棉織物的阻燃整理綜述

1、棉織物阻燃技術(shù)進(jìn)展摘要:棉織物阻燃技術(shù)的研究已成為當(dāng)今的重要課題,新型的阻燃技術(shù)也不斷發(fā)展。本 文通過(guò)搜集大量有關(guān)棉織物阻燃技術(shù)的文獻(xiàn)資料, 對(duì)目前的阻燃方法及阻燃劑的選擇進(jìn) 行了簡(jiǎn)要的總結(jié);通過(guò)研讀最近的碩博士論文,重點(diǎn)介紹了兩種新型的阻燃劑:微膠囊 化阻燃劑與膨脹性阻燃劑,詳細(xì)介紹了三種較新的阻燃方法:自阻燃纖維接枝法、層層 自組裝阻燃涂層法、電子束輻照接枝法,不僅概括了棉織物阻燃技術(shù),也跟進(jìn)了最新的 研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞:棉織物;燃燒;阻燃劑;阻燃方法;新型1. 前言火災(zāi)嚴(yán)重威脅人類(lèi)生命和財(cái)產(chǎn)安全。美國(guó)雅寶公司 Harry Patient 先生說(shuō),全球每年 約有 16.5萬(wàn)人因火災(zāi)而喪生。

2、火災(zāi)事故調(diào)查表明:50%左右的火災(zāi)由紡織品及室內(nèi)裝飾 品引起 1。在所有的紡織品中,棉織物因具有優(yōu)異的吸濕透氣性、良好的染色性和生態(tài) 相關(guān)性而被廣泛使用。但是棉纖維屬于易燃纖維,而且燃燒速度快,具有很大的助燃性 由棉織物引發(fā)的火災(zāi)已嚴(yán)重影響人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此,如何提高棉織物的阻燃能 力,減少因紡織品引起的火災(zāi),研究紡織阻燃技術(shù),就成了當(dāng)前的重要課題 2。棉織物的燃燒實(shí)質(zhì)是纖維素的燃燒,所謂的燃燒通常是指物質(zhì)氧化產(chǎn)生熱量并引起 發(fā)光的現(xiàn)象, 它是一個(gè)封閉的鏈?zhǔn)窖h(huán)過(guò)程。 纖維素纖維是一種天然高分子碳水化合物, 受熱時(shí)不熔融,遇火后燃燒較快,熱烈解部分產(chǎn)物又會(huì)再次燃燒,進(jìn)一步促進(jìn)燃燒過(guò)程 3

3、。我國(guó)在 20世紀(jì) 50年代開(kāi)始了紡織品阻燃技術(shù)的研究,其中以棉織物作為起步,經(jīng) 過(guò) 60余年的發(fā)展,已經(jīng)擁有了多種阻燃技術(shù),棉織物阻燃整理技術(shù)取得了重大進(jìn)展 4。 通過(guò)研讀大量關(guān)于棉織物阻燃的文獻(xiàn),本文對(duì)棉織物阻燃技術(shù)的概況與最新進(jìn)展進(jìn) 行了歸納總結(jié)。首先對(duì)阻燃劑的種類(lèi)與發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié),并重點(diǎn)介紹了新型的微膠囊 阻燃劑與膨脹阻燃劑, 然后對(duì)阻燃方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹, 并詳細(xì)介紹了自阻燃纖維接結(jié)法、 層層自組裝阻燃涂層法、電子束輻照接枝法三種較新的阻燃方法。2. 阻燃劑阻燃劑是一種用來(lái)改善材料抗燃性的物質(zhì),它是可以阻止材料被引燃及抑制火焰?zhèn)?播的化學(xué)助劑。阻燃劑種類(lèi)繁多,主要是以硼、氮、磷、銻、

4、硫、氟、氯、溴等元素為基礎(chǔ)的化合物。目前常用的阻燃劑有鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、硼系阻燃 劑、硅系阻燃劑以及新型阻燃劑等等 5。鹵系阻燃劑是最早應(yīng)用的阻燃劑類(lèi)型,由于其價(jià)格低廉、添加量少以及與合成材料 的相容性和穩(wěn)定性好,能保持阻燃劑制品原有的物化性能等特點(diǎn),使其一度成為最受歡 迎的阻燃劑。但是鹵系阻燃劑發(fā)煙量大,且釋放出的鹵化氫氣體具有強(qiáng)腐燭性,添加在 合成材料中的鹵系阻燃劑在熱裂解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì),潛藏著二次危害 6。隨著人 們對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視,鹵系阻燃劑的使用受到了不同程度的限制,各類(lèi)阻燃劑的無(wú)鹵化 正成為阻燃劑開(kāi)發(fā)應(yīng)用的主要趨勢(shì)。無(wú)鹵阻燃劑中目前最受歡迎的是有機(jī)磷系阻燃劑

