立泰電力為你解說紡織織物的阻燃整理

1.    前言

以前，紡織織物的阻燃整理統(tǒng)稱為防火整理，整理后織物遇火不易燃燒，離火即熄滅。只有某些特殊用途的織物，才要求具有一定的阻燃性能。近年來在民用產(chǎn)品如童裝、地毯、墻布、勞動保護布上進行阻燃整理受到了重視。

“阻燃”，并不是說織物經(jīng)過整理后就不會燃燒了，而是指紡織物不易燃燒或離開火焰后即能自行熄滅，不發(fā)生陰燃。織物的阻燃性能一般用極限氧指數(shù)，即織物在氧、氮混合氣體中維持燭狀燃燒，所需zui少的氧體積分數(shù)，以及移去火源后織物繼續(xù)燃燒的狀態(tài)、時間和燒焦程度等方法來加以測定。

2.阻燃整理的發(fā)展　

目前國內(nèi)外開發(fā)的阻燃整理劑是含有磷、氮、氯、溴、銻、硼等元素的化合物，纖維素的阻燃劑以含磷為主。有關阻燃的機理有多種解釋，對纖維素而言，阻燃劑所含磷在高溫下產(chǎn)生磷酸酐或磷酸，對纖維素有強烈的脫水作用，使纖維炭化，減少可燃性氣體的生成，磷酸酐會產(chǎn)生玻璃狀的熔融物覆蓋在織物上，促使生成二氧化碳，減少一氧化碳量，產(chǎn)生阻燃效果。各種元素的阻燃機理可能是各不相同的。

纖維素纖維的阻燃劑可分為非*性、半*性和*性三種。非*性阻燃劑品種很多，如各種金屬鹽、硼化合物、氯化石蠟等，經(jīng)常是數(shù)種混用，效果較好，成本較低，但不耐洗且有使織物強度下降的弊病。半*性阻燃劑(方法)有：

1)                  磷酸銨鹽。尿素磷酸鹽法或尿素磷酸氫二銨法合成，能與纖維素發(fā)生化學交聯(lián)。

2)                  磷酰胺。由磷酰氯和氨作用生成，織物吸收后增（質(zhì)）量達14％時，20次溫和水洗滌后仍有阻燃效果。

3)                  磷化法。織物在吡啶中以三氯氧磷磷化，然后用氨水處理。

4)                  FWWMR法，即防火、防水、耐氣候、防霉四防整理。在美國大量用于軍用帳篷布，配方中有氯化石蠟、氯化銻、碳酸鈣、硬脂酸鋁、五氯苯酚等，再加上粘合劑、有機溶劑和水。顯然，粘合這些化學劑獲得了耐洗性。*性阻燃整理劑，一般要求耐洗50次以上。

3.紡織織物的阻燃機理

紡織品本身易于燃燒和易助火焰蔓延。可燃物燃燒必須有三個要素：一定的溫度、產(chǎn)生可燃性氣體、氧氣。缺少任何一個要素，燃燒就無法進行下去。因此，要達到阻燃的目的，可采取以下三類措施：
a．改變纖維的熱解過程。如纖維素纖維在燃燒時首先分解氣化，產(chǎn)生可燃性氣體然后再燃燒。因此可以設法防止織物在高溫下變成氣體或減少這種傾向。一般來說，有機磷化合物的存在，可以減少可燃性氣體的形成而減少纖維燃燒的可能性。有些阻燃劑則可以在受熱時加速纖維的脫水碳化，減少可燃性氣體的產(chǎn)生，使燃燒無火焰或稍有火焰，當火源離去后，能立即自動熄滅，以達到阻燃的目的。
b．減少附近氧氣量或隔絕空氣，使分解產(chǎn)生的可燃氣體不易燃燒。這主要是利用阻燃劑受熱時產(chǎn)生不燃性氣體，以減少可燃性氣體與氧氣的接觸或稀釋氧氣及自由基(繼續(xù)燃燒的基因)的濃度，使火源離開后不能繼續(xù)燃燒。一些鹵素(含氯、溴)的有機化合物是zui普通的具有這種作用的燃燒扼制劑。
c．吸熱降溫。利用阻燃劑分解吸熱使纖維溫度降低到分解燃燒溫度以下采達到阻燃的目的。如一些氨鹽(磷酸的氨鹽等)分解時具有吸熱作用，分解產(chǎn)生的氣體還具有稀釋作用。
根據(jù)燃燒機理及阻燃措施，人們在長期實踐中發(fā)現(xiàn)對纖維能產(chǎn)生阻燃作用的主要元素有硼、氮、溴、氯、銻、鉍、氟、碘等，其中效果較好的是含磷、溴、氯等元素的化合物。用兩種以上元素混合化合物作阻燃劑時，其阻燃效果要比單一元素化合物效果好。

