新型染整技术在功能整理中的应用

新型染整技术在功能整理中的应用摘要：染整加工是一历史悠久的传统加工技术，之间关系到人民的衣着和工业、军用纤维材料及装备，在国民经济中占有重要的地位。近年来，随着科学技术的迅速发展，这个传统的加工技术正在和将要发生重大的变化。这里主要介绍新型染整技术在阻燃整理和抗静电整理中的应用。介绍了微胶囊技术和低甲醛耐久整理在阻燃整理中的应用，壳聚糖和电晕在抗静电整理中的应用。关键词：阻燃整理；微胶囊技术；抗静电整理；壳聚糖一、阻燃整理随着城市现代化建设的发展，对纺织品的难燃化要求也越来越高。美国曾作过统计，1971-1975年，美国有人伤亡的火灾中，90%以上是住宅火灾，且最初着火物主要是纺织品。近年来，美、英、日、德等国对纺织纤维的阻燃已用法律的形式作了规定，要求凡是制作儿童、老人、残废者的服装，室内铺饰用布，剧院幕布以及交通运输工具和旅馆内使用的纺织材料，炼钢工人及士兵的制服等均需达到一定的阻燃要求。1、阻燃机理所谓阻燃是指降低材料在火焰中的可燃性，减缓火焰蔓延速度，当火焰移去后材料能很快自熄，减少燃烧。从阻燃过程看，要达到阻燃目的，必须切断由可燃物、热和氧气三要素构成的燃烧循环。(1)覆盖层机理阻燃剂受热后，在纤维材料表面熔融形成玻璃状覆盖层，成为凝聚相和火焰之间的一个屏障，这样既可隔绝氧气，又可阻止可燃性气体的扩散，还可阻挡热传导和热辐射，减少反馈给纤维材料的热量，从而抑制热裂解和燃烧反应。(2)气体稀释作用阻燃剂吸热分解后释放出不然性气体，如氮气、二氧化碳、氨、二氧化硫等，这些气体稀释了可燃性气体，或使燃烧过程供氧不足。(3)吸热作用某些热容量高德阻燃剂在高温下发生相变或脱水、脱卤化氢等吸热反应，降低了纤维材料表面和火焰区的温度，减慢热裂解反应的速度，抑制可燃性气体的生成。(4)凝聚相阻燃通过阻燃剂的作用，在凝聚相改变纤维大分子链的热裂解历程，促进发生脱水、缩合、环化交联等反应，增加炭化残渣，减少可燃性气体的产生。(5)气相阻燃阻燃剂的热裂解产物在火焰区大量地捕捉高能量的羟基自由基和氢自由基，从而抑制或中断燃烧的连锁反应，在气相发挥阻燃作用。2、阻燃剂的种类阻燃剂是一种能降低高分子材料燃烧性的物质，其主要作用是在保持材料原有性能的同时，防止织物发生燃烧。阻燃剂种类繁多，其化学结构、化学组成及使用方法各有不同。其分类方法很多，一般可按以下方法进行分类。(1)按所含阻燃元素分类按所含阻燃元素可将阻燃剂分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷－卤系阻燃剂、磷－氮系阻燃剂等几类。卤系阻燃剂在热解过程中，分解出捕获传递燃烧自由基的HX，HX能稀释可燃物裂解时产生的可燃气体，隔断可燃气体与空气的接触。磷系阻燃剂在燃烧过程中产生了磷酸酐或磷酸，促使可燃物脱水炭化，阻止或减少可燃气体产生。磷酸酐在热解时还形成了类似玻璃状的熔融物覆盖在可燃物表面，促使其氧化生成二氧化碳，起到阻燃作用。在氮系阻燃剂中，氮的化合物和可燃物作用，促进交链成炭，降低可燃物的分解温度，产生的不燃气体，起到稀释可燃气体的作用。磷－卤系阻燃剂、磷－氮系阻燃剂主要是通过磷－卤、磷－氮协同效应作用达到阻燃目的，具有磷－卤、磷－氮的双重效应，阻燃效果比较好。(2)按组分的不同分类按组分的不同可分无机盐类阻燃剂、有机阻燃剂和有机、无机混合阻燃剂三种。无机阻燃剂是目前使用最多的一类阻燃剂，它的主要组分是无机物，应用产品主要有氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸一铵、磷酸二铵、氯化铵、硼酸等。有机阻燃剂的主要组分为有机物，主要的产品有卤系、磷酸酯、卤代磷酸酯等。还有一部分有机阻燃剂用于纺织织物的耐久性阻燃整理，如六溴水散体、十溴－三氧化二锑阻燃体系，具有较好的耐洗涤的阻燃性能。有机、无机混合阻燃剂是无机盐类阻燃剂的改良产品，主要用非水溶性的有机磷酸酯的水乳液，部分代替无机盐类阻燃剂。(3)按使用方法分类按使用方法的不同可把阻燃剂分为添加型和反应型。