阻燃型辐射制冷涂层涤纶织物的性能.pdf

阻燃型辐射制冷涂层涤纶织物的性能印染（2023 No.8）阻燃型辐射制冷涂层涤纶织物的性能刘亚文1，程献伟1，徐静涛2，关晋平1，张克勤1()1.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021；2.宁波瑞凌新能源科技有限公司，浙江 宁波 315500摘要：辐射制冷涂层涤纶织物的开发有助于实现物体主动降温，降低能源消耗。聚氨酯涂层涤纶织物易燃，且在燃烧过程中产生熔滴，使用过程中有潜在的火灾危害性。针对上述问题，采用磷酸酯阻燃剂DTZR-1607和DTFR-8000对辐射制冷涂层涤纶织物进行阻燃改性。结果表明：当阻燃剂DTZR-1607、DTFR-8000的质量比为6 2，阻燃剂质量分数为6%，阻燃涂层织物增重100 g/m2时，涂层涤纶织物可获得较好的阻燃性能，满足阻燃纺织品B1级标准。关键词：阻燃性能；涂层；磷酸酯阻燃剂；水性聚氨酯；涤纶织物中图分类号：TS195.592文献标志码：A文章编号：1000-4017（2023）08-0001-04Properties of flame retardant radiative cooling coated polyester fabricLIU Yawen1,CHENG Xianwei1,XU Jingtao2,GUAN Jinping1,ZHANG Keqin1 1.College of Textile and Clothing Engineering,Soochow University,Suzhou 215021,China;2.Ningbo Ruiling Advanced Energy Materials Institute Co.,Ltd.,Ningbo 315500,ChinaAbstract:Development of radiative cooling coating polyester fabric is beneficial for the active cooling of materials and thus reduce the energy consumption.However,the coated polyester fabrics are flammable and produce serious melt drop,causing significant fire risk during service.Regarding the issues above,the phosphateflame retardants DTZR-1607 and DTFR-8000 are used to modify the radiative cooling coated polyester fabric.The results show that when the mass ratio of flame retardants DTZR-1607 and DTFR-8000 is 6 2,the massfraction of flame retardants is 6%,and the coating mass gain is 100 g/m2,the coated polyester fabric can obtainbetter flame retardant performance and meet the B1 standard of flame retardant textile.Key words:flame retardant performance;coating;phosphate flame retardant;waterborne polyurethane;polyester fabric在太阳照射下，物体会积累大量热量，从而造成其表面和内部温度升高，给人们的活动带来诸多不便和危害1。辐射制冷技术通过红外线的辐射，将热源热量透过大气窗口向外太空冷源传递2，从而抑制涂层表面温度的上升，降低被覆物的内部温度3，为使用者提供一个舒适的工作生活环境。