阻燃機理
本試驗的反應原理是催化脫水論,主要是改變纖維的熱裂解過程,其阻燃機理是,阻燃劑在高溫下分解成磷酸,導致棉纖維素分子鏈在斷裂前產生強烈脫水反應(C6H10O5)n→6nC 5nH2O,纖維分解炭化並產生水分,甚至發生某些交聯作用,阻止左旋葡萄糖的生成,抑制可燃氣體產生,使揮發性液體大大減少,固體碳量大大增加,同時經阻燃整理的織物裂解溫度降低,裂解時間縮短,產物中可燃性氣體(CO、C2H4、C2H6)減小,不燃性氣體(CO2等)增加。
阻燃劑CP與六羥甲基三聚氰胺樹脂等其他助劑配製成整理工作液,採用一般軋→烘→焙工藝技術,使阻燃劑分子中的羥甲基與纖維素纖維中的羥基反應形成酯,以共價鍵牢固結合,因此具有較高的耐洗性,又因其屬單官能團,所以整理後的織物強力損失小。
試驗部分
2 .1 材料與儀器
試驗用織物為純棉白布。試劑有棉織物阻燃劑CP,6MD樹脂,六水合氯化鎂,磷酸(85%),尿素,柔軟劑VS,滲透劑JFC。
儀器有Y801A型恆溫烘箱,HJ-4磁力攪拌器,JMU5051型實驗小軋車,YP600型電子天平,YG026型織物強力測試儀,ZBD白度儀,YG815A型織物阻燃性能測試儀,YG813型氧指數測定儀。
2 2 測試
(1)織物的阻燃性能 包括續燃時間、陰燃時間和纖維損毀長度,按GB5455-85紡織織物燃燒性垂直燃燒法測試。
(2)織物的極限氧指數 按GB5454-85紡織織物燃燒性能氧指數法測試。
(3)織物的斷裂強力 包括織物的經向強力和緯向強力,按GB3926-83《標準化工作導則編寫標準的一般規定》中GB3291-82《紡織名詞術語(紡織、紡織產品通用部分)》測試。
2 3 整理工藝流程
織物→浸軋(含阻燃劑CP、6MD樹脂、催化劑、柔軟劑、滲透劑、尿素、磷酸的整理液,pH4 5～5 4;室溫二浸二軋,軋余率為(85%)→烘燥(3min)→焙烘→水洗→烘乾→冷卻。
水洗後整理浴的pH值大約為8左右。
2 4 正交試驗設計
本實驗確定棉織物阻燃劑CP、6MD樹脂、焙烘溫度和焙烘時間為正交試驗的主要因素,探討其對棉織物阻燃性能的影響。為此,設計了4因素3水平L9(34)的正交試驗設計,因素和水平見表1。
結果討論
3 .1 原布性能
為更好地比較原布和處理後織物的各項性能,對原布的阻燃性能、極限氧指數、斷裂強力和白度進行了測試,具體數據見表2。
3 2 方差及多重比較分析
為得出棉織物阻燃整理的最佳整理工藝,需對表征棉織物阻燃性能各參數進行分析,主要參數值見表3。
3 2 1極限氧指數
極限氧指數的方差分析結果見表4。
從表4中可看出,通過F檢驗,因素A為非常顯著因素,B為顯著因素。而因素C、D達不到顯著水平,為次要因素。故將因素A、B作為重要因素進行多重比較,結果見表5。
對極限氧指數,數值越高越好。從表5可看出,多重比較的結果以A3和B2為最好。故從極限氧指數看,最優組合為A:CP阻燃劑添加量為430g/L;B:6MD樹脂添加量為85g/L;C、D因素不論。
3 2 2續燃時間
續燃時間方差分析結果見表6。
從表6中可看出,通過F檢驗,因素A、B、C、D4因素都無顯著差異,即這4個因素的各水平對此指標無顯著意義。其中A、B、D相對較重要,對這3個因素進行多重比較,結果見表7。
對續燃時間,數值越小越好。從表7中可看出,多重比較的結果是A因素的A3最好、B因素的B2為最好,D因素的D1最好。
故從續燃時間這一指標來講,最優組合為A:CP阻燃劑添加量為430g/L;B:6MD樹脂添加量為85g/L;D:焙烘時間為2min,C不論。
3 2 3陰燃時間
陰燃時間方差分析結果見表8。
從表8中可看出,通過F檢驗,因素A、B、C、D這4個因素都無顯著差異,但D因素相對來說比較重要,其餘為次要因素,對D因素進行多重比較,結果見表9。
對陰燃時間,數值越小越好。從表9中可看出,多重比較的結果是,D因素的D1最好。故從續燃時間這一指標來講,最優組合為D:焙烘時間為2min,其餘因素不論。
3 2 4損毀長度
損毀長度方差分析結果見表10。
從表10中可看出,通過F檢驗,因素A和B因素均為重要因素。而因素C和D為次要因素。故將因素A、B作為重要因素進行多重比較,結果見表11。
對損毀長度,數值越小越好。從表11中可看出,多重比較的結果是A3和B2最好。
故從極限氧指數講,最優組合為A:CP阻燃劑添加量為430g/L;B:6MD樹脂添加量為85g/L;C、D因素不論。
3 2 5斷裂強度
斷裂強度方差分析結果見表12。
從表12中可看出,通過F檢驗,因素A、B、C、D這4個因素都無顯著差異,但其中A因素和C因素相對較重要,故將A因素和C因素進行多重比較,結果見表13。
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對斷裂強度,數值越高越好。從表13中可看出,多重比較的結果是A1和C3最好。故從斷裂強度講,最優組合為A:CP阻燃劑添加量為370g/L;C:焙烘溫度為165℃;B、D因素不論。
對阻燃整理棉織物的性能好壞,極限氧指數、續燃時間、陰燃時間和損毀長度為較重要的衡量指標。棉織物的白度經阻燃整理後變化不大,可不作為重要指標考慮。綜上分析可得出,棉織物的最佳阻燃整理工藝為A3B2C3D1,即CP阻燃劑的用量為430g/L;6MD樹脂的用量為85g/L;焙烘溫度為165℃;焙烘時間為2min。其他,助劑用量為催化劑4g/L,滲透劑1g/L,柔軟劑9g/L,尿素6g/L,磷酸6g/L。
由方差分析得出的結果A3B2C3D1實驗組合不在正交表的9組實驗中,其原因是用正交表安排的9個實驗只是全部81種搭配中的典型代表,而由這9個代表把81種搭配中較好的因素水平挑出來也正是其優點。
結論
(1)含N、P元素的試劑對棉織物有阻燃作用,且這類阻燃劑不含甲醛,對環境無影響。本試驗得到的最佳整理工藝為阻燃劑CP430g/L,6MD樹脂85g/L,焙烘溫度165℃,焙烘時間為2min。經整理後織物的阻燃時間和陰燃時間均為0min。
(2)用阻燃劑整理棉布時阻燃效果與織物手感和斷裂強力之間存在一定的矛盾。在保證了阻燃效果的前提下,織物的手感斷裂強力均有一定損失。
(3)處理後棉織物的極限氧指數越大,續燃時間、陰燃時間和棉織物損毀長度越小。
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