5、,它在抑制火焰從與減緩火焰蔓延 的作用比鹵系大,效果更明顯,并且比無(wú)機(jī)磷系阻燃劑對(duì)織物的顏色損害較小,環(huán)境危 害更小。新開(kāi)發(fā)出來(lái)的無(wú)機(jī)阻燃劑,如硅系阻燃劑、硼系阻燃劑,都是有效的阻燃劑, 更重要的是它們?cè)谥苽溥^(guò)程中不產(chǎn)生甲醛等有害物質(zhì),轉(zhuǎn)化率高,屬于環(huán)境友好型,越 來(lái)越贏得人們的青睞 6。2.1微膠囊阻燃劑微膠囊技術(shù)是用天然或人工合成的成膜物質(zhì)將微量固體或液體物質(zhì)包覆成為細(xì)小顆 粒的技術(shù)。將阻燃阻燃劑經(jīng)微膠囊化后,作為芯材的阻燃劑完全與外界隔絕,避免了與 人體直接接觸只有在遇明火、壁材破裂時(shí)才起作用,整個(gè)過(guò)程中阻燃劑的本身性質(zhì)不發(fā) 生改變。當(dāng)火源達(dá)到一定溫度后,包覆有阻燃劑的微膠囊外層囊壁首先

6、破裂,阻燃劑釋 放出來(lái),覆蓋在基材的表面,通過(guò)各種阻燃機(jī)理阻止燃燒或延緩火焰的蔓延,使基材獲 得阻燃性 7。微膠囊阻燃劑有著多種優(yōu)點(diǎn):氣液態(tài)阻燃劑經(jīng)微膠囊化處理后變成固態(tài)阻燃劑,可 以直接與聚合物材料加工,并且與聚合物的相容性提高;可以減少液體阻燃劑在聚合物 材料內(nèi)部由于遷移或液體的揮發(fā)而導(dǎo)致阻燃劑的損失; 可以減少阻燃劑中有毒成分在加 工過(guò)程中的釋放量 , 以避免環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn) 8。2.2膨脹阻燃劑阻燃技術(shù)已成為當(dāng)前最活躍的阻燃研究領(lǐng)域之一,膨脹型阻燃劑是以磷、氮、碳為 主要核心成分的阻燃劑,膨脹型阻燃劑通常由炭源、酸源和發(fā)泡源三部分組成。在火焰 和高溫的作用下,酸源受熱放出無(wú)機(jī)酸,與多元醇

7、酯化,進(jìn)而脫水炭化,反應(yīng)生成水蒸 氣以及一些不燃燒氣體使炭層膨脹,最終形成一層多微孔堅(jiān)韌的炭質(zhì)泡沫層,生成的炭 層可以吸附在熔融、著火的表面,即可阻擋熱量和氧氣的進(jìn)入,該炭質(zhì)層具有阻隔熱量及氧氣的傳遞和抑煙的作用,并能防止燃燒過(guò)程產(chǎn)生熔滴,有效地阻止了流涎造成的火 焰蔓延,從而達(dá)到阻燃的目的 9。通過(guò)膨化阻燃整理后棉織物具有較多的優(yōu)點(diǎn):極限氧指數(shù)高,熱釋放速率低,可以 防止燃燒過(guò)程產(chǎn)生熔滴, 阻燃效果較好, 制造過(guò)程中低煙、 低毒、 無(wú)腐蝕性氣體產(chǎn)生 10。 3. 阻燃方法傳統(tǒng)的紡織阻燃技術(shù)有阻燃纖維、阻燃整理等方法,新型阻燃技術(shù)有納米阻燃、微 膠囊阻燃、超細(xì)化、表面改性等方法。阻燃纖維的制造