添加型阻燃剂主要是通过在可燃物中添加阻燃剂发挥阻燃剂的作用。反应型阻燃剂则是通过化学反应在高分子材料中引入阻燃基团，从而提高材料的抗燃性，起到阻止材料被引燃和抑制火焰的传播的目的。3、阻燃纤维的制造方法赋予纤维阻燃性能的方法主要有提高成纤高聚物的热稳定性和纤维改性两种方式。(1)提高成纤高聚物的热稳定性纤维的裂解是纤维燃烧的最重要的环节，因为裂解将产生大量的裂解产物，其中可燃性气体或挥发性液体将作为有焰燃烧的燃料，燃烧后产生大量的热，又作用于纤维使其继续裂解，使裂解反应循环下去。提高成纤高聚物的热稳定性即提高热裂解温度，抑制可燃性气体的产生，增加炭化程度，从而使纤维不易燃烧。可有以下几种途径：a、在大分子链上引入芳环或芳杂环，增加分子链的刚性，提高大分子链的密集度和内聚力来增加纤维的热稳定性。b、通过纤维中线型大分子链间交联反应变成三维交联结构，从而阻止碳链断裂，成为不收缩不熔融的纤维。c、通过大分子中的氧、氮原子与金属离子螯合交联形成立体网状结构，提高热稳定性，促进纤维大分子受热后炭化，从而具有优异的阻燃性。d、将纤维在高温（200-300℃）空气氧化炉中处理一定时间，使纤维大分子发生氧化、环化、脱氧和炭化等反应，变成一种多共轭体系的梯形结构，从而具有耐高温性能。(2)纤维改性纤维改性有共聚法、共混法和纤维后处理法等。a、共聚法：在成纤聚合物的合成过程中，把含有磷、硫、卤素等阻燃元素的化合物作为共聚单体引入到大分子链中，经纺丝制成阻燃纤维。b、共混法：将阻燃剂加入纺丝熔体或浆液中进行纺丝，即成为阻燃纤维。c、纤维后处理：在高聚物成纤后，用高能射线或引发剂使纤维与乙烯基形成的阻燃单体接枝共聚，或是用含有添加型阻燃剂的溶液处理湿法纺丝过程中的初生纤维，使阻燃剂渗入到纤维内部，从而使纤维获得持久的阻燃性能。4、微胶囊技术在阻燃整理中的应用微胶囊作为一门新型技术，纺织工业对微胶囊技术反应比较迟缓，直至上世纪90年代才有一些研究和开发乃至商业化近年来迅速发展。现有的众多微胶囊化方法中，界面聚合法和原位聚合法是以单体作为原料，利用合成高分子材料做壳材的方法。具有工艺简单、壳材选择面广等优点被广泛应用。以环氧氯丙烷和二乙烯三胺为原料，在自制阻燃剂表面通过界面聚合法生成壳材，包覆在阻燃剂的表面，形成阻燃剂的微胶囊。当微胶囊化的阻燃剂用于棉织物阻燃整理后，作为囊心的阻燃剂完全与外界隔绝，避免了与人体直接接触；而阻燃剂只有在遇明火、微胶囊破裂时才起作用。利用制备的阻燃剂微胶囊对棉织物进行整理，整理后的棉织物阻燃耐洗性获得了较大提高。5、低甲醛耐久整理环境问题和健康意识对阻燃材料的发展有一定影响，各国都制订了相应的法律禁用某些阻燃剂，但没有列入禁用范畴内的阻燃剂并非无害，如纯棉的耐久性阻燃剂NMPPA，它是磷氮协同阻燃非常有效的纯棉耐久阻燃剂。然而，它在纯棉阻燃整理和织物的使用过程中会释放出大量甲醛，造成车间生产环境恶化，织物因含大量甲醛(约为150mg/kg以上),而有严重的异味。为此，使整理后织物释放甲醛量达到超低，是新型染整技术研究的重点问题。我们用多元羧酸作交联剂，以获得低甲醛释放的阻燃织物。多元酸本身不含甲醛，多元酸与纤维形成的酯键，即使水解也不释放游离甲醛。阻燃织物释放甲醛的可能性只有未反应的阻燃剂、阻燃剂与纤维素单分子接枝形成的酯键的水解，以及交联剂与阻燃剂形成的酯键的水解等。用多元羧酸代替含甲醛的常规交联剂，一方面降低了整个阻燃体系的甲醛含量和阻燃织物上的游离甲醛释放；另一方面减少了阻燃剂和交联剂的用量，改善了阻燃剂的应用性能。二、抗静电整理纺织材料在生产加工过程中受各种因素作用而在材料和加工机械上产生并积累静电，虽然它们的电流很小，不会对人身产生生命威胁，但是却能制造很多麻烦。静电不仅导致纺织加工困难，如加工时纤维缠绕机件、纱线发毛不能集束、织造时经纱开口不清，而且在纺织品的使用过程中容易吸尘沾污，服装纠缠人体产生粘附不适感，并对人体有害，如使血液PH值升高，血液中钙含量下降，尿液中钙含量增加，血糖升高，维生素C含量下降。静电严重者还可能引起火灾、爆炸。因此，抗静电织物的整理是非常必要的。