4.影響阻燃劑制備的因素

反應溫度對產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大。溫度低，反應時間長，會延長生產(chǎn)周期，增加生產(chǎn)成本，交聯(lián)固化也不好；溫度高，雖然使反應速度提高了，但某些銨類化合物會有一定程度的分解析出，影響產(chǎn)品性能。因此，反應溫度應控制在80～85℃，交聯(lián)劑加入速度以使反應平穩(wěn)進行為宜，滴加速度太快和太慢對生產(chǎn)都不利，太快反應過于激烈，甚至出現(xiàn)溢料現(xiàn)象．太慢反應速度降低，滴加時間延長。所以，滴加時間控制在15h左右。對于液體磷—氮系列阻燃劑來講，容易滲入織物內(nèi)部，其中一部分存在于纖維之間，另外很大一部分滲透到纖維內(nèi)部的無定型區(qū)，在高溫固化時，阻燃劑分子本身發(fā)生縮合，同時與纖維上的羥基發(fā)生交聯(lián)反應，另外，工作液一般是潛在酸起催化交聯(lián)作用，高溫時容易引起纖維子的降解，造成整理后織物的強力大大降低。若用細度200μm的阻燃劑整理織物，阻燃效果不理想，耐洗性差，織物表面有白色霜霧，且手感較粗糙．隨著顆粒的變細，阻燃效果增加，當細度達到10μm時，阻燃效果已好，手感、耐洗性也較理想。顆粒越細，織物各項性能越好，但制備越困，成本越高。因此，要按不同用途，選取適當細度的阻燃劑。

①　純棉織物阻燃整理

1.阻燃劑的選擇
使用阻燃劑要達到如下要求：
a．不能影響織物手感
b．對色澤影響要小
c．對人體無毒害作用
d．具有良好阻燃要求，沒有余燃。
針對以上要求，zui終選用了常州化工研究所開發(fā)的阻燃劑FRC-2，該阻燃劑阻燃性能好，不揮發(fā)，不析出，發(fā)煙小，不產(chǎn)生有毒氣體和腐蝕性氣體，并且經(jīng)30～50次水洗，阻燃效果仍能滿足要求，織物經(jīng)整理后，能符合美國DOC-FF3-11的規(guī)定。

2.阻燃劑工作液配方
阻燃劑FRC-2：350～400g／L
6DM(阻脂)：40g／L
柔軟劑(有機硅)：40g／L
H3P04：24g／L
3.阻燃工藝
將棉布在工作液內(nèi)二浸二軋(軋液率保持在65％～70％)→100℃烘干→165～170℃下焙烘(3～4min)→堿洗→水洗→烘干

 ② 尼龍織物阻燃整理

尼龍等聚酰胺類纖維，熔點215℃，分解溫度315℃，著火點530℃，熔點與著火點相差較大。燃燒時較易熔融滴落，脫離火源而不燃燒，因而被認為是自熄性的。相對地說，其蔓延燃燒的危害性較小。但是此類紡織品仍屬易燃品。它的熔融物在灼烈的幅射熱作用下，可以分解燃燒。盡管對尼龍織物阻燃整理進行過不少研究。可是磷，鹵兩系整理劑效果都不太明顯。到目前為止，值得推薦的后整理方法，仍只有硫脲和聚硼酸酯二種方法。前者是提高氧指數(shù)，后者是降低熱分解速度。

③　腈綸阻燃整理

腈綸比滌綸、尼龍容易燃燒氧指數(shù)zui低（18-18.5），燃燒熱zui高（35.95KJ/g）是一種易燃纖維，它的阻燃整理，有效和理想的不多，合纖通用的氣相阻燃整理劑可用也有效果，但處理中溫度一高，手感就不好。采用濃鹼水解方法，使纖維上氰基變?yōu)轸然c鹽，再用鹽酸酸化為羧基。而后用金屬鹽與之反應，生成金屬絡合物(1)，可以獲得很高的限氧指數(shù)。但是濃鹼水解的不光是氰基，它也拆斷纖維的長鏈，因此纖維強力下降比較嚴重，如果用水合肼來處理腈綸，氰基與聯(lián)氨加成，生成二胺，進而與重金屬螯合(2)，獲得阻燃效果，而對纖維的損傷程度，比鹼水解方法小得多。處理后的腈綸纖維在耐熱性和阻燃性方面都有明顯提高，耐熱性的是鈣鹽，熱分解溫度，可從處理前的300℃提高到550℃，離火自熄性很好，銅鹽處理后的限氧指數(shù)，可以從處理前的18%提高到50%，鋅鹽的限氧指數(shù)為32%，但迄今為止這一方法尚未見有工業(yè)化生產(chǎn)報導。
④ 滌綸織物阻燃整理

