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染整工艺对针织物阻燃整理效果的影响
来源:中国纤维网 添加人:service4 添加时间:2020-10-16

     选择针织物来考察其阻燃整理的效果,主要研究了漂白、染色以及用于漂染加工的一些化学助剂等不同的印染整理工艺对织物可燃性整理的影响。试验中采用BS5438燃烧性能垂直测试法测试整理织物的可燃水平,该方法的测试结果非常接近于织物的实际燃烧行为。应用SPSS程序对试验结果进行了统计分析和评价,准确地描述了化学参数是如何、以何种程度影响针织物燃烧行为的。

据统计,在一般的家庭火灾中,首先被点燃的通常是纺织品、木制品和纸张等,占起火原因的63%占燃烧材料的70%。纺织品,是最容易燃烧的,通常首先被点燃的是棉织物(90.6%),其次是家具填充物和床垫(6%)、装饰织物(1.7%)及其他装饰纺织品(1.7%)等。

通过采用燃烧性能较差的材料、加强对原材料和制成品的检测以及对相关法律和规章制度的完善等措施,均有助于减少由于纺织品而造成的财产损失乃至伤亡事故的发生,但由于这些方案要么限制了人们的选择权及审美观,要么给人们造成了沉重的经济负担,因此难以为广大群众所接受。

这样看来,明确纤维及织物结构是如何影响产品最终燃烧性能,以此来指导生产便显得十分重要。通过对加工过程的控制,我们就有可能生产出具有适宜物理及燃烧性能的最终产品。在以前的研究工作中,我们曾试图准确地描述针织物性能对其阻燃性的影响。通过研究,我们分析了针织物印染整理工艺对其阻燃性能的影响,以揭示加工过程中的物理、化学参数对产品阻燃性的作用。

织物的可燃性决定于各种各样的因素,例如纤维的成分、织物的结构、氧的浓度以及环境条件(湿度、温度和气流速度等),但织物上的整理剂对其燃烧性能的影响也不容忽视。这些整理剂能够通过催化织物产生可燃性物质、干扰阻燃剂系统或者间接地与织物上残余染色助剂及印花粘合剂发生相互作用等方式来影响织物的燃烧行为。众所周知,在洗烫过程中沉积于织物上的硬水物质,尤其是对于以无磷洗涤剂洗涤的产品,能够提高某些材料的可燃性并妨碍阻燃剂发生作用。就织物的印染整理工艺而言,早期研究表明:酸性、还原及直接染料和酸性荧光增白剂均可提高织物的LOI值;而另一方面,活性染料对织物LOI值的影响强弱却取决于应用方式。因此,我们就有可能通过在染色处方中引入含氮、硫及卤素的基团或引入诸如铜、钴等金属离子来提高织物的LOI值,这些物质还有助于防止由于织物热分解而产生可燃、易爆气体。研究显示:分散染料,尤其是含氮分散染料可能对涤纶织物的可燃性具有非常明显的抑制作用。另外,漂白、净洗及柔软等洗涤助剂一般是可燃性的,若洗涤后织物上仍残留有这些化学品,则织物的可燃性会被增强。

在这种背景下,那种认为服装面料的潜在可燃性极大地取决于印染工艺的观念是合理的。早期的相关研究均取材于一种整理基布,并考察它对材料可燃性的影响。本研究中,我们采用了经过仔细选择的针织物;在前期的研究中,我们曾就这些针织物的物理参数对其阻燃性的影响进行了研究,以测定各种印染工艺及印染助剂对织物燃烧特性的影响程度。这样,我们便有可能就所有可能的印染加工对某一种织物燃烧特性的影响作出评估。

试验

所有织物为未经染整加工的原坯布。经煮练后,这些织物随之用不同的印染加工工艺处理,处理后的织物经冷水漂洗并自然晾干。

化学药品及试验方法

漂白。纯棉19.4tex单面针织物以0.2%、0.4%和0.6%的双氧水(Merc,50%)用量进行漂白。

荧光增白。我们选择了两种荧光增白剂Unitex2BT(Setas化学公司)和阴离子、反应型的TechowhiteNABFlüssig(ToranKimyaCo.,TextilColorAG)来研究荧光增白剂对针织物阻燃性能的影响。这两种荧光增白剂均为芪结构衍生物,在漂白-增白浴中的使用量分别为0.05、0.1%和0.2%。当增白剂浓度变化时,双氧水的浓度则固定为0.4%。

