防静电阻燃防水防油污天然纤维织物的制造方法

摘要

防静电阻燃防水防油污天然纤维织物的制造方法，防静电坯布试织、浸轧阻燃液、焙烘、皂洗、去味、防水防油污整理、拉幅、成品检验；防静电坯布试织天然纤维织物的防静电方法以有机导电纤维或金属导电纤维，在纺织加工时在织物的经向或纬向等间距的织入有机导电纤维或金属导电纤维；浸轧阻燃液采用阻燃剂和交联剂材料对天然纤维织物进行整理；防水防油污整理采用含氟化合物作为防水防油剂进行防水防油污整理。含有少量化纤的天然纤维织物亦在本发明要求范围，具有防静电阻燃防水防油污多种功能。

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种防静电阻燃防水防油污天然纤维织物及制造方法，尤其是防静电阻燃防水防油污全棉织物及制造方法。

二、背景技术

“防静电阻燃防水防油污天然纤维织物及制造工艺”，目前，国内外均未有系统的研究和相关报导。防静电、阻燃及抗油拒水单功能或者双功能织物研究的较早并有一些产品在市场应用。典型的如91101539和95101961。00136516专利是本发明的发明人对混纺织物进行阻燃防水防油污的处理工艺。

随着纤维材料使用范围和用量的增加，由纺织品造成的安全事故损失和人员伤亡，已引起世界各国的重视。如近年来煤炭和矿业开采恶性爆炸事故不断，造成了严重的人员伤亡和巨大的经济损失，研究开发防静电阻燃防水防油污天然纤维织物及服装，能够防止因静电引起的爆炸和火灾；同时在其它因素(如电路、人为等)造成火灾时，人员可有一定的逃生时间；此外工人在劳动操作时会经常接触油水介质，因渗透衣服、接触皮肤、导致人体污物感染，引发疾病。因此，使用天然纤维织物无论在舒适性或克服上述困扰有着更好的效果。防静电阻燃防水防油污天然纤维织物及服装，对保障职工的生命安全、卫生健康、促进生产发展都有着十分重要的意义。

抗静电织物有多种方法：如用抗静电剂对天然纤维织物进行整理，这种方法既简单又实用，许多商业用纺织品的防静电处理都是用这种方法，但这种方法的耐洗性仅10-20次，而防静电工作服的国家标准要求洗涤50次(B级)和100次(A级)，所以这种方法在生产劳动防护服面料时无法使用；二是以防静电涂层对天然纤维织物进行加工，这种技术的最大问题是服装的透汽舒适性能差；

炮兵、导弹部队、装甲部队、海军、空军和卫星发射部队等，也应该使用防静电阻燃防水防油污天然纤维织物及服装。

上世纪末美国杜邦公司曾以耐高温阻燃纤维Nomex、高强高模纤维Kevlar及复合导电纤维经混纺、织布、染色织成具有一定防静电性能的耐高温阻燃织物，这种织物的阻燃性和隔热性较好，但价格昂贵(每平方米约100元)、除个别部门和个别场所外，很难应用于普通劳动防护服装和部队装备用服装；原国家经贸委安全科学研究中心曾在“九五”期间研制了易燃易爆工作岗位防静电阻燃防护服，这种防护服的基材是防静电阻燃涤棉织物，由于该织物手感较硬挺，加之如矿井下面一直使用全棉质工作服，所以该产品未有得到实际应用；1990年国内石油开采业装备的抗油拒水防护服、钢铁企业装备的阻燃防护服都是对单一安全卫生性能的防护。所以既可避免因静电火花引发的事故，又可防止或减少因其它因素引发的火灾或者卫生事故，具有本发明的四种防护功能的天然纤维织物及服装的研制是国内外科学工作者的一个紧迫任务。

三、发明内容

本发明目的是：提供一种性能好、安全舒适、防静电阻燃防水防油污天然纤维织物及制造方法。

本发明的目的是这样实现的：防静电阻燃防水防油污天然纤维织物制造方法，防静电坯布试织、浸轧阻燃液、焙烘、皂洗、去味、防水防油污整理、拉幅、成品检验；防静电坯布试织天然纤维织物的防静电方法以有机导电纤维或金属导电纤维(或者不锈钢纤维)，在纺织加工时在织物的经向或纬向等间距的织入有机导电纤维或金属导电纤维(或混纺入不锈钢纤维)。浸轧阻燃液采用阻燃剂和交联剂材料对天然纤维织物进行整理；防水防油污整理采用含氟化合物作为防水防油剂进行防水防油污整理。

