingonthechemicalmake-upofthesolid.Thermoplasticpolymerssoftenattheglasstransitiontemperature(Tg),andsubsequentlymeltatTm.Atsomehighertemperature(Tp),boththermoplasticandnon-thermoplasticsolidswillchemicallydecompose(pyrolyze)intolowermolecularweightfragments.ChemicalchangesbeginatTpandcontinuethroughthetemperatureatwhichcombustionoccurs(Tc).Thesefourtemperaturesareveryimportantwhenconsideringtheflameresistanceoffibers.7AnotherimportantfactorincombustionistheLimitingOxygenIndex(LOI).Thisistheamountofoxygeninthefuelmixneededtosupportcombustion.Thehigherthenumber,themoredifficultitisforcombustiontooccur.ValuesfortheseparametersforvariousfibersaregiveninTable22.

89Fornon-thermoplasticfibers,Tpand/orTcislessthanTgand/orTm,howeverforthermoplasticfibersTpand/orTcisgreaterthanTgand/orTm.Naturalfibersarenotthermoplastic,thereforewhentheyaresubjectedtoaheatsource,pyrolysisandcombustiontemperaturesareencounteredbeforesofteningormeltingtemperaturesarereachedandeventuallyignite.Ontheotherhand,lowmeltingthermoplasticfiberswillmeltanddripawayfromtheflamebeforepyrolysisandcombustiontemperaturesarereached.Howeverifthemeltdoesn'tshrinkawayfromtheflamefront,pyrolysisandcombustiontemperaturesareeventuallyreachedandignitionwilloccur.10第三節(jié)阻燃機理覆蓋論：覆蓋保護作用，阻燃劑如硼砂/硼酸在高溫下發(fā)生熔融現象，形成玻璃狀保護膜，一方面是隔斷外界氧氣進入，另一方面是阻止可燃性氣體向外界擴散，達到對纖維的覆蓋保護作用。氣體論：阻燃劑在高溫時放出不燃性氣體，將燃燒放出的可燃性氣體沖淡到燃燒濃度以下，即具有氣體稀釋作用。不同氣體的稀釋作用如下列順序：N2＞CO2＞SO2＞NH3。吸熱論：阻燃劑在受熱時發(fā)生吸熱反應，如分解、熔融、升華、相變等，使纖維迅速散熱，達不到燃燒溫度。11催化脫水論：阻燃劑改變纖維的熱裂解歷程，發(fā)生脫水，阻止可燃性物質產生，固體炭量增加，抑制有焰燃燒。熔滴作用：阻燃劑降低熔融溫度，形成熔滴，離開燃燒體系。吸收游離基作用（氣相阻燃理論）：阻燃劑作為游離基的轉移體，使它們失去活性，阻止游離基反應的進行。鹵化烴有此作用：

RX+H·→HX+R·客觀而言，在實際中，阻燃劑的阻燃作用是多種機理的復合作用。其中覆蓋論、氣體論、吸熱論和催化脫水論通常適用于纖維素纖維織物，而熔滴作用和吸收游離基作用通常適用于合成纖維織物。

12第四節(jié)纖維素纖維織物的阻燃整理纖維素的燃燒過程（COMBUSTIONOFCELLULOSE）

Whencellulosefibersareheated,threeclassesofvolatilechemicalsaregeneratedatpyrolysistemperature,350C,flammablevolatiles（可燃性揮發(fā)物）,e.g.,alcohols,aldehydesandalkanes,flammablegases（可燃性氣體）,

e.g.,carbonmonoxide,ethyleneandmethane。non-flammablegases（可燃性氣體）,e.g.,carbondioxideandwatervapor.Ifoxygenispresentwhenthepyrolysisproductsreachorexceedthecombustiontemperature,oxidationtakesplace(burning)andthevolatilesareconvertedtocarbondioxideandwaterasshowninfigure64.1314Levoglucosan（左旋葡聚糖）,showninfigure65.isthemajorproductformedbythepyrolysisofcellulose.Itisthecyclicacetal（乙縮醛）createdwhenthealpha-1,4-glucosidic（甙）linkageissplit,andamoleculeofwaterislostbetweentheC(1)andC(6)hydroxylsoftheanhydroglucose（葡萄糖）unit.15常用阻燃劑及其工藝硼砂/硼酸或磷酸二氫銨混合物非耐久性阻燃劑，價廉、效果好，用于窗簾等不常洗織物。

可用浸軋、噴霧、涂刷等方法應用。Boricacid(H3BO3)/borax(Na2B4O7)areoftenusedasnon-durableflameretardantsinapplicationssuchascellulosefibersforinsulation.Boronfunctionsinthecondensedphaseasalewisacidandasmentionedearlier,coatsthefiberwithaglassypolymertoinsulatethepolymer.