1、静电的消除纤维材料产生的静电荷其散逸都是通过纤维材料表面的传导、空气传导和纤维材料内部扩散，其中前二者的作用是电荷逸散的机制，纤维表面形态和性质决定了纤维材料的静电性能。因此，常用的纺织品静电消除方法有：(1)对织物表面进行整理对合成纤维织物进行抗静电树脂整理。所用抗静电剂大多数是结构与被整理的纤维相似的高分子物，经过浸、轧、焙烘而粘附在合成纤维或其织物上。这些高分子物是亲水的，因此涂覆在表面上可通过吸湿而增加纤维的导电，使纤维不至于积聚较多的静电荷而造成危害。(2)制造抗静电纤维抗静电纤维的制造方法是在合成纤维聚合物内部添加抗静电剂，如磷酸酯、磺酸盐等表面活性剂，或是引入第三单体，如聚氧乙烯及其衍生物，以使纤维本身具有抗静电效果。添加在聚合物内部的抗静电剂大多数具有极性基团，这些极性基团在聚合体的外层形成导电层或通过氢键与空气中水分相结合，使聚合体的电阻减少，加速静电荷的散逸。(3)织物中嵌织导电纤维在合成纤维织物中，嵌入导电纤维也是一种有效的消除静电的方法。导电纤维的现有品种类型有：金属纤维、碳纤维、有机导电纤维；碳黑、石墨、金属或金属氧化物等导电性物质与普通高聚物共混或复合纺丝制成的导电纤维；导电高分子直接纺丝制成的有机导电纤维。这些导电纤维从其结构可分为导电成分均一型和导电成分被覆型、导电成分复合型三类。金属纤维导电性能好、耐热、耐化学腐蚀，但对于纺织而言，金属纤维抱合力小，纺纱性能差，成品色泽受限制，多用于地毯和工作服面料，制成高细度纤维时价格昂贵；碳纤维导电性能好，耐热、耐化学药品，但模量高、缺乏韧性、不耐弯折、无热收缩能力，适用范围有限；有机导电纤维中由聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等高分子导电材料直接纺丝制成，有机导电纤维纺丝困难，价格更高，也难在纺织品中广泛使用。2、抗静电整理剂抗静电整理剂种类很多，根据抗静电效果的持续性可分为耐久性抗静电剂和暂时性抗静电剂；耐久性抗静电整理剂此类整理剂在织物上具有较好的耐久性，能耐20次以上洗涤。非耐久性抗静电整理剂对纤维的亲和力小，不耐洗涤，常用于合成纤维的纺丝油剂以及不常洗涤织物的非耐久性抗静电整理。这一类整理剂主要是表面活性剂,包括阳离子型、阴离子型和非离子型。(1)阳离子型抗静电剂：适合涤纶等带负电的纤维；有季铵盐、聚乙烯多胺、烷基胺盐等。这类抗静电剂既有良好的抗静电效果，又有良好的平滑性和吸附性，但毒性较强，耐光性低，会使染料变色，腐蚀金属，刺激皮肤，而且耐热性较差，难以适应高温聚合纺丝的需要，多数用于表面处理。(2)阴离子型抗静电剂：适合羊毛等带负电的纤维；这类抗静电剂有脂肪酸胺盐、烷基磺酸盐、烷基硫酸酯盐、烷基磷酸酯盐等。油脂、脂肪酸、高级醇的硫酸脂盐或磷酸脂盐的抗静电剂作用最有效，胺盐、乙醇胺盐等的效果相对较差。水溶性好易于洗除。(3)非离子型抗静电剂：这类抗静电剂有聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰胺、烷基多元醇等；该类抗静电剂具有一定的耐洗涤性，对皮肤的刺激小、毒性小。3、壳聚糖在抗静电整理中的应用随着环保要求的日益提高，我国对资源极其丰富、应用前景非常广阔的甲壳质类动物多糖的研究又重新活跃起来，尤其是对具有抗菌消炎、促进伤口愈合功能的甲壳质纤维的研制与临床应用、印染污水处理、织物抗菌防臭整理、染色增深整理、织物透气整理等各有建树。壳聚糖可用于涤纶织物抗静电整理。(1)涤纶织物壳聚糖抗静电原理由甲壳质在碱性条件下水解脱掉乙酰基而成的脱乙酰甲壳质的化学结构类似纤维素大分子，所不同的是将纤维素大分子上的每个葡萄糖基团第二位碳原子上的羟基换成了氨基，该氨基在酸性介质中可以吸附氢质子形成-NH3+,并将带有-NH3+的壳聚糖结合到涤纶纤维上，就会使涤纶织物产生抗静电功能。其原因一是使纤维在水中具有离子导电功能，使摩擦产生的静电荷迅速泄露；二是当壳聚糖分子所带电荷与纤维表面电荷符号相反时，产生电性中和作用。此外壳聚糖分子上大量的羟基和氨基等强极性基团的存在可使壳聚糖分子具有很