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紡織品防阻燃整理的研究進展

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瀏覽:- 發布日期:2020-03-05 12:42:45【

隨著我國經濟的快速發展,火災發生的頻率也日漸增加,無鹵阻燃劑廠家據統計, 世界上約 20%以上的火災事故都是由于紡織品燃燒而引起或擴大的,尤其是住宅失火, 因紡織品著火或者蔓延而釀成的火災事故比例更大。而床上用品、裝飾用布和衣著用品是起火的主要原因。火災的發生給人們的生命、財產安全都造成了巨大的威脅。為了阻止火災的發生,除采取必要的防火措施外,研究和開發具有阻燃功能的紡織品具有非常重要的意義。紡織品經過阻燃整理后,能夠不同程度地降低織物可燃性,在燃燒過程中能顯著延緩其燃燒速率,并在離開火源后能夠迅速自熄,從而達到阻止火焰繼續蔓延的目的。織物阻燃整理是通過吸附沉積、化學鍵合以及非極性范德華力等作用,使阻燃劑固著在纖維或織物上,從而使織物獲得阻燃性能的整理過程。

從2007年上半年實施的強制性國家標準 GB 20286—2006《公共場所用阻燃制品燃燒性能要求和標識》以及《阻燃制品標識管理辦法》 明確規定了公共場所使用的阻燃制品及其分類、燃燒性能要求和標識,并嚴格規定了公安消防部門對阻燃制品標識的監督管理職能以及燃燒性能檢驗和標識發放機構的職責。消防法的完善,標志著我國阻燃法規步入了一個新的階段,同時也要求我們在紡織品的阻燃整理上有更高的要求。

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我國織物阻燃研究的黃金階段始于20世紀80 年代初,比歐美國家約晚了 30 年。歐美的阻燃纖維及織物在20個世紀50~80代就已經商品化。隨著我國經濟的發展,技術的進步以及國家對阻燃紡織品的高度重視,我國紡織品的阻燃技術發展很快,到上世紀六、七十年代已達到相當高的水平,天然纖維織物的阻燃技術已投入使用,并考慮到阻燃效果的耐久性。八十年代以來,我國對紡織品阻燃整理的研究進入了一個比較全面、系統的研究階段。并開發了很多適于純棉和合成纖維的阻燃劑和阻燃整理技術,同時也相繼出臺一些阻燃標準和防火規范。在賦予紡織品阻燃性的同時,要考慮紡織品的色澤、白度及物理機械性能的保持。隨著人們對紡織品要求的提高,要考慮阻燃紡織品的公害問題。

2、阻燃機理

所謂“阻燃”, 并不是阻燃整理后的紡織品在接觸火源時不會燃燒,而是使織物在火中能盡可能降低其可燃性, 減緩蔓延的速度, 不形成大面積燃燒,而離開火焰后,能很快自熄, 不再燃燒或陰燃。從燃燒過程來看,要達到阻燃的目的。必須切斷可燃物、熱和氧氣這三個要素組成的燃燒循環。環保阻燃劑廠家分析到,通常織物燃燒又可分為三個階段,即熱分解、熱引燃、熱點燃,對不同燃燒階段的四要素采用相應的阻燃劑加以抵制, 就形成了各種各樣的阻燃機理及中斷阻燃機理。阻燃作用有物理、化學及物理化學結合作用等多種形式。根據現有的研究結果,可以把阻燃機理大致分成以下幾種:

(1)吸熱作用

某些高熱容量的阻燃劑能在高溫條件下發生相變、脫水、脫鹵化氫等吸熱分解反應,從而降低纖維材料表面和火焰區的溫度,減緩熱裂解反應的速度,抑制可燃性氣體的產生。

(2)覆蓋層作用

阻燃劑受熱后,能在纖維表面熔融形成玻璃狀覆蓋層,從而成為凝聚相和火焰之間的一個屏障。既可隔絕氧氣,又可阻止可燃性氣體的擴散,還可阻擋熱傳導和熱輻射,減少反饋給纖維材料的熱量,從而抑制熱裂解和燃燒反應。