本发明使用现有生产设备上对2300多米防静电棉质贡缎进行染色，阻燃、防水防油污加工，生产的防静电阻燃防水防油污天然纤维织物经国家劳动保护用品质量监督检验中心，国家棉纺织产品质量监督检验中心和江苏省疾病预防控制中心检测，防静电性能、阻燃性，防水防油污性能、强力、手感、透湿、毒性等主要技术性能指标，不仅符合项目技术指标要求，同时也符合GB12014-89《防静电工作服》、GB8965-1998《阻燃防护服》和GB12799-91《抗油拒水防护服安全卫生性能要求》的规定。成品率在90以上，本批生产的防静电阻燃防水防油污天然纤维织物，分别在煤炭、矿业、石化等部门组织试穿试用，都得到了很好的评价，部分产品还和外商洽谈供货事宜。防静电阻燃防水防油污天然纤维织物工业生产的成功，不仅为国内劳动保护市场增添了一种新型防护材料，同时也受到外贸企业的欢迎。

主要技术指标

防静电阻燃防水防油污天然纤维织物的主要性能应达到下列指标要求：

(1)防静电性能：每件服装洗前和洗后的带电电荷量＜0.6μc/件。

(2)阻燃性能：织物洗前和洗后的阻燃性为：

续燃时间.S    ≤5；阴燃时间.S      ≤5

损毁长度.mm   ≤130；熔融、滴落    无

(3)防水防油污性能：

洗前：防水＝5级  防油≥130分

洗后：防水≥1级  防油≥80分

(4)断裂强力(条样法)：经向≥490N纬向390N

(5)硬挺度：经纬向总平均抗弯长度≤4.5cm

(6)透湿量：≥4500g/m².24h

(7)缩水率：≤5.0％

(8)毒性：无皮肤过敏反应

本发明的特点是：防静电阻燃防水防油污天然纤维织物不仅具有四种防护功能，性能优良，而且已达到工业生产和实用的要求。本发明由单一功能材料向多功能材料的发展研究，从而扩大了特种安全防护材料应用的新领域；本发明提出了天然纤维织物的防静电、阻燃、防水防油污的复合兼容技术；应用化学方法突破性的解决了焙烘交联时副产物-脂肪胺的异味问题，提升了产品的生态水平；在一般纺织、染整厂的设备上即可批量工业生产，成本较低，具有很强的市场竞争能力和巨大的社会经济效益；防静电阻燃防水防油污天然纤维织物的主要性能符合国内外相关标准的规定；与国内外相近产品比较，防静电阻燃防水防油污天然纤维织物的主要性能指标具有国内外领先水平。

本发明的用途极为广泛，防静电阻燃防水防油污天然纤维织物及服装主要应用于特殊场合的工作服，如煤炭、矿业、石化、燃气、化工等部门，也适用于炮兵、导弹部队、装甲部队、海军、空军和卫星发射部队，以避免或减少静电、人为失误、致火武器、环境因素等引起的火灾损失和卫生事故，对保存军队有生力量，提高部队战斗力也具有重大意义。按规定装备安全护护用品，减少事故发生。

四、附图说明

图1为本发明工艺流程图

五、具体实施方式

本发明天然纤维织物的防静电方法以有机导电纤维或金属导电纤维(或者不锈钢纤维)，在纺织加工时在织物的经向或纬向等间距的织入有机导电纤维或金属导电纤维(或混纺入不锈钢纤维)。本发明所述天然纤维织物包括全棉、毛、麻或粘胶纤维，也包括混纺合成纤维在不大于10％的织物，当然也包括天然纤维的混纺织物。

本发明采用的防静电织物的特点是：防静电耐久性很好(可耐洗涤100次以上)；还可调正导电纤维的用量满足不同产品对防静电性能的不同要求；同时这种织物的染色复盖性(可染无色导电丝)较好，成本比较低，所以劳动防护服用防静电织物多采用此方法。本发明选用无色导电尼龙纤维生产天然纤维防静电织物。