活性染料染色:采用非常适用于棉及粘胶纤维的RemazolNavyRGBgran150%活性染料(DystarCo.,BASF)分别以0.5%、1%、2%的浓度对棉和粘胶织物进行染色。

分散染料染色。以分散染料DispersolNavyC-VSE(DystarCo.,BASF)对涤纶单面针织物进行染色,染料浓度分别取0.5%、1%和2%。

柔软整理。柔软整理可使织物柔软,赋予织物滑爽的手感,并可改善织物的可缝纫性。在生产中,常用的柔软剂为阴离子、季铵盐及非季铵盐阳离子、非离子和中性柔软剂。本研究采用了阳离子型KF94、非离子型WF95(Setas化学公司)、微乳型SoftyconMES有机硅(ToranKimyaCo.,TextilColorAG)、阳离子型HagesoftKD、非离子型HagesoftNT(LefateksChemicalCo.,THORGmbH)以及两性型SoftyconPWSK(ToranKimyaCo.,TextilColorAG)等柔软剂以五个不同的浓度水平(硅柔软剂:1%、1.5%、2%、2.5%和3%;其他柔软剂:1%、2%、3%、4%和5%)应用于棉织物漂白浴。

消泡剂。在漂白浴(0.4%H2O2)中分别加入五种不同浓度(0.1g/L、0.2g/L、0.3g/L、0.4g/L和0.5g/L)的弱两性型TCEntshaeumerTSR-K消泡剂(Toran Kimya Co.,Textil ColorAG),以研究消泡剂对织物阻燃性的影响。

抗起球剂。选用了ToracallASW-1酸性纤维素酶(ToranKimyaCo.,TextilColorAG)来研究酶的应用对织物可燃性的影响。抗起球剂使用的浓度水平为:0.5%、1%、1.5%、2%和2.5%。

织物所经历的所有整理加工均采用Ahiba实验染色机,以1:20的生产浴比进行。织物印染整理处方及其后处理工艺见表2。每个试样的可燃性均进行四次平行测试,共进行了297次测试以评价其整理效果。

由于垂直燃烧测试法更加接近于人们穿着服装的实际情况,故我们采用了BS5438燃烧性能垂直测试法测试整理织物的可燃性。测试前,将试样在温度20℃±2℃和相对湿度65%±2%条件下平衡24h。试验测试了所有试样的点燃时间和火焰扩散60cm所需的时间,测试火焰扩散速度(R,mm/s)的同时还测试了碳化长度及燃烧时间。

我们对试验结果进行了方差分析,以揭示整理工艺的重要意义;以回归分析研究了整理工艺与整理织物可燃性间的相关性。工艺变量(如漂白、染色等)的重要性随着不同的显著性水平(如0.05、0.01)而发生变化。

试验结果

漂白。由多元回归分析(火焰传播速度F=25.8,R2=79.9%,sig.<<0.01)得知,漂白工艺明显影响了织物的燃烧特性。随过氧化物成分的增加,织物的火焰传播速度明显加快。这可能是由于织物上的污物和无机盐被去除且漂后的棉织物中含有一些可燃性物质的缘故。当双氧水用量为0.4%和0.6%时,织物具有最大的燃烧速率。

由多元回归分析的结果(R2=96%,sig.<<0.01)还可知:织物的点燃时间同样明显地受到漂白工艺的影响。当双氧水用量为0.2%时,织物的点燃时间缩短1.5s。

荧光增白。方差分析及回归分析(对Uvitex:R2=21%,sig.=0.074;对Techowhite:R2=0.3%,sig.=0.876,结果表明:在荧光增白剂试验用量范围内,其用量对针织物的火焰传播速度及点燃时间没有明显的影响。我们认为,这可能是受到了漂白浴中双氧水的影响。

活性染料染色多元回归分析(对棉织物:R2=96.6%,sig.<<0.01;对粘胶织物:R2=0.37%,sig.=0.781)表明:织物的火焰传播速度极大地受到染料浓度的影响。染料浓度的提高促使火焰在棉织物上的传播速度加快;然而对于粘胶织物来说,这一现象则不甚明显。