涤纶具有强度高、稳定性好等特点，辐射制冷型涤纶织物适用于户外遮阳伞、帐篷等领域。然而，涤纶织物极易燃烧，且燃烧过程伴有严重的熔滴现象，易产生二次危害，极大限制了其应用。提高涤纶织物的阻燃功能对于保障人们生命财产安全具有重要的意义。阻燃剂种类繁多，按所含成分分为卤系、磷系、磷/氮系、硅系等4。磷系阻燃剂具有无卤、无毒、热稳定性高等优势，与阻燃剂的发展趋势相符，其中磷酸酯类阻燃剂因资源丰富、价格低廉而得到广泛应用5。该阻燃剂可促进涤纶织物成炭，隔绝氧气，减少可燃气体的产生，阻止挥发性裂解产物释放，从而达到阻燃目的6-7。本文主要通过涂层法，采用磷酸酯阻燃剂对辐射制冷涂层涤纶织物进行阻燃改性，为阻燃型辐射制冷帐篷等产品的开发提供数据支持。1试验部分1.1织物、试剂及仪器织物涤纶防水织物（面密度为150 g/m2，防水等级按欧洲标准评定为4级，可防止涂层剂渗透到织物背面，宁波瑞凌新能源科技有限公司）试剂辐射制冷型聚氨酯（工业级，宁波瑞凌新能源科技有限公司），磷酸酯阻燃剂DTZR-1607（聚酯专用阻燃剂，工业级，苏州东拓化工有限公司），磷酸酯阻燃剂DTZR-8000（聚氨酯专用阻燃剂，工业级，苏州东拓化工有限公司）仪器Y（B）8B织物沾水度测试仪（温州市大荣纺织仪器有限公司），YG815B织物垂直燃烧试验仪（宁波纺织仪器厂），FTT0080氧指数仪（英国FTT科技有限公司），FX3000-3H静水压透水性试验仪、FX3150型织物收稿日期：2023-04-11；修回日期：2023-08-08基金项目：苏州市产业前瞻与关键核心技术项目（SYC2022017）；纺织行业纺织材料阻燃整理重点实验室（Q811580421）。作者简介：刘亚文（1997），女，硕士研究生，主要研究方向为纺织品阻燃涂层整理。通信作者：关晋平（1976），女，工学博士，教授，博士生导师，主要研究方向为纺织品阻燃科学研究、纺织品可持续染整技术。E-mail：。1印染（2023 No.8）透湿测试仪（瑞士TEXTEST公司），M021A型数字式织物透气量仪（美国锡莱-亚太拉斯有限公司），INSTRON 3365 型万能材料试验机（美国 Instron 公司），YG141D-型织物厚度仪（温州际高检测仪器有限公司），WashTec-P水洗色牢度仪（英国Roaches International公司），Lambda950型紫外-可见-红外分光光度计（Perkin Elmer仪器有限公司）1.2阻燃整理工艺阻燃整理工艺流程：涤纶防水织物轧光整理阻燃涂层胶涂布预烘焙烘。轧光工艺：将涤纶防水织物于100、0.4 kPa条件下进行轧光，使涤纶织物布面平整紧密。阻燃涂层整理工艺：将磷酸酯阻燃剂加入水性聚氨酯中，于1 000 r/min搅拌20 min，使阻燃剂与聚氨酯混合均匀，涂布于涤纶防水织物上，然后于110 预烘3 min，150 焙烘3 min，制得阻燃型辐射制冷涤纶织物。聚氨酯涂层涤纶织物为未添加阻燃剂时的涂层涤纶织物。1.3性能测试1.3.1增重量涂层涤纶织物的增重量按式（1）进行计算：增重量=m1-m0s（1）式中：m0为织物涂层前的质量，g；m1为织物涂层后的质量，g；s为织物的面积，m2。1.3.2拒水性能采用 Y（B）8B 织物沾水度测试仪，按照 AATCC222005 拒水性测试：喷淋法 测试涤纶织物的拒水性能，试样尺寸为180 mm180 mm。1.3.3垂直燃烧性能采用 YG815B 织物垂直燃烧试验仪，按照 GB/T54552014 纺织品 燃烧性能 垂直方向损毁长度、阴燃和续燃时间的测定 测试涤纶织物的燃烧性能。1.3.4极限氧指数（LOI）采用 FTT0080 氧指数仪，按照 GB/T 54541997纺织品 燃烧性能试验方法 氧指数法 测试涤纶织物的极限氧指数。1.3.5耐静水压性能采用FX3000-3H静水压透水性试验仪，按照GB/T47442013 纺织品 防水性能的检测和评价 静水压试验 测试涤纶织物的耐静水压值。