阻燃整理新方法：用阻燃剂和交联剂等材料对天然纤维织物进行整理，是先进的阻燃处理技术，其特点是工艺简单，不同重量，不同结构的织物可适当调整配方、工艺生产。

阻燃剂的选择有多种：江苏东升DS-01、江苏张学港JHPC、北京昊天H-01、瑞士Pyrovatex CP

国际上常用的天然纤维织物阻燃整理的方法主要有Proban法(英国)和Pyrovetex cp法(瑞士气巴加基公司)两种：Proban法的特点是阻燃耐洗性好、织物强力损失小，但整理织物的手感硬挺，色泽变化较大，而且还需要专用的氨熏设备、氧化和皂洗要充分；Pyrovetex cp法对织物颜色影响较小、手感较柔软，又能与其它功能性助剂共用有利于新产品的开发，且无需专用设备，若配方、工艺科学合理，整理织物的强力损失和耐洗性都能达到要求，目前是发展最迅速的整理方法。本研究选用的阻燃整理方法是介于Proban和Pyrovetex cp之间的SD阻性整理新技术。

本发明采用P-N型阻燃剂(DS-101，)以轧-焙工艺对防静电天然纤维如全棉贡缎进行处理，根据正交试验结果，表2给出了织物增重与阻燃性之间的关系。从表2可以看出：随着阻燃剂使用浓度的增加，整理织物的增重升高、损毁长度降低，生产成本加大，实际生产中应在保证阻燃效果和耐洗性的前提下，使用最少量的阻燃剂。

阻燃剂的使用浓度在32％-42％时，织物增重为14％-17％，损毁长度为75mm-100mm，这样的指标可符合国内外各种阻燃纺织物及服装的规定，是一个最佳的浓度使用范围。

交联树脂与织物增重和耐洗性的关系

交联剂是一种具有特殊活性基团的化合物，在适当的条件下它能与阻燃剂、棉纤维的活性基团起化学反应(见反应式1.2.)，形成牢固的化学键结合，从而大大提高阻燃剂在织物上的缚着牢度，增加整理织物的耐洗性。

本发明采取了两项技术措施：一是在不影响织物手感和强力的情况下，适当加大交联剂的用量，以提高整理织物的阻燃性；二是应用复合型交联剂，以提高交联剂的活性、粘附性和渗透性，表3给出在阻燃剂用量不变情况下交联剂的品种和用量对整理织物洗脱率的影响。

交联剂除DS-202、203之外以及混合使用，还包括DS-304树脂，生产公司为气巴加基公司、浙江传化、郑州迅达阻燃材料厂等企业。

在阻燃剂用量恒定的情况下，随着交联剂用量的增加，整理织物的增重升高、损毁长度下降。在交联剂用量8-9时，织物增重15-17％，损毁长度80-85mm，这是一个比较合适的用量。

然后经防水防油污整理：且防水防油污与阻燃分两步法进行：即先将织物作阻燃整理，然后再作防水防油污加工。

防静电、阻燃、防水防油污复合兼容的选择：

防静电、阻燃及防水防油污通常情况下是相互矛盾的，因为常用的防静电、防水防油污剂(如有机硅、硬脂酸衍生物等)都是可燃性材料，它们与阻燃剂共同时，不仅相当于织物上阻燃剂用量的减少，而且防静电剂、防水防油污剂多附着于纤维表面，致使织物的阻燃性下降和织物表面的续燃性加大。本发明解决了此问题。

根据大多数金属及其氧化物不易燃烧和磷、卤元素的阻燃性协效理论，先将含有金属氧化物(或金属细粉)的有机导电纤维，作为经纱等间距的织入织物而成防静电坯布，再经前处理和染色，最后用含磷阻燃剂和含氟防水防油污剂分二步对织物进行整理，即获得具有防静电、阻燃、防水防油污四种功能的天然纤维织物。

表1给出了不同品种的抗油拒水剂对已进行过防静电和阻燃加工织物的整理效果。

  导电纤维  阻燃剂 防水防油剂 防静电性  μc/件  损毁长度    mm表面续燃  时间S  防油  污性  分 防 水 性 级  导电尼龙  DS-101  无    0.42    70.8    0  ＜50＜1  导电尼龙  DS-101  203硅油    0.42    120.0    15  ＜70  4  导电尼龙  DS-101  FTC硬脂酸  衍生物    0.42    125.0    10  ＜70  4  导电尼龙  DS-101  FC-50(含氟  化合物)    0.42    72.7    1.5  130  5