(1)  -磷系阻燃劑
用于滌綸和滌棉的磷系阻燃劑的代表性產(chǎn)品，是美國莫倍爾公司的恩的勃拉士19T (Antiblaze 19T) 的結構式；淺黃色透明液體，能與水互溶，活性有效成份＞93%，含磷量＞20.5%，毒性小。國內(nèi)同類產(chǎn)品有；FRC-1（常州）FR-102（北京）在熱融時，它能溶入滌綸纖維，未進入的可以被洗除。

(2)  -溴系阻燃劑
資料來源；1989年北京《阻燃研討會論文集》。對滌綸有親和力的溴類阻燃劑，通過高溫高壓染色法可以進入滌纖內(nèi)部，而獲得耐洗的阻燃效果.在4%(owf)，130℃一小時條件下，幾種化合物的上染率如下。
      阻燃劑            上染率有效用量(%)
TDBPP磷酸三(2,3溴丙基)酯79.5 2
TDCP磷酸三(2,3二氯丙基)酯57.5 3
TCP磷酸*苯酯73.3 3.5
HBCD六溴環(huán)十二烷48.2 1.5
TBA-EO四溴雙酚A-羥乙基醚75.5 4.5
DBPP-Am銨基-磷酸二(2,3溴丙基)酯0 -
DBDPE十溴二苯醚0 -
采用Coil接焰法(在10公分長的彈簧圈內(nèi)放1克重的長條滌綸織物，45°角點燃，三次接焰才能把織物燒盡。此時，織物上阻燃劑的含量(稱為有效用量)，可以作為阻燃劑阻燃效果大小的對比標準。有關阻燃劑的測試結果列于上表，其中雖以TDBPP,但是它有致癌作用而被禁用，HBCD無毒，并且對分散染料染色牢度的影響zui小，加強洗滌還可以改善手感。六溴環(huán)十二烷通過精磨加工，細度1μ左右時，上染率可以接近60%。用HBCD處理的滌綸織物，強力沒有變化，經(jīng)25次洗滌，阻燃指標不變，但耐干洗稍差，用紫外線幅照24小時，HBCD處理后的滌綸織物強力下降50%左右，HBCD對滌綸的光氧化促進作用可能是造成整理織物耐曬牢度差的主要原因(資料來源：上海印染學術年會論文資料集96年p218)

5. 阻燃理論與實際　

碳水化合物(纖維素纖維、木材、糧食)，受熱到300℃左右,就開始裂解，裂解方式有二種可能，*種是分解成碳和水，第二種是分解為碳氫(或含氧)化合物，主要是乙烷，乙烯，丙烯，還有部分乙醛，丙烯醛，丁烯，丁二烯，羥基丙酮，異丁烯醛，丙二烯和含量不多的丙酮，丙烯醇，苯，甲苯，羧酸，糠醛，甲醇，甲基丁二烯。