1.3.6透气性采用 M021A 型数字式织物透气量仪，按照 GB/T54531997 纺织品 织物透气性的测定，在200 Pa条件下测试涤纶织物的透气率。1.3.7透湿性采 用 FX3150 型 织 物 透 湿 测 试 仪，按 照 GB/T127042009 纺织品 织物透湿性试验方法 第2部分：蒸发法 测试涤纶织物的透湿量。1.3.8断裂强力和撕裂强力采用 INSTRON 3365 型万能材料试验机，按照GB/T 3923.12013 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）测试涤纶织物的拉伸强力；按照GB/T 3917.22009 纺织品 织物撕破性能第2部分：裤形试样（单缝）撕破强力 测试涤纶织物的撕裂强力。采用YG141D-型织物厚度仪，依照GB/T 38201997 纺织品和纺织制品厚度的测定 测试厚度。根据式（2）计算涤纶织物的撕破强度。撕破强度=F/d（2）式中：F为织物撕破强力，kN；d为厚度，m。1.3.9耐水洗性能采用WashTec-P水洗色牢度仪，按照AATCC 612013 耐洗色牢度 测试涤纶织物的耐水洗性能，于40 条件下洗涤，45 min为一个洗涤周期。1.3.10辐射制冷性能采用Lambda950型紫外-可见-红外分光光度计，按照JG/T 2352014 建筑反射隔热涂料 测试涤纶织物的太阳光反射比与近红外反射比。2结果与讨论2.1阻燃剂比例对阻燃性能的影响在阻燃涂层整理工艺中，固定涂层织物增重量为50 g/m2，阻燃剂质量分数为6%，探究不同阻燃剂比例下涂层涤纶织物的阻燃性能。当 DTZR-1607 和 DTFR-8000的质量比为0 8、2 6、4 4、6 2、8 0时，测得阻燃涂层涤纶织物的损毁长度分别为 17.0、16.9、16.6、14.2 和 14.0 cm。说明 DTZR-1607 用量越多，阻燃涂层涤纶织物的损毁长度较小，阻燃性能越高。然而，当阻燃剂含量过高时，聚氨酯凝结，出现颗粒，聚氨酯的成膜性受到影响，无法进行涂层。当 DTZR-1607和DTFR-8000的质量比为6 2时，阻燃涂层涤纶织物在垂直燃烧测试过程中能够自行熄灭，没有续燃和阴燃时间，无熔滴产生，且聚氨酯无凝结现象。因此，后续试验选择 DTZR-1607 和 DTFR-8000 的质量比为6 2。2.2阻燃剂用量对阻燃性能的影响图1为阻燃剂添加量对涂层涤纶织物阻燃性能的影响。未涂层涤纶织物在垂直燃烧测试中完全燃烧，损毁长度为20.1 cm。2阻燃型辐射制冷涂层涤纶织物的性能印染（2023 No.8）!KFP/GGCH图1阻燃剂添加量对涤纶织物阻燃性能的影响Fig.1Effect of flame retardant dosage on the flame retardantproperties of polyester fabrics由图1可知，聚氨酯涂层涤纶织物（阻燃剂添加量为0）在垂直燃烧测试中剧烈燃烧，损毁长度为18.5 cm，有大量熔滴，可引燃脱脂棉，造成二次火灾。当阻燃涂层织物增重量为50 g/m2时，阻燃涂层涤纶织物的损毁长度随着阻燃剂用量的增加而降低，表明阻燃涂层涤纶织物的阻燃性能得到改善。当阻燃剂质量分数为6%时，阻燃涂层涤纶织物在垂直燃烧测试中能够自行熄灭，损毁面积明显减小，损毁长度降低至14.2 cm，无续燃、阴燃时间，无熔滴产生。另外，涤纶为热塑性材料，在火焰作用下产生熔融收缩，继续增加阻燃剂用量，阻燃涂层织物损毁长度的降低程度有限8。2.3涂层织物增重量对阻燃性能的影响涂层织物增重量的改变将导致涂层织物上阻燃剂的含量和阻燃性能发生变化。图2所示为DTZR-1607和 DTFR-8000 质量比为 6 2、阻燃剂质量分数为 6%时，不同增重条件下涂层涤纶织物的损毁长度和极限氧指数。!KFPLHH JgP!KL图2涂层织物增重量对涤纶织物阻燃性能的影响Fig.2Effect of coating addition on flame retardant properties ofcoated polyester fabrics由图2可知，损毁长度随涂层涤纶织物增重量的增加而降低，而极限氧指数呈上升趋势，表明涂层涤纶织物的阻燃性能得到改善。