纯棉织物Proban阻燃整理工艺的改进

李 超，王 宁

(新乡白鹭投资集团有限公司，河南新乡 453011)

纯棉织物Proban阻燃整理工艺的改进

李 超，王 宁

(新乡白鹭投资集团有限公司，河南新乡 453011)

为减少用四羟甲基氯化磷-尿素初缩体(THPC-UPC)作阻燃剂对棉织物进行阻燃整理时氨气和甲醛的释放，将常规Proban工艺的间歇式氨熏工序改为连续式氨熏工序。测试了经新型工艺制备的阻燃棉织物的阻燃性及其耐水洗性、力学性能、甲醛释放量和织物pH值。结果表明，采用新型工艺制备的阻燃棉织物具有更好的阻燃性和耐水洗性，织物的强力保留率较常规工艺制备的高15%～30%，新型工艺制备的阻燃棉织物的甲醛释放量低于100 mg/kg，织物pH呈近中性，更环保。

棉织物 阻燃整理 普鲁本法 四羟甲基氯化磷脲缩体 甲醛释放

0 引言

棉织物因吸湿透气性好、亲肤性好、穿着舒适而备受人们青睐[1-2]。但由于棉纤维的极限氧指数仅为17%～19%，属易燃纤维，且具有较大的助燃性[3-4]，限制了棉织物的应用范围[5]；由含棉衣物燃烧引发的火灾也频繁发生。为保护人们的生命和财产安全，对棉织物进行阻燃整理显得极为必要[6]。

目前棉织物常用的阻燃剂以卤素类、含氮类和有机磷系化合物为主，但卤素类阻燃剂在使用过程中会产生有害物质，对环境造成较大污染，已被欧盟全面禁用[3]；磷系阻燃剂因具有原料易得、反应条件温和、易于操作、低烟、低毒等优点而得到了广泛应用[6]。对棉织物而言，应用较为成熟的磷系阻燃整理仍以瑞士Ciba-Geigy公司的Pyrovatex CP(N-羟甲基-3-二甲氧磷酰基丙酰胺)工艺和英国Albright & Wilson公司的Proban/氨熏法为主[7]。Pyrovatex CP整理的阻燃棉织物耐洗性好、手感柔软，但织物的强力损失高、耐磨性差、加工和服用过程中游离甲醛释放量高[3,8-9]。以四羟甲基氯化磷-尿素初缩体(THPC-UPC)为阻燃剂的Proban法，采用“浸轧-烘燥-氨熏-氧化-水洗”的工艺对棉织物进行阻燃整理。在氨熏过程中，NH3与THPC-UPC的羟甲基发生交联，织物手感软，强力下降少，耐洗性好。但是常规的Proban阻燃整理工艺，工序复杂，氨熏过程排放大量氨气，整理的阻燃棉织物也有游离甲醛释放[8]，引起一些环保和健康问题。虽然近年来科研工作者在商品化阻燃剂的替代品方面做了大量研究，但在实际应用时仍需添加甲醛类化学品，以实现阻燃剂与纤维素羟基的牢固结合[10]。

为减少常规Proban阻燃整理工艺中间环节的氨气排放和阻燃整理棉织物的甲醛释放，本文从改进工艺的角度出发，以连续式氨熏代替常规的间歇式氨熏工序，并对采用不同工艺整理棉织物的阻燃性能、力学性能、甲醛释放量和织物pH值作了比较，以期为探索更环保的棉织物阻燃整理方法提供参考。

1 实验

1.1 材料与仪器

织物：纯棉纱卡C 10×10，108×58，面密度270 g/m2。

化学药品：THPC-尿素初缩体(江苏康祥实业集团有限公司)，柔软剂(石家庄市联邦科特化工有限公司)，渗透剂JFC(新乡市先良染化洗涤化工厂)，液氨和双氧水(新乡市普利化工有限公司)。

