尼龙-66涂层阻燃整理工艺研究
Study of Coating Flame-retardant Finishing Technology on Nylon-66
曹国兰 （苏州志向纺织科研股份有限公司）
摘 要：采用磷系阻燃剂对尼龙-66织物进行涂层阻燃整理。探讨了各因素对阻燃性能的影响，得出尼龙-66织物阻燃整理优化工艺为：涂刮工艺，P-N阻燃剂A25%，焙烘165℃×2 min。织物经整理的织物甲醛含量0.51mg/kg且水洗20次后阻燃性能达到美国航空防火标准。
Abstract: Nylon-66 fabric is finished with phosphorus flame retardant agent. The influences of coating process, flame retardant, baking conditions on the flame-retardant properties were investigated. Experiments resulted in the optimal conditions as the P-N flame retardant A , the amount of flame retardant 25%, baking conditions 165 ℃× 2min. Formaldehyde content is 0.51mg/kg and after washing 20 times, flame retardant properties can achieve fire safety standards of American Airlines.
关键词：尼龙-66；涂层阻燃整理；阻燃性能
Key words: Nylon-66c; coating flame-retardant finishing; flame retardant properties 前言
随着人们生活水平的提高，对阻燃产品的需求日益增加，对阻燃产品的耐久性、环保性的要求也更高。尼龙-66被广泛用于交通、农业等产业用领域，因其阻燃难度较大，目前国内尚无成功的工业化产品，所以研究尼龙-66阻燃产品是当前学术界的一个重大课题。本试验选择无卤素的磷系阻燃剂对尼龙-66进行涂层阻燃整理工艺的分析研究，目的在于填补无卤素尼龙-66耐久性阻燃方面的空白，减少由火灾的发生率，减小经济损失，保障人身安全，创造经济效益和社会效益1试验仪器设备和试验方法
1.1试验材料和设备
试验材料：P-N粉体阻燃剂A、磷酸酯类阻燃剂B和C、PU胶、尼龙-66织物（经×纬密：75×160根/10cm，平方米克重：0.318kg/m）
试验设备：电子天平、垂直燃烧试验仪、高速搅拌器、手动上胶机、西门子全自动洗衣机、焙烘箱、高低温热交变试验箱GDW/JB-0100
1.2 阻燃整理工艺
按照设计配方将PU胶与阻燃整理剂高速搅拌均匀，以利于阻燃剂微粒在溶液中的分散。将经过预处理的织物铺在自制的涂层机上并确保平面尽量平整，将涂层胶均匀涂敷于织物表面（单位面积上胶量：
2
240g/m），随后放入烘箱内烘干和焙烘，再放置24小时以确保PU胶完全固化，最后取出以备之后的性能测试。
1.3 测试
1.3.1 阻燃性能测试
采用垂直法，引用标准GB/T 8745 纺织品 燃烧性能 织物表面燃烧时间的测定(ISO 10047-1993，IDT)。
1.3.2 耐洗性能测试
引用GB/T8629-2001 纺织品 试验用家庭洗涤和干燥程序（ISO 6330：2000）。 2结果与分析
2.1涂层方式与阻燃性能