当涂层织物增重量为100 g/m2时，辐射制冷涂层涤纶织物的损毁长度降低至11.8 cm，极限氧指数升高至33.6%，满足GB/T 175912006 阻燃织物 B1级要求。2.4阻燃剂对辐射制冷性能的影响本研究主要开发与辐射制冷涂层相匹配的阻燃体系，因此要求阻燃剂的加入对涂层涤纶织物的辐射制冷功能无较大影响。阻燃涂层织物增重量为100 g/m2时，未阻燃涂层织物的太阳光反射比和近红外反射比分别是84.1%和82.7%，阻燃涂层涤纶织物的太阳光反射比和近红外反射比分别达到83.5%和81.8%。上述结果表明该辐射制冷涂层织物具有较高的辐射制冷效果。此外，加入磷酸酯阻燃剂后，涂层涤纶织物的太阳光反射比和近红外反射比未受到明显影响，表明该类阻燃剂不影响辐射制冷效果。2.5阻燃涂层涤纶织物的物理性能表征2.5.1耐静水压性、透气性和透湿性表1为不同增重量条件下阻燃涂层涤纶织物的耐静水压、透气性和透湿性。表1不同涂层织物增重量下涂层涤纶织物的耐静水压、透气率与透湿量Table 1Hydrostatic pressure resistance,air permeability andmoisture permeability of coated fabrics under different mass gain织物涤纶原样未阻燃涂层涤纶阻燃涂层涤纶增重量/（gm-2）05010015050100150耐静水压/（kPa）1.970.267.72.576.12.384.51.759.42.770.92.182.11.4透气量/（mms-1）20.000.200.390.020.370.010.180.020.970.010.410.020.310.01透湿量/（gd-1m-2）2 683.873.7844.232.1513.58.5403.36.2896.536.6552.69.6431.87.3由表1可知，阻燃涂层涤纶织物的耐静水压随涂层量的增大而升高9。这是因为随着涂布量的升高，织物表面的聚氨酯薄膜厚度增加，膜内分子链相互交联，覆盖了粒子堆积间的空隙；宏观上聚氨酯薄膜厚度的增加降低了其涂覆到织物表面时出现缺陷的概率，因此增大了水分子通过涂层织物的阻力10。另外，未阻燃涂层织物的静水压高于阻燃涂层织物，这是因为阻燃剂与聚氨酯为两相，阻燃剂的加入使得聚氨酯薄膜的连续性降低，因此聚氨酯薄膜存在一定的缺陷。如表 1 所示，与原织物相比，涂层整理后涤纶织物的透气率和透湿量显著下降，这是因为涂层后涤纶织物表面形成了致密的聚氨酯薄膜11。随着涂层织物增重量的升高，涂层涤纶织物的透气率和透湿量逐渐下降。这是因为涂层后涤纶织物的厚度增加，水分3印染（2023 No.8）子和空气透过织物的路径变长，透过难度增大，导致涂层涤纶织物透气率和透湿量降低12。与未阻燃涂层涤纶织物相比，阻燃涂层涤纶织物的透气性能和透湿性能升高，这也是由阻燃聚氨酯薄膜存在的缺陷引起的。2.5.2断裂强力和撕裂强度表2所示为阻燃涂层前后涤纶织物的断裂强力、断裂伸长率和撕裂强度。表2不同涂层织物增重量下涂层涤纶织物的断裂强力、伸长率和撕裂强度Table 2Tensile strength,elongation and tear strength of coatedfabrics under different mass gain织物涤纶原样未阻燃涂层涤纶阻燃涂层涤纶增重量/（gm-2）05010015050100150断裂强力/（N）815.88.2819.211.2830.09.3836.110.2817.98.3823.17.6832.27.4断裂伸长率/（%）19.90.711.90.610.81.110.90.811.80.710.40.910.30.6撕裂强度/（kNm-1）357.72.1191.71.9185.92.4180.51.5208.52.520.341.8194.52.3由表2可知，涤纶织物经聚氨酯涂层后的拉伸强力升高。