实验所用主要仪器列于表1。

表1 实验所用主要仪器

1.2 棉织物Proban阻燃整理

1.2.1 阻燃整理液处方

THPC-尿素初缩体 200 g/L

柔软剂 20 g/L

渗透剂JFC 1 g/L

1.2.2 常规工艺

浸轧阻燃整理液(二浸二轧，轧余率70%～75%)→预烘(100℃～120℃，织物回潮率降至10%～12%)→间歇式氨熏[液氨 2 kg / (100 m织物)，80℃ ～100℃，60 s；打卷堆置(室温，30 min)]→氧化(双氧水 50 g/L)→水洗→烘干(130℃～140℃)→预缩→成品。

1.2.3 新型工艺

浸轧阻燃整理液(二浸二轧，轧余率70%～75%)→预烘(100℃～120℃，织物回潮率降至10%～12%)→连续式氨熏[液氨 2 kg / (100 m织物)，80℃～100℃，90 s]→氧化(双氧水 50 g/L)→水洗→烘干(130℃～140℃)→预缩→成品。

1.3 测试

1.3.1 阻燃性能

参照GB/T 5455-1997《纺织品 燃烧性能试验 垂直法》测试织物阻燃性能。裁取试样的尺寸为300 mm × 80 mm，调节火焰高度使其稳定于(40 ± 2) mm，点燃时间设定为12 s，选用质量为226.8 g的重锤。测定阻燃试样的续燃时间、阴燃时间及损毁长度。

1.3.2 耐水洗性

耐水洗性试验在SW-12E型耐洗色牢度试验机中进行。将织物浸渍在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]。视情况重复水洗多次。

1.3.3 力学性能

参照GB/T 3923.1-2013《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》测试阻燃织物的断裂强力(N)，计算强力保留率(%)。拉伸试验仪的隔距长度设置为(200 ± 1) mm，拉伸速率设定为20 mm/min。

1.3.4 甲醛含量

参照GB/T 2912.1-2009《纺织品 甲醛的测定-第1部分：游离和水解的甲醛(水萃取法)》进行测试。

1.3.5 织物pH值

参照GB/T 7573-2009《纺织品 水萃取液pH值的测定》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 阻燃性能及耐水洗性

采用常规工艺和新型工艺制备的阻燃棉织物的阻燃性能及其耐水洗性如表2所示。

表2 阻燃整理棉织物的阻燃性和耐水洗性

由表2可知，经新型工艺整理的阻燃棉织物，在洗涤前后其续燃时间均比常规工艺整理棉织物的续燃时间短；并且，采用新型工艺整理的阻燃棉织物经12次洗涤后的续燃时间甚至比采用常规工艺整理而未经洗涤阻燃织物的续燃时间还短0.2 s。常规和新型工艺整理的阻燃棉织物在洗涤前后的阴燃时间均为0 s，即移去火源后，均未出现持续的无焰燃烧现象[3]，这意味着所制备的阻燃棉织物经12次洗涤后仍具有较好的阻燃性能。由表2还可看出，经新型工艺制备的阻燃织物的损毁长度明显小于经常规工艺整理的阻燃织物的损毁长度；12次洗涤后，经常规工艺制备的阻燃棉织物损毁长度的增幅(26.3%)明显大于经新型工艺制备的阻燃棉织物损毁长度的增幅(15.4%)。采用新型工艺制备的阻燃棉织物的阻燃性能仍达到了GB 8965.1-2009《防护服装 阻燃防护 阻燃服》规定的C级标准(洗涤12次，续燃时间≤ 5 s，阴燃时间≤ 5 s，损毁长度≤ 150 mm)。以上结果表明新型工艺制备的阻燃棉织物具有更好的阻燃性和耐水洗性。

THPC-UPC阻燃剂可以改变棉纤维的热解路线[12-13]。经Proban整理的棉织物燃烧时，阻燃聚合物中的P与空气中的O2反应生成P2O5；具有强脱水性能的P2O5能从纤维素纤维中夺取水分子，生成聚磷酸；聚磷酸继续使纤维素脱水，纤维炭化[6]。聚磷酸也容易包围在炭外面，隔绝氧气，抑制可燃性气体的生成[14-15]。同时，浸轧Proban阻燃剂的棉织物氨熏时，在纤维素内部形成了P-N的高度交联聚合物，产生P-N协同效应；P-N键的极性高于P-O键，使得磷化合物与纤维素羟基的反应性增强，耐洗性好[13]。