注：(1)织物为32S/2×32S/2天然纤维贡缎；导电经纱间距1根/1.5厘米；

(2)未阻燃和防水防油污处理时，织物的防静电性能为0.4μc/件。

从表1可能看到：阻燃剂和防水防油污剂对织物的防静电性能没有影响；203硅油和FTC硬脂酸衍生物与DS-101阻燃剂共用时，织物的损毁长度由70.8mm增加至120mm，续燃时间达10-15秒，已超过5秒的国家标准规定；而与防水防油污剂FC-50共用时，织物的阻燃性基本不变，防水防油污性能、手感、强力、透湿等指标都符合要求；因此工业生产即采用有机导电纤维、磷系阻燃剂和含氟防水防油污剂的复合兼容加工技术。

影响织物阻燃性的因素主要是导电纤维、阻燃剂和防水防油污剂：导电纤维选用的是添加金属氧化物的复合尼龙纤维，本身有一定的阻燃性，而且织物中使用量极少(0.1-0.3g/m²)，对整个织物的阻燃性影响不大；防水防油污剂是一种全氟化烷烃化合物，含有很高的氟元素(卤族元素)，它与磷系阻燃剂有很好的协效性，实验中发现经阻燃整理后的天然纤维织物再用防水防油污剂处理，织物的阻燃性没有任何变化，两者的协效性十分明显；阻燃剂的用量成了影响织物阻燃性的关键因素。

表2织物增重与损毁长度之间的关系

注：帆布规格为21S/3+3×21S/4；贡缎规格为32S/2×32S/2。

表3交联剂品种与用量对织物洗脱率的影响

注：所用织物为32S/2×32S/2防静电天然纤维贡缎。

由表3可以看到：在阻燃剂用量不变的情况下，单独用交联剂DS-202(8-5％)时，洗脱率最低(47.9％)、织物增重最大、损毁长度最短，但织物手感较差；而单独用交联剂DS-203时(8.5％)，洗脱率最高(59.3％)、织物增重最小、损毁长度最长、织物手感最柔软。从整理织物的综合指标考虑。交联剂DS-202和DS-203共用比较合理，尤其是共用量8.5％左右(DS-202 7.28左右，DS-203 1.22％左右)最为适宜。用其它交联剂有相似的效果。

焙烘与交联

本发明采用高温焙烘固着交联，这是一个十分复杂的物理化学过程：既有阻燃剂与棉等天然纤维的共价交链(见分子式1)，又有纤维、阻燃剂和交联之间的价键结合(见分子式2)，同时还有阻燃剂、交联剂向织物结构和棉纤维内部的渗透、附着，靠分子间的次价键力形成十分牢固的物理吸附。

本发明采用焙烘温度150-170℃，焙烘时间2-6分钟是较为合理的焙烘交联条件。

防水防油污的坚牢性

防水防油剂的品种和使用量在很大程度上决定了整理织物的防水防油污性能(见表4)。虽然防水防油剂DS-105对棉纤维也有一定的粘附性，但不用交联树脂与其复配时，坚牢性很难达到实用要求。本研究使用具有高活性的交联树脂(DS-202)与防水防油剂DS-105共用，并配以合适的催化剂，PH值调节剂，在固着交联时，借助于防水防油剂和交联剂与棉纤维大分子的化学结合，大大提高了防水防油污织物的耐洗涤牢度。表5给出了交联树脂使用量与织物防水防油污坚牢性的关系。

能与磷系阻燃剂协效的防水防油剂仅有含卤族元素的化合物。本发明选用含氟元素的脂肪族化合物作为可与阻燃剂协效的防水防油污剂。其品种主要有：江苏宜兴FC-105、日本旭肖子AG-480、汽巴精化oleophobol、杭州传化TF-410H。

四种防水防油剂都是含氟化合物，但因其化学结构、含氟量、原产地等的不同，其性能和价格差别较大，本实施例尤其选用性能良好，价格便宜的FC-50防水防油剂。

           表4防水防油剂用量对织物防水防油污性能的影响

防水防油剂DS-105    (％)         防水(级)       防油污(分)    未洗  洗涤30次    未洗  洗涤30次    13.0    5    3    150    100    11.0    5    2    140    90    9.0    5    2    130    80    8.0    5    1    130    80    5.0    5    1    100    60