阻燃，是通過控制熱分解方式的方法來實現(xiàn)的。磷元素可以使碳水化合物按*種方式裂解為碳和水。碳，是不易點燃的固相物質(zhì)。水，吸熱汽化，不僅降低火區(qū)溫度，還稀釋了空氣(降低氧的含量百分比)，在供氧不足的條件下，燃燒速度下降，布片在垂直點燃后，上串火焰的熱量被用來裂解纖維，分解產(chǎn)物中的碳和水，使火勢逐漸減弱，直至熄滅。當然，磷化物祗能進入纖維無定形區(qū)的部分空間，上述反應不是全都如此。析出的也并非都是碳，而是伴隨著焦碳，焦油等碳的高聚物。由于阻燃纖維在燃燒時的降溫，析碳，以及磷化物殘留于未燃物表面，使未能燃燒的剩余物大大增加。發(fā)生這類阻燃作用的，一般稱之為凝固相阻燃劑。用尿素，三聚氰胺，氨來增加織物上含氮量，對磷處理有增效現(xiàn)象。燃燒時生成的P-N鍵有利于纖維脫水反應的增加，生成的非揮發(fā)性磷酸胺鹽有阻止暗火的作用。但是這里所說的含氮物指的是伯胺化合物。經(jīng)過羥甲基化的胺基（仲胺，叔胺）生成P—N鍵的可能性就小了，印染上用的后整理劑“2D樹脂”則*沒有這個作用（《阻燃材料與技術》1988試刊p41-45）。如果為了提高阻燃劑在織物上的牢度，選用羥甲基化合物作交鏈劑，則是另一個問題了。
也有一些纖維，不是碳水化合物，如羊毛，絲綢用磷系阻燃劑效果較差。它們可以采用重金屬離子絡合法，如同媒染染料染色那樣，鈦或鋯化合物與纖維絡合后，有良好的阻燃效果。腈綸纖維采用有限水解方法使部分氰基變?yōu)轸然?，而后用金屬鹽處理，生成羧酸鹽。經(jīng)銅，鋅，鈣處理后的改性腈綸，不僅有很好的阻燃性，其耐熱性也有很大提高。另一類阻燃劑是鹵素，鹵化合物，在火焰中均裂為自由基，能有效地捕獲正在燃燒著的火焰中的烴，氫，氧自由基，降低反應活性，削弱火勢，這類在火焰中起作用的稱為氣相阻燃劑。但是有機鹵化合物的分解溫度大多低于320℃，過早分解逸散，會失去進入火焰的機會。作為補充；三氧化二銻與有機鹵化物共熱時生成鹵化銻，它在較高溫度條件下產(chǎn)生游離基，阻燃效果比單獨用有機鹵化物提高好幾倍。

鹵—銻氣相阻燃體系，作為織物后整理的缺點是；三氧化二銻對織物沒有親合力也沒有可交聯(lián)基團，必須依靠涂料粘合劑來固著。它的優(yōu)點是；可用于任何織物。其耐洗性的好壞可由粘合劑用量來決定。用量越多，耐洗性越好，手感越硬。就滌綸纖維來說，有機磷和鹵化物（即使在沒有協(xié)效劑的情況下），都能獲得很好的阻燃效果。這些阻燃劑，可用于制作滌綸阻燃纖維，也用于滌綸織物阻燃整理，配合協(xié)效劑使用時，阻燃劑的用量可以減少，也有人將磷，鹵兩類阻燃劑合用，耐洗性有一定提高。滌綸產(chǎn)品有很多優(yōu)點，阻燃效果也很好，但因熔點改變不了，它的阻燃產(chǎn)品（包括混紡），作為裝飾用布比較合適。

6.關于燃燒性能的常用術語解釋　

(1)燃燒：可燃性物質(zhì)離開火源時，產(chǎn)生的氧化放熱反應，伴有有焰的無焰的燃燒區(qū)發(fā)光現(xiàn)象。
(2)灼燒：可燃性物質(zhì)接觸火源時，固相狀態(tài)的無焰的燃著過程，伴有燃燒區(qū)發(fā)光現(xiàn)象。
(3)余燃：燃著物質(zhì)離開火源后，仍有持續(xù)有焰燃燒。
(4)陰燃：燃著物質(zhì)離開火源后，仍有持續(xù)的無焰燃燒。
(5)有焰燃燒：伴有發(fā)光現(xiàn)象的氣相燃燒現(xiàn)象。
(6)發(fā)煙燃燒：一種無光可見，通常有煙霧出現(xiàn)的緩慢燃燒現(xiàn)象。
(7)點燃溫度：在規(guī)定的試驗條件下，使材料開始持續(xù)燃燒的zui低溫度，通常稱為著火點。
(8)熱解：材料在無氧化的高溫下所產(chǎn)生的不可逆化學分解。
(9)熔滴：材料高溫熔融滴落物。
(10)炭化：材料在熱解或不*燃燒過程中，形成炭質(zhì)殘渣的過程。
(11)阻燃：某種材料所具有的防止、減慢或終止有焰燃燒的  特性。
(12)火焰蔓延：火焰前沿的擴展過程。
(13)損毀長度：在規(guī)定的試驗條件下，材料損毀面積在方向的zui大長度，通常也稱為炭長。
(14)極限氧指數(shù)(L0I)：在規(guī)定的試驗條件下，使材料保持燃燒狀態(tài)所需氮氧混合氣體中氧的zui低濃度。