这是因为聚氨酯涂层经高温焙烘后在涤纶织物表面成膜，起到保护涤纶织物的作用。阻燃涂层涤纶织物的强力略低于未阻燃涂层涤纶织物，这也与阻燃聚氨酯涂层存在的缺陷有关。另外，随着涂层量的增加，涂层涤纶织物的断裂伸长率降低，这是因为聚氨酯薄膜限制了涤纶纱线的滑移。如表2所示，经聚氨酯涂层后涤纶织物的撕裂强度明显降低，这是因为聚氨酯涂层填充了经纬向纱线交织点之间空隙，增加纱线之间固结，减小纱线间滑移，使织物在开口端部产生应力集中现象，导致涤纶织物的撕裂强度降低13。涂层量越大，纱线越不易滑移，织物越容易撕裂。因此，涂层涤纶织物的撕裂强度随涂层量的增加而逐渐降低。另外，阻燃剂的添加导致聚氨酯涂层存在缺陷，成膜性降低，因此阻燃涂层对涤纶织物撕裂强度的不良影响较未阻燃涂层小，阻燃涂层涤纶织物的撕裂强度高于未阻燃涂层涤纶织物。2.5.3耐水洗性能阻燃涂层涤纶织物的耐水洗性能与其应用性能有很大关系。当阻燃剂质量分数为6%，涂层织物增重量为100 g/m2时，涂层涤纶织物具有较高的阻燃性能，其损毁长度为11.8 cm。当涂层涤纶织物经过1次、5次和10次洗涤后，损毁长度分别为11.5、14.5和14.7 cm。说明随着水洗次数的增加，涂层涤纶织物的阻燃性能逐渐降低。这是因为聚氨酯涂层中的阻燃剂逐渐重新溶落至洗涤液中，导致涂层中阻燃剂的含量逐渐降低。另外，在洗涤过程中聚氨酯的酯基也容易发生水解14，使得聚氨酯薄膜产生缺陷，加速阻燃剂的流失。但整体而言，涂层涤纶织物经10次洗涤后仍具有较高的阻燃性能，损毁长度小于15 cm，满足GB/T 175912006阻燃织物 B1级性能要求，具有较好的耐水洗性能。3结论当涤纶织物涂层增重量为100 g/m2，阻燃剂质量分数为6%时，阻燃涂层涤纶织物的阻燃性能较高，损毁长度低至11.8 cm，极限氧指数高至33.6%，达到GB/T175912006 阻燃织物 B1级的要求。经阻燃涂层后，涤纶织物的断裂强力和耐静水压升高，磷酸酯阻燃剂的加入对涂层涤纶织物辐射制冷功能的影响较小。参考文献：1李明珠.户外纺织品用隔热降温涂料的研制及应用D.上海：东华大学，2012.2陈孝行，李贝特，万容兵，等.水性织物辐射制冷涂料的研制J.中国涂料，2020，35（11）：56-61.3王科林，徐娜.太阳热反射隔热涂层及其发展趋势J.现代涂料与涂装，2009，12（2）：18-22.4徐英俊，王芳，倪延朋，等.纺织品的阻燃及多功能化研究进展J.纺织学报，2022，43（2）：1-9.5高振昊，任向征，苗志伟.磷系阻燃剂阻燃聚碳酸酯研究进展J.化学通报，2021，84（11）：1191-1199.6FINOCCHIARO P,CONSIGLIO G A,IMBROGIANO A,et al.Synthesis and characterization of new organic phosphonates monomers asflame retardant additives for polymersJ.Phosphorus Sulfur and Silicon and the Related Elements,2007,182（8）：1689-1701.7刘海涛，邓继勇.磷系阻燃剂ZR-08在涤纶织物中的应用J.印染，2018，43（2）：36-38.8潘永红.硅-磷阻燃剂对涤纶织物的阻燃研究J.化纤与纺织技术，2012，41（1）：1-5.9李俊梅.织物涂层用水性聚氨酯的研究D.合肥：安徽大学，2012.10 陈金玲.涤纶用有机磷阻燃水性聚氨酯涂层胶的制备及应用研究D.杭州：浙江理工大学，2013.11 李芬，罗运军，李小童，等.涤纶织物的磷-氮水性聚氨酯阻燃整理J.印染，2013，39（1）：13-15.12 王丽.聚氨酯层压防水透湿帐篷面料的研发D.西安：西安工程大学，2018.13 张营营，赵玉帅，徐俊豪，等.PVC涂层织物撕裂破坏机理分析与强度预测模型J.建筑结构学报，2018，39（S2）：336-343.14 张潇.耐水解MDI型水性聚氨酯的研制与性能研究D.广州：华南理工大学，2015.4