四羟甲基卤化磷类阻燃剂能够进入棉纤维的无定形区，与纤维素羟基发生交联，赋予阻燃棉织物良好的耐洗性[16]。但是氨处理使棉纤维的孔道尺寸变小[17]，降低了棉纤维孔道的总体积[18]，不利于THPC-UPC向棉纤维内部渗透[17]。棉织物常规Proban阻燃整理工艺中，NH3与棉纤维的作用时间比新型Proban阻燃整理工艺的长，因此间歇式氨熏工序的THPC-UPC在棉纤维内的渗透程度不及连续式氨熏工序的，NH3与初缩体中的羟甲基交联程度也是后者更充分，故新型Proban阻燃整理工艺制备的阻燃棉织物的阻燃性及耐水洗性相对更好些。

2.2 强力损失

表3示出经常规工艺和新型工艺制备的阻燃棉织物的强力损失。

表3 阻燃整理棉织物的强力损失

由表3可看出，经常规工艺制备的阻燃棉织物洗涤前后的强力保留率降低了10%，而经新型工艺制备的阻燃棉织物洗涤前后的强力保留率仅降低5%左右。洗涤前，采用常规工艺制备的阻燃棉织物的强力损失为35%～50%，而经新型工艺制备的阻燃棉织物的强力损失为25%左右；洗涤后，经常规工艺制备的阻燃织物的强力损失甚至高达60%，而经新型工艺制备的阻燃棉织物的强力损失仅为30%。以上结果充分表明，采用新型工艺对棉织物进行阻燃整理时织物的强力损伤较小。这可能是由于氨熏处理能够降低棉纤维的结晶度，导致纤维素无定形区增大[17]，在外力作用下容易因分子链间的相对滑移而使纤维断裂。间歇式氨熏工序中，氨熏后的棉织物堆置30 min才进行氧化水洗，而改进后的连续式氨熏工序，氨熏过程只有90 s，因此常规Proban工艺制备的阻燃棉纤维的结晶度降低得更厉害，强力损失比较大。

2.3 甲醛释放和织物pH值

阻燃整理织物的游离甲醛释放量和pH值是关乎人体健康的两项重要指标。经Proban阻燃整理棉织物的甲醛含量和pH值如表4所示。

表4 阻燃整理棉织物的甲醛含量和pH值

由表4可知，采用新型工艺制备的阻燃棉织物的甲醛含量明显低于常规工艺制备的阻燃棉织物的甲醛含量，特别是经新型工艺制备的阻燃棉织物洗涤后的甲醛含量低于100 mg/kg，远低于GB 8965.1-2009《防护服装 阻燃防护 阻燃服》对非直接接触皮肤面料甲醛含量的要求(≤300 mg/kg)，可减少因甲醛释放对人体造成的危害。这可能是因为连续式氨熏工序更有利于施加到棉织物上的THPC-UPC经氨熏-氧化处理生成稳定的聚氧化磷结构，从而减少甲醛的释放[8]。由表4还可看出，经常规工艺制备的阻燃棉织物洗涤后仍显酸性，而采用新型工艺制备的阻燃棉织物呈近中性，符合GB 8965.1-2009《防护服装 阻燃防护 阻燃服》对阻燃面料pH值的要求(pH = 4.0～9.0)。

3 结论

通过将常规工艺和新型工艺制备的阻燃纯棉纱卡的相关性能指标对比后发现：

(1)新型工艺制备的阻燃棉织物的阻燃性、耐洗性、力学性能均优于常规工艺制备的阻燃棉织物；

(2)新型工艺制备的阻燃棉织物的甲醛释放量低至100 mg/kg，优于GB 8965.1-2009的要求；阻燃棉织物pH值为7.1，能降低对人体皮肤的刺激。

改进后的Proban阻燃整理工艺采用浸轧-预烘-连续式氨熏-氧化水洗的流程制备阻燃棉织物，辅以喷淋吸收法对氨熏过程排出的氨气进行处理，既缩短了加工时间，又有利于环保。

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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，学士，研究方向：纺织品染色和功能整理。

TS 195.5

A

1008-5580(2017)03-0057-05