(3)氣體稀釋作用

阻燃劑在高溫作用下能夠吸收熱量分解產生二氧化碳、氮氣、氨氣等不燃性氣體,從而稀釋了紡織品,使纖維材料裂解處的可燃性氣體濃度被稀釋到燃燒極限以下,或者造成可燃物上方部分氧氣不足,從而阻止織物繼續燃燒。此外,這種不燃性氣體還有散熱降溫作用,也對阻燃有一定的效果。

(4)熔滴作用

纖維材料在阻燃劑作用下,發生解聚,熔融溫度降低,增大熔滴和著火點之間的溫差,使材料在裂解之前軟化、收縮、熔融,成為熔滴而滴落,使熱量被帶走,中斷熱量反饋到纖維材料上的過程,從而中斷燃燒,使火焰自熄。

(5)提高熱裂解溫度

在纖維大分子的分子結構中引入像芳環和芳雜環這樣的大分子,加大分子鏈間的密集度和內聚力,提高纖維的耐熱性;或者通過大分子鏈交聯環化、與金屬離子螯合等方法,改變纖維大分子結構,提高炭化程度,抑制熱裂解,減少可燃性氣體的產生。

(6)凝聚相阻燃

通過阻燃劑的作用, 在凝聚相反應區, 改變纖維大分子鏈的熱裂解反應過程, 促使發生脫水、縮合、環化、交聯等反應,直至炭化,以增加炭化殘渣, 減少可燃性氣體的產生, 使阻燃劑在凝聚相發揮阻燃作用。

(7)氣相阻燃

阻燃劑在一定條件下,發生反應產生熱裂解產物,能夠在火焰區捕捉大量的氫氧根離子和氫離子,降低可燃氣體的濃度,中斷或者抑制正在進行的連鎖反應,達到阻燃的目的。

由于纖維的分子結構和阻燃劑種類的不同, 阻燃作用是十分復雜的,并不局限于上述的幾方面。在一個阻燃體系中,可能是以某種機理為主,多種機理共同起作用的結果。為了獲得較好的阻燃效果,也可以將各個阻燃機理協同應用。

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3、阻燃劑的分類

阻燃劑種類繁多, 分類的方法也有多種。按所含阻燃元素分類,分為含鹵阻燃劑、含磷阻燃劑、含氮阻燃劑等;按阻燃劑的使用方法和聚合物中的存在形態,分為添加型和反應型;按阻燃織物耐久程度分為非耐久性阻燃整理劑、半耐久性阻燃整理劑、耐久性阻燃整理劑三種; 按化合物類型又可分為無機阻燃劑和有機阻燃劑。下面是主要通過兩種方法對阻燃劑進行分類。

3.1按織物的耐久程度分類

(1)非耐久性阻燃整理劑:又稱為暫時性阻燃整理劑,大部分為水溶性的無機鹽。處理時先將阻燃劑溶于水, 織物經浸漬烘干即可使用。這種整理劑價格便宜,但是整理后織物的手感較差,而且洗滌后阻燃效果會大幅度的下降。一般在一次性防護服上應用較多。

(2)半耐久性阻燃整理劑:用這種工藝處理的阻燃紡織品能耐1~10次溫和洗滌,但不耐溫皂洗。該法有尿素磷酸法(通常稱Banflam法)、磷酸尿酯法、磷酸銨一羥甲基氰銨—甲醋混合溶液法。

(3)耐久性阻燃整理劑:采用化學法在纖維表面進行聚合和縮合反應,在纖維表面形成不溶于水的聚合物,一般要求耐水洗牢度達到30次以上。這種方法主要包括CP法和Proban法.CP法加工容易實施,阻燃效果也非常顯著;但是顯著的缺點是織物強力損失會較大,對服飾性能影響較大。Proban法整理過的織物,阻燃效果好,特別是整理好的織物手感和強力都是其他方法不能比的,但這種方法危險性較大,環境污染也比較嚴重,因此受到了很大的限制。