选择无卤素阻燃整理剂A30%用量添加到PU胶中，分别采用喷淋和涂刮的涂层方式进行阻燃整理，最后测试比较水洗20次后两者阻燃性能。
表 2-1涂层方式与阻燃性能 阻燃指标 涂层方式 喷 淋 涂 刮 平均余焰时间 （s） 燃尽 2.0 平均滴焰时间 （s） 燃尽 0.7 平均燃烧长度 （cm） 燃尽 3.0 [2]
[1]
2
从表2-1可以看出，涂刮比喷淋方式的阻燃效果好。这是由于采用喷胶方式对织物的压力很小会造成胶难以渗入织物内部，而涂刮方式改善前者造成表面涂层的缺陷，提高胶的渗透性，从而提高阻燃效果。
2.2 阻燃剂种类与阻燃性能
选取无卤素无重金属阻燃剂A、B、C20%分别添加在PU胶中，测试比较它们水洗20次后的阻燃性能。测试结果见表2-2：
表2-2 阻燃剂种类与阻燃性能 阻燃指标 阻燃剂种类 A B C 平均余焰时间 （s） 7.6 燃尽 燃尽 平均滴焰时间 （s） 1.2 燃尽 燃尽 平均燃烧长度 （cm） 5.1 燃尽 燃尽 根据表2-2可知采用阻燃剂A进行上胶阻燃整理时，其水洗20 次后的阻燃效果能最优，其它阻燃剂则达不到阻燃效果。这可能是由于磷酸酯类阻燃剂B、C为液体，耐热性差，挥发性大，相容性不理想，在燃烧时有滴落物产生，而P-N类阻燃剂A是粉体，耐热性较好，不存在挥发问题，燃烧时滴落物
较少。且由于P-N类阻燃剂A同时含有氮和磷两种元素，阻燃效果比只含磷的磷酸酯类阻燃剂B、C要好。综上所述，整理工艺应选择P-N类阻燃剂A。
2.3阻燃剂A用量对阻燃性能的影响
控制其他条件不变，讨论阻燃剂A用量对阻燃效果的影响，并确定其最佳用量。测试水洗20次后的阻燃性能如表2-3所示：
表2-3 阻燃剂用量与阻燃性能 阻燃指标 阻燃剂用量 0 15% 20% 25% 平均余焰时间 （s） 燃尽 14.3 7.6 7.3 平均滴焰时间 （s） 燃尽 2.0 1.2 1.1 平均燃烧长度 （cm） 燃尽 3.7 5.1 2.9 [3]
由表2-3可知随着阻燃剂用量的增加阻燃效果提高，但在阻燃剂用量达到25%时，阻燃效果增加不太显著，有些指标反而降低。
2.4焙烘温度与时间对阻燃性能的影响
焙烘的目的是加速阻燃剂、交联剂与高聚物大分子反应，生成稳定的共价键。焙烘是阻燃整理的关键工艺，焙烘温度取决于阻燃剂、交联剂的性质和催化剂的类型，焙烘温度波动应小，这样有利于织物焙烘均匀，交联充分。若焙烘温度和时间不足，交联不充分，耐洗性差；但烘温度过高，易造成织物强力损失过大，织物发黄，故应尽量降低焙烘温度。在采用同一催化剂的情况下，温度高则时间可以短一些。一般来说，对阻燃整理焙烘条件为150-170℃，2-4min。
控制其他条件不变，讨论焙烘温度与时间对阻燃效果的影响。测试水洗20次后的阻燃性能，焙烘温度对阻燃效果的影响见图2-1，焙烘时间对阻燃效果的影响见图2-2。由图2-1可知，随着焙烘温度的升高，阻燃性能也会增强，但温度过高，增强效果并不明显且织物易发黄。
图2-1焙烘温度对阻燃性能的影响
[5]
[4]
图2-2焙烘时间对阻燃性能的影响
由图2-2可知，焙烘时间越长，织物整理后的阻燃效果越好，但焙烘时间过长会影响织物手感，使织物变脆变硬，且2min、3min与4min时的阻燃性能相差不大。
2.5 正交试验分析
通过多次不同的阻燃剂用量、焙烘温度与时间单因子试验探索后，采用正交试验的方法，对影响阻燃性能的3种主要因素：阻燃剂用量、焙烘温度与时间进行讨论。正交表选用L9 ( 3) ，各因子与水平见表2-4，指标测试结果见表2-5。
表2-4 正交试验设计的因子及水平表 水 平 1 2 3
表2-5 指标的测试结果