金屬氧化物或氯化物常用銻、鈦的氧化物或鹵化物，處理纖維后經水解生成氫氧化銻或鈦沉積在纖維表面，作為纖維素的脫水劑，纖維燃燒時生成較多的固體炭，揮發(fā)性物質減少，是一種半耐久性阻燃劑（經15次溫和洗滌），可用浸漬法加工，加工織物手感粗硬，強力下降30%左右。

16磷酸及其鹽類常用磷酸、磷酸氫二胺、磷酸二氫胺和聚磷酸胺，由于它們與纖維素反應，使其燃燒時固體炭量↑，焦油及可燃性氣體↓，有阻燃作用，為半耐久阻燃劑，因對纖維損傷嚴重而不常應用。

PhosphoruscompoundsreactwiththeC(6)hydroxyloftheanhydroglucoseunitblockingtheformationoflevoglucosan.Thisreducestheamountoffueltotheflame.Additionally,phosphorouspromotescharformation.Theacidityassociatedwithcertainphosphorousanaloguesanditselectrophilicnaturelowerstheactivationenergyfordehydratingcellulose.Additionallythereisthepossibilityofcrosslinkingcellulosechainswhichfurtherenhancescharformation.17Tetrakis(hydroxymethyl)phosphoniumChloride(THPC)

四羥甲基氯化磷

[P（CH2OH）4]+Cl-50年代由美國人發(fā)明，現代許多阻燃劑由其衍化而來，是一種耐久性阻燃劑（其中四個活潑的羥甲基能與纖維素上的甲基反應）。

應用方法：THPC/酰胺法THPC與TMM、尿素、氫氧化鈉、柔軟劑等混合組成阻燃工作浴，應用P-D-C工藝加工，THPC與TMM反應生成聚合物，沉積于纖維上，并少量與纖維反應。耐水洗，但加工織物手感硬、強力損失較嚴重，吸氯，泛黃。18THPC、TMM與纖維素纖維之間的反應產物19普魯班（Proban）工藝THPC、TMM（或尿素）、NH3三者反應生成不溶性沉淀于纖維上工藝：浸軋→烘干→氨熏→后處理

（氨熏法）

20THPOH（四羥甲基氫氧化磷）（Tetrakis(hydroxymethyl)phosphoniumHydroxide）因為THPC酸性強，工作液不穩(wěn)定纖維損失嚴重，所以將用THPC燒堿進行中和得到THPOH。應用方法與THPC相同。CP阻燃劑（PYROVATEXCP）(N-MethyloldimethylPhosphonopropioamide_NMPPA)

應用工藝：浸軋—烘干—焙烘—后處理

21第五節(jié)滌綸及T/C織物的阻燃整理滌綸纖維的熱性能

LOI：20~22Ts

：238~240℃，Tm：255~260℃，Tp：420~449℃，Tc：450℃研究不如棉纖維深入，P系和含Br系阻燃劑有一定效果，如三（2·3-溴丙基）磷酸酯（TDBPP），但有致癌性早已停產。近年來，新產品Antiblaze19T可用于100%聚酯纖維，效果好，低毒性。亦有采用十溴二苯醚(DBDBO)作為阻燃劑，但需與三氧化二銻和粘合劑配合使用。22DecabromodiphenylOxide(DBDPO)

DBDPOisasolidmaterialmeltingat300-3500C.whichcontains83%bromine.Itissoldasawaterdispersionandisappliedwithasuitablebindertoimparteffectiveanddurableflameretardancyto100%polyesterfabrics.Therearemanycommercialformulationsonthemarketdifferingintheblendofantimonyoxide.Oneformulation,a2:lmixtureofDBDPOandSb2O3,iseffectiveonpolyester.DisadvantagesofDBDPOarehighadd-onsneededforoptimumretardancyandthestiff,boardyhandimpartedduetothelevelofbinderneededfordurability.Additionally,theproductisawhitefinelydividedpigmentwhichcausesalossincoloryield.23環(huán)膦酸酯阻燃整理工藝以美國Mobil公司的Antiblaze19T為代表，其是由瞵酸酯與雙環(huán)亞瞵酸酯反應而成的混合物，結構通式可能如下：同類產品還有日明成化學的K-19，國內?；淖枞紕〧RC-1等。

24應用工藝：二浸二軋（40~60%）→烘干→熔烘（185~195℃1.2~1.5min）→水洗→烘干。處方：阻燃劑12~15%交聯劑1.0~1.5%滲透劑0.1防泳移劑0.1柔軟劑0.1與纖維作用原理：阻燃劑熱熔進入滌綸纖維內部，溫度要在185~195℃。可耐60℃洗50次，阻燃劑保持率在95%以上，而未固著在織物上的阻燃劑易被溫水洗掉。（耐久型）

25Antiblaze19TThisproductisacyclicphosphonatecontaining20%phosphorous.Itisaclear,watersoluble,oilyliquid.Itcanbeappliedbythepad-dry-thermosetprocess.Becauseofitshighwatersolubility,itdoesnotexhaustfromadyebath.Heattreatmentcausesthehandtostiffen.Thefinishisdurabletorepeatedlaunderings.26六溴環(huán)十二烷

六溴環(huán)十二烷是由十二碳烯與溴加成而制備的高溴含量化合物，作為織物用阻燃劑是其水分散液。27日明成化學的PhosconFR-100，日華化學的NIKKAFinonCG-1，國內已有廠家生產。工藝：

p-d-c工藝：一浸一軋（58%）→烘干（120℃×2min）→熔烘（200℃×90s）→皂洗→水洗→烘干處方：NikkaFinonCG-120%（owf）染色同浴工藝：染色（浴比1：10130℃×60min）→皂洗或還原清洗→水洗→烘干處方：阻燃劑15%（owf）