3.2按阻燃劑的化合物類型分類

(1)無機阻燃劑

無機阻燃劑的主要作用機理是通過吸熱作用,主要是氫氧化物,氧化物以及硼酸鹽,其中以氫氧化鎂,氫氧化鋁、紅磷、氧化銻應用最為廣泛,尤其是氫氧化鋁、氫氧化鎂不僅可以起到阻燃作用,而且可以起到填充作用。它們具有熱穩定好、高效、抑煙、阻滴、填充安全、對環境基本無污染且價格便宜等特點。但是無機阻燃劑的耐水洗牢度差,主要是因為無機阻燃劑具有親水性,而同織物的親和力較差,為了獲得較好的阻燃效果,阻燃劑加入量較大,導致織物的手感和機械性能很差。另外,為降低同一阻燃效果的阻燃劑用量,將阻燃劑復配,研究阻燃劑的協同效應,也是近年來阻燃劑的研究方向。

(2)有機阻燃劑

有機阻燃劑分為磷類和鹵類兩大類,磷類阻燃劑發煙量大,有毒性,要求阻燃結構含有大量的H,O元素,元素脫水形成碳層,因此該阻燃劑也受到了很大的限制。鹵系阻燃劑主要包括氯和溴兩大類。但氯系阻燃劑的效果比溴系阻燃劑要差的多,這是由于不易產生游離氯基的緣故。鹵系阻燃劑在使用過程中會產生鹵酸,煙霧大,對人體有害等缺點,逐漸被其他無機阻燃劑所代替。

4、阻燃整理的方法及其應用

4.1、阻燃整理方法

(1)浸軋焙烘法

浸軋焙烘法是阻燃整理工藝中應用最為廣泛的整理工藝,工藝流程一般為浸軋→預烘→焙烘→后處理。阻燃整理液一般由阻燃劑、交聯劑、柔軟劑、滲透劑、催化劑等組分組成。

(2)浸漬烘燥法

浸漬烘燥法又稱為吸盡法。它是將織物放在阻燃液中浸漬一定時間后,再干燥焙烘。阻燃劑的化學結構對吸盡率和水洗牢度有顯著影響,有時這種阻燃整理方法可與染色工序同浴進行。工藝流程為浸漬→干燥→后處理。

(3)涂布法

此方法是將阻燃劑混入樹脂內,依靠樹脂的粘合作用將阻燃劑固著在織物上的一種整理方法。根據所用機械設備的不同可分為刮刀涂布法、 澆鑄涂布法和壓延涂布法。

(4)噴霧法

噴霧法分為手工噴霧和機械連續噴霧兩種,凡不能用普通設備加工的厚重織物如幕布、大型地毯等商品,都可在最后一道工序用手工噴霧法進行阻燃整理。對于一些表面膨松、花紋、 簇絨、絨頭起毛織物,用浸軋法會使表面絨毛花紋受到損傷,一般都采用連續噴霧法。

4.2紡織品阻燃整理技術的應用

4.2.1棉織物的阻燃

在各種紡織材料中, 棉是具有燃燒危險性的一種, 它的極限氧指數只有18,不僅燃燒速度快,而且具有很大的助燃性。傳統棉織物的阻燃性主要是通過織物浸軋阻燃劑, 使阻燃劑均勻地滲透到纖維內部, 并且與纖維發生化學反應而牢牢地附著在纖維上。棉織物的阻燃主要包括proban工藝法和“Pyrovatex CP”整理工藝。“proban”工藝得到的阻燃織物阻燃性能及耐久性能均比較好,且還能保持較好的手感。但需要特殊的氨熏設備,成本較高,從而限制了應用。“Pyrovatex CP”整理工藝具有優良的阻燃性能,可耐家用洗滌50次以上。但強力損失較大,且整理后織物有強烈的異味,織物甲醛含量大,強力損失率高。