序 号 平均余焰时间 （sec) 平均滴焰时间 （sec） 平均燃烧长度 （cm）
4
因 子 阻燃剂用量（%） 15 20 25 焙烘温度（℃） 160 165 170 焙烘时间（min) 2 3 4 1 10 6 10.8 2 8 5 9.6 3 9 6 10.4 4 8 4 7.8 5 6 3 6.6 6 7 2 7.2 7 9 1 7.2 8 6 2 6.4 9 7 3 6.8 表2-6 试验结果的正交分析 指标 因子 K1 K2 K3 k1 k2 k3 极差R 平均余焰时间（sec) A 27 21 22 9.0 7.0 7.3 2.0 B 27 20 23 9.0 6.67 7.67 2.30 C 23 23 24 7.67 7.67 8.0 0.33 平均滴焰时间（sec） A 17 9 6 5.67 3.0 2.0 3.67 B 11 10 11 3.67 3.33 3.67 0.34 C 10 12 10 3.33 4.0 3.33 0.67 A 30.8 21.6 20.4 10.27 7.2 6.8 3.47 平均燃烧长度（cm） B 25.8 22.6 24.4 8.6 7.53 8.13 1.07 C 24.4 24.2 24.2 8.13 8.07 8.07 0.06 注： 表中A为阻燃剂用量，B为焙烘温度，C为焙烘时间；Ki表示任一列上水平号为i 时所对应的试验结果之和， ki= Ki/3。
由表2-6对试验结果的正交分析可以直观地看出，对平均余焰时间的影响大小依次为：焙烘温度>阻燃剂用量>焙烘时间；对平均滴焰时间的影响大小依次为：阻燃剂用量>焙烘时间>焙烘温度；对平均燃烧长度的影响大小依次为：阻燃剂用所量>焙烘温度>焙烘时间。
对各个指标的综合平衡分析，最主要的影响因素是阻燃剂用量，其次是焙烘温度，最后是焙烘时间。确定的最佳工艺参数为阻燃剂用量25%；焙烘165℃×2min。
在最优整理工艺条件下，测得经整理的织物水洗20次后的阻燃性能为：平均余焰时间6.5s，平均滴焰时间3s，平均燃烧长度5.86cm，各项阻燃性能指标都能达到美国航空防火标准（平均余焰时间<15s，平均滴焰时间<5s，平均燃烧长度<20.3cm）。测试最佳整理工艺整理后的织物甲醛含量为0.51mg/kg，符合纺织品后整理的生态环保要求。
3 结论
研究了涂层阻燃整理工艺中涂层方式、阻燃剂种类、阻燃剂用量、焙烘温度、焙烘时间对水洗20次后阻燃性能的影响。结果显示：涂刮方法比喷淋方法的阻燃效果好，P-N类阻燃剂（磷氮粉体）阻燃效果比磷酸酯类阻燃剂好，在一定范围内阻燃性能随着阻燃剂用量增大而提高，随着焙烘温度的增加和焙烘时间的加长而增强。
通过正交实验分析得出最佳涂层阻燃整理工艺：磷氮粉体阻燃剂25%，焙烘165℃×2min。测得经整理的织物甲醛含量0.51mg/kg，符合纺织品后整理的生态环保要求，水洗20次后阻燃性能仍达到美国航空防火标准。
参考文献
[1] 李令尧．尼龙66织物后整理的研究．北京化工大学硕士研究生学位论文[D]．2009：19 [2] 全国纺织品标准化技术委员会基础分会．GB/T8629-2001 中华人民共和国国家标准[S]．北京：中国标准出版社，2001：56-62
[3] 周逸潇，杨丽，毕成良等．磷系阻燃剂的现状与展望[J]．天津化工．2009，23(1)：3 [4] 王仑．无甲醛耐久阻燃剂的制备及应用工艺研究．青岛大学硕士学位论文[D]． 2003：46
[5] 丁芸芸．棉织物耐久阻燃整理优化研究．青岛大学硕士学位论文[D]．2005：50
作者简介：曹国兰（1987-），女，江苏南通人，硕士，研究方向为无卤素耐洗涤锦纶织物的阻燃整 理工艺。