注：整理织物32S/2×32S/2天然纤维贡缎。

               表5交联树脂与防水防油污的坚牢性

  交联树脂DS-202(％)  防水防油剂  DS-105(％)      防水(级)    防油污(分)  未洗洗涤30次未洗洗涤30次    9.0    10.0    5    3  140    100    6.5    10.0    5    2-3  140    100    4.5    10.0    5    2  140    90    3.5    10.0    5    1  140    80    2.5    10.0    5    1  140    70

注：整理织物为32S/2×32S/2天然纤维贡缎。

从表5可以看到：在防水防油剂使用量不变的情况下，织物的耐洗性随着DS-202树脂的使用量增加而升高，但要满足国家标准和企业标准洗前防水5级，防油污130分和洗涤30次后防水1级，防油污80分(企标90分)的要求，交联树脂的使用量3.5-6.5％为宜。

防静电性能符合要求的防静电天然纤维织的试织。经过反复试织，确定了导电纤维的品种，络合方法，使用数量及织物结构(如32S/2×32S/2 102×60贡缎)，并试织2300多米供进一步研究和生产使用。

防静电天然纤维织物阻燃、防水防油污加工技术的研究：经过40多组正交试验，通过3900多个数据分析，确定了阻燃性、防水防油污性、耐洗性、强力、织物手感等主要技术指标符合要求的最佳配方和加工工艺参数，为批量工业生产奠定了基础。

工艺流程：

防静电坯布试织-染色-浸轧阻燃液-焙烘-皂洗、去味-防水防油污整理-拉幅-成品检验

典型的阻燃配方：

阻燃剂DS-101  25-55

DS-202树脂    A  3.5-6.5

DS-203树脂    B  1-3

DS-304树脂    C  0-1

DS-302催化剂  D  0-1

渗透剂JFC     0.21

去离子水      E  余量

合计          100.0(％)

典型的防水防油污配方：

防水防油污剂DS-105 8-25

DS-202树脂         X 3.5-6.5

PH值调节剂         Y 中性

DS-303催化剂       Z 0-1

去离子水           W 余量

合计          100.0(％)

产品质量与分析

防静电阻燃防水防油污天然纤维织物的主要技术性能指标列于表6和表7。

表6防静电阻燃防水防油污织物的四种防护性能

注：织物为天然纤维贡缎：32S/2×32S/2、102×60(根/英寸)。

从表6和表7可以看到：

(1)防静电阻燃防水防油污天然纤维织物的防静电、阻燃、防水、防油污性能及其耐洗性不仅符合项目指标要求，而且优于GB12014、GB8965、GB12799和BSEN470-1等国内外标准规定的相关指标。

(2)防静电阻燃防水防油污天然纤维织物的防静电、阻燃、防水和防油污的复合兼容协效能力极佳。

表7防静电阻燃防水防油污天然纤维织物的物理性能

注：织物为天然纤维贡缎：32S/2×32S/2、102×60(根/英寸)。

从表8可以看到：①本项目研究开发的防静电、阻燃、防水防油污复合兼容技术在棉织物、麻织物、毛织物、粘胶织物等天然纤维织物上都有良好的效果。②天然纤维织物在混入10％以内的涤纶、腈纶、尼龙等合成纤维时，都可获同样的防静电、阻燃、防水防油污效果。

注：各种天然纤维纺织物混入10％以内的涤纶、尼龙、腈纶等合成纤维时其防静电、阻燃、防水防油污性能不变。

表8不同天然纤维纺织物的防静电阻燃防水防油污性能

从表9可以看到：①四种阻燃剂对棉织物的防静电性、防水防油性影响相同，阻燃性虽有差异，但都能达到国内外相关标准规定；阻燃剂THPC和H-01对织物的颜色影响较大，而且THPC加工织物的手感硬挺，影响织物的使用性能；DS-101和Pyrovatex CP是两个性能相近，均可使用的产品，但Pyrovatex CP价格较贵，约为DS-101的三倍，研究中使用DS-101阻燃剂。②四种阻燃剂对棉、麻、毛、丝和粘胶纤维织物的作用相似。

表9阻燃剂品种对棉织物四种防护性能的影响

注：阻燃剂DS-101、THPC和Pyrovatex CP均为磷系阻燃剂，但化学结构和含磷量有较大区别；阻燃剂H-01是溴系阻燃剂。