我们认为活性染料对棉织物可燃性的影响可能是由于染色加工去除了一部分化学助剂的缘故,而不是由于精练。应该在浴液中提高烧碱浓度以增加颜色深度。

分散染料染色。研究结果表明,在我们所选用的分散染料浓度下,涤纶织物的点燃时间不受染料浓度的影响。所有试样均可在2s之内点燃,与未经染色的涤纶织物没有区别。然而,火焰在织物上的传播速度却随染料用量的增加而明显提高(R2=79.1%,F=24.59),染料浓度与针织物可燃性关系即得出。有趣的是,染料用量为1.5%和2%的试样具有相同的火焰传播速度。这一现象证实了前人的研究结果。

柔软整理。研究发现,在我们所选用的浓度范围内,柔软剂对织物的点燃时间没有影响;但多元回归分析结果表明,柔软剂对火焰在织物上的传播速度影响显著。当使用弱阳离子微乳型有机硅柔软剂和非离子柔软剂时,织物具有最快的火焰传播速度;而非离子有机硅类柔软剂则可赋予织物最低的火焰传播速度。

所有的柔软剂均会导致织物的火焰传播速度急剧地提高,织物的燃烧速率由18mm/s~20mm/s提高到35mm/s~42mm/s。这是由于柔软剂本身含有脂肪酸缩合物或脂肪酸衍生物而使其成为一种易燃材料。

消泡剂的影响。任何能够改变某一物体系统表面性能而使其不易产生泡沫的化学品均可被称为消泡剂,这些化学品常被用于纺织品的印染加工浴及印花色浆中。对火焰传播速率的回归分析(R2=79.2%,F=40)表明,消泡剂的使用对织物的可燃性影响显著;而无论消泡剂的浓度高低,织物的点燃时间均为3s。随着消泡剂用量的增加,织物燃烧速率明显地增大;而且,不论消泡剂用量的多少,织物的燃烧速率都是较高的(R>30mm/s)。消泡剂在这方面的实际效果取决于其中可燃的脂肪酸酯、脂肪酸盐和高分子量的碳氢化合物。

抗起球剂的影响。织物的燃烧性能测试及统计分析结果(R2=74.9%,F=31.41)均表明:随抗起球剂用量的提高,织物的燃烧速率也明显增加。当其用量超过1%时,抗起球剂使织物的燃烧速率达到35mm/s。另一方面,织物的点燃时间并不随抗起球剂用量的变化而改变。

结论

在本研究中,我们研究了印染工艺对针织物阻燃性能的影响。主要报道了印染工艺(双氧水漂白、荧光增白处理、活性染料及分散染料染色等)和常用于针织物染整的印染助剂(柔软剂、消泡剂、抗起球整理剂等)对针织物阻燃性能的影响。试验采用了燃烧性能垂直测试法测试了297个印染整理试样的可燃水平;并应用了SPSS程序对试验结果进行了方差及多元回归分析和评价。

由研究结果可看出,针织物的印染整理工艺能够明显地影响其可燃性,尤其是其燃烧速度。随着双氧水用量的增加,织物的燃烧速度可从12mm/s提高至20mm/s~22mm/s。然而,与以前的研究结果———“当荧光增白剂的用量较高时,织物LOI值也较高”不同的是:本研究发现,荧光增白剂浓度的变化不会明显地影响漂白针织物的燃烧特性。活性染料可明显地促使火焰在棉织物上传播速度的加快。我们认为,织物这种燃烧行为的变化并不依赖于活性染料的浓度,而是取决于染浴中烧碱浓度的提高。经分散染料染色后的涤纶针织物,其燃烧速度提高100%,由5.5mm/s提高到10mm/s。这说明,分散染料对涤纶织物的可燃性具有非常重要的影响。

有机硅和柔软剂均可提高漂白织物的燃烧速度50%。与柔软剂相似,消泡剂也可提高漂白织物的燃烧速度60%~70%。将抗起球剂应用于纯棉针织物时,即便是较小的浓度也会导致织物的可燃性提高50%~70%,这可能是由抗起球剂对纤维的损伤而引起。由柔软剂、有机硅、消泡剂及抗起球整理剂而导致的织物燃烧速率明显提高,提醒我们应尽量少应用这些助剂,或尽量采用那些燃烧性较低的材料。

由本研究所得出的另外一个重要结论是:在较低的整理剂浓度范围内,织物的着火时间便可下降1s~2s;随后无论整理剂浓度如何,这一数值却不再变化。可见,较低的整理剂用量就会导致织物阻燃性明显地降低;整理剂浓度较高时,其对织物着火时间的影响反而较小。