近些年,圍繞阻燃紡織品的游離甲醛問題,研究者們做了很多工作。開發無甲醛耐久性阻燃整理劑及其整理工藝、低甲醛耐久性阻燃整理工藝是棉織物耐久阻燃整理的方向。

4.2.2滌綸織物的阻燃

滌綸(聚酯纖維)是合成纖維中應用范圍最廣,產量最高的一種纖維。其纖維紡織品大量用于衣料、窗簾、幕布、床上用品、室內裝飾及各種特殊材料。滌綸的極限氧指數在21左右,隨著滌綸纖維織物的廣泛應用, 其火災的潛在危險也日益突出。

我國對滌綸阻燃工作的研究大致可以分為三個階段,第一階段主要是利用含溴的共聚單體與聚酯單體進行三元共聚;第二階段是80年代初期,由美國大湖公司提供的十溴聯苯醚為主的阻燃劑, 生產共混型阻燃切片。但由于阻燃效果和成本原因,最終沒有實現工業化生產。第三階段是在80年代后期,我國對阻燃滌綸的研究有了進一步的進展,按生產過程和阻燃劑的引入方式,將滌綸阻燃改性方法歸納為以下五種:(1)在酯交換或縮聚階段加入反應型阻燃劑進行共縮聚;(2)在熔融紡絲前向熔體中加入添加型阻燃劑;(3)以普通聚酯與含有阻燃成分的聚酯進行復合紡絲; (4) 反應型阻燃劑在滌綸或織物上進行接枝共聚;滌綸織物進行阻燃后處理。(5)滌綸織物進行阻燃后處理,用于生產阻燃滌綸織物的有機阻燃劑多為鹵系和磷系阻燃劑, 目前鹵系阻燃劑的使用占大多數。

4.2.3羊毛織物的阻燃整理

羊毛是一種物理、化學結構均較為復雜的天然蛋白質纖維。手感柔軟,蓬松,有良好的彈性和保暖性,光澤自然柔和。羊毛的極限氧指數大約為25℃左右,閃點為570~600℃,最高燃燒溫度為680℃,羊毛纖維的阻燃整理最初是利用無機硼酸、 磷酸及其鹽[27]。這種整理方法為非耐久性整理, 不耐水洗,后來用氨基磺酸鹽對羊毛進行阻燃整理能達到一般水平,隨著技術進步利用鈦、鋯的氟絡合物、羧酸絡合物處理羊毛, 此法可達永久水平。此外,將耐燃纖維和羊毛織物混紡,提高羊毛織物的阻燃性能。

5、紡織品阻燃整理技術的前景與展望

環保阻燃劑廠家認為雖然我國現階段研制了多種阻燃材料,紡織品的阻燃性能也達到了一個新的高度,但品種的數量及燃燒性能與國外的技術還有一定的差距。隨著經濟的發展和國家法制的健全, 阻燃紡織品的推廣應用必將引起全社會的重視。阻燃紡織品在我國具有很大潛力,我國阻燃紡織品發展的主要趨勢主要有以下幾個方面。

(1)開發環保,無毒,無污染的阻燃劑。以減少火災發生時對生命及自然環境的威脅。

(2)加強對阻燃機理的探究, 阻燃理論是研究阻燃技術的基礎,提高創新性,為尋找新型阻燃劑、確定阻燃方法、提高阻燃水平提供了強大的理論依據,阻燃機理研究具有十分重要的現實意義

(3)開發協同的阻燃劑,提高阻燃效果,減少對原生產工藝和產品質量的干擾。

加強紡織品的功能化研究,在賦予紡織品較好阻燃效果的同時,是否可以提高織物的透氣性,防水,拒污,抗菌,抗靜電等功能。

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    【本文標簽】:阻燃劑廠家 環保阻燃劑 無鹵阻燃劑 阻燃劑
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