8、方法有:共聚法,將含有阻燃元素的化合物共聚到纖維分子鏈中; 共混法,將阻燃劑加入紡絲熔體紡制阻燃纖維;接枝改性,用物理或化學(xué)法使纖維阻燃 單體進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)。阻燃整理主要在紡織品后整理過(guò)程中對(duì)織物進(jìn)行表面處理, 使阻燃劑固著在織物上, 從而獲得阻燃效果。主要方法有浸軋烘焙法、涂布法、接枝改性法 11。新型阻燃方法彌 補(bǔ)了傳統(tǒng)阻燃方法的某些方面的不足,如對(duì)無(wú)機(jī)阻燃劑進(jìn)行改性,增強(qiáng)其與合成材料的 相容性,可以降低阻燃劑用量等 12。3.1自阻燃纖維接枝法 13這種方法屬于制造阻燃纖維的方法,但是選擇的阻燃纖維與接枝的方法較為新穎。 阻燃纖維選擇為海藻酸鈣、羧甲基纖維素鋁,此阻燃纖維的制造方法的關(guān)

9、鍵是如何成功 接枝。為了成功接枝,首先采用選擇性氧化技術(shù)對(duì)棉纖維進(jìn)行改性,將纖維素鏈單元的兩 個(gè)相鄰仲羥基氧化為醛基。 利用醛基的活性可使棉纖維具有與蛋白質(zhì)直接發(fā)生交聯(lián)的能 力,在此基礎(chǔ)上將絲膠蛋白和明膠蛋白對(duì)棉纖維進(jìn)行改性處理,獲得了蛋白棉纖維。利 用蛋白棉織物分子鏈上的氨基與氧化海藻酸納 /氧化羧甲基纖維素鈉大分子結(jié)構(gòu)中的醛 基發(fā)生共價(jià)交聯(lián),成功地將目標(biāo)阻燃劑接枝于棉織物上,再對(duì)上述產(chǎn)物進(jìn)行鈣化 /鋁化, 最終得到阻燃棉織物。通過(guò)對(duì)這種阻燃棉織物及制造過(guò)程中的產(chǎn)物利用極限氧指數(shù)測(cè)試化、熱重分析、力 學(xué)性能測(cè)試、 傅里葉紅外、 掃描電鏡等表征方法進(jìn)行檢測(cè)分析, 發(fā)現(xiàn), 相比普通棉織物, 阻燃

10、整理的棉織物的力學(xué)性能都遭到一定程度的破壞,但是極限氧指數(shù)較高,并且在整 個(gè)工藝和使用過(guò)程中,不使用任何交聯(lián)劑及甲酵,不存在后續(xù)甲酵排放的問(wèn)題,符合人 們對(duì)綠色環(huán)保的要求。3.2 層層自組裝阻燃涂層 14這種方法利用了較新的層層自組裝技術(shù),通過(guò)在棉織物表面構(gòu)造阻燃涂層以達(dá)到阻 燃的目的,屬于阻燃整理技術(shù)。層層自組裝技術(shù)是兩種具有相互吸引作用力的物質(zhì)通過(guò)交替反復(fù)浸泡,而后沉積于 基質(zhì)的表面的涂層技術(shù)?？梢詰?yīng)用傳統(tǒng)的二組分的組裝方法,將殼聚糖和二氧化鈦納米 管組成的膨脹型層層自組裝涂層構(gòu)筑于棉織物材料的表面, 通過(guò)改變二氧化鈦納米管懸 浮液的濃度和組裝層層數(shù)可以調(diào)節(jié)涂層在棉織物表面的結(jié)構(gòu)。 有效地

11、將阻燃性涂層構(gòu)筑 于棉織物表面,使棉織物具有阻燃功能。通過(guò)對(duì)這種阻燃棉織物掃描電鏡、熱重分析、極限氧指數(shù)儀、垂直燃燒儀等測(cè)試分 析方法對(duì)阻燃棉織物的結(jié)構(gòu)、熱學(xué)性能等性質(zhì)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)涂覆處理過(guò)的棉織物表現(xiàn) 出高的熱穩(wěn)定性和熱氧化穩(wěn)定性,并且燃燒時(shí)火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢,且燃燒后形成連續(xù)完 整、石墨化程度高的炭層結(jié)構(gòu),這種阻燃棉織物的阻燃效果較一般的阻燃棉織物優(yōu)異許 多,符合人們功能化的需求。3.3電子束輻照接枝法 15這種方法屬于較新的接枝改性方法,是利用電子加速器的作用,在聚合物表面接枝 具有阻燃功能的單體或者官能團(tuán)。可以利用電子束輻照接枝法將輻敏性的丙烯酰氧基磷氮阻燃劑和丙烯酰胺的混合物 單體接

12、枝于棉織物上,使棉織物具有阻燃功能。常溫常壓下將棉織物在自配的阻燃整理 液中二浸二軋后,將其置于密封袋中并通入過(guò)量氮?dú)夂笥秒娮邮M(jìn)行輻照處理,對(duì)接枝 后的織物進(jìn)行索氏抽提,去除沉積在織物表面未反應(yīng)的固體物質(zhì),最終得到具有阻燃功 能的棉織物。通過(guò)對(duì)這種阻燃功能的棉織物采用傅里葉紅外光譜、極限氧指數(shù)儀、垂直燃燒儀、 熱重分析、 掃描電鏡和力學(xué)性能測(cè)試等技術(shù)和手段對(duì)接枝阻燃改性后的純棉織物的結(jié)構(gòu)、 阻燃性能和力學(xué)性能進(jìn)行研究, 發(fā)現(xiàn):阻燃接枝改性后純棉織物的白度和強(qiáng)力下降較小, 織物剛度增大、 耐磨性變好, 具有優(yōu)異的耐洗性; 極限氧指數(shù)隨著接枝率的增加而增加, 垂直燃燒炭化長(zhǎng)度隨著接枝率的增加而降

13、低。但是這種整理方法會(huì)影響棉織物的外觀、 柔軟性。4. 結(jié)束語(yǔ)本文緊跟時(shí)代的發(fā)展概括的總結(jié)了棉織物阻燃的基礎(chǔ)知識(shí),介紹了目前較新型的阻 燃劑與阻燃方法,具有一定的時(shí)代意義。通過(guò)對(duì)棉織物阻燃技術(shù)的總結(jié),發(fā)現(xiàn)目前阻燃 技術(shù)已漸漸向環(huán)保、 無(wú)污染的方向發(fā)展, 這與當(dāng)今時(shí)代提倡的 “綠色” 理念是相一致的。今后的棉織物阻燃技術(shù)的發(fā)展也一定是在保證功能性的同時(shí)更加注重環(huán)境保護(hù), 并且尋 找一種更加簡(jiǎn)便, 成本更加低廉, 能夠大面積推廣使用的阻燃方法也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。參考文獻(xiàn)1吳建華 , 傅幼林 , 蔡華 , 蔡繼權(quán) . 紡織物阻燃現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) J. 杭州化工 ,2015,02:10-13+18.2李

14、雪艷 , 張勝 , 張榮 , 許國(guó)志 , 陳小隨 , 馮慶立 , 孫軍 . 中國(guó)纖維 /織物阻燃技術(shù)進(jìn)展 (一 J. 產(chǎn)業(yè)用紡織 品 ,2011,05:1-7.3丁蕓蕓 . 棉織物耐久阻燃整理優(yōu)化研究 D.青島大學(xué) ,2005.4李雪艷 , 張勝 , 許國(guó)志 , 張榮 , 陳小隨 , 馮慶立 , 孫軍 . 中國(guó)纖維 /織物阻燃技術(shù)進(jìn)展 (二 J. 產(chǎn)業(yè)用紡織 品 ,2011,07:7-9.5陳丹琦 . 滌棉織物后整理阻燃劑的合成與應(yīng)用研究 D.四川大學(xué) ,2005.6張永勝 . 純棉織物硼氮協(xié)同阻燃的應(yīng)用研究 D.東華大學(xué) ,2013.7朱平 , 周曉東 , 張建波 , 王炳 , 王懷芳 , 董朝紅 . 阻燃劑微膠囊的制備及在棉織物上的應(yīng)用 J. 印染助 劑 ,2006,06:20-23.8房家龍 . 微膠囊化阻燃劑的表面改性及在棉織物中的應(yīng)用 D.東華大學(xué) ,2011.9劉會(huì)亮 , 葉周華 , 關(guān)晉平 , 蔡建和 , 周紹強(qiáng) . 新型棉用膨脹型阻燃體系 J. 印染 ,2014,17:5-7+16.10管雯珺 , 周兆懿 . 綠色阻燃劑在紡織面料中的應(yīng)用 J. 中國(guó)纖檢 ,2013,11:78