立泰电力为你解说纺织织物的阻燃整理

1.    前言

以前，纺织织物的阻燃整理统称为防火整理，整理后织物遇火不易燃烧，离火即熄灭。只有某些特殊用途的织物，才要求具有一定的阻燃性能。近年来在民用产品如童装、地毯、墙布、劳动保护布上进行阻燃整理受到了重视。

“阻燃”，并不是说织物经过整理后就不会燃烧了，而是指纺织物不易燃烧或离开火焰后即能自行熄灭，不发生阴燃。织物的阻燃性能一般用极限氧指数，即织物在氧、氮混合气体中维持烛状燃烧，所需zui少的氧体积分数，以及移去火源后织物继续燃烧的状态、时间和烧焦程度等方法来加以测定。

2.阻燃整理的发展　

目前国内外开发的阻燃整理剂是含有磷、氮、氯、溴、锑、硼等元素的化合物，纤维素的阻燃剂以含磷为主。有关阻燃的机理有多种解释，对纤维素而言，阻燃剂所含磷在高温下产生磷酸酐或磷酸，对纤维素有强烈的脱水作用，使纤维炭化，减少可燃性气体的生成，磷酸酐会产生玻璃状的熔融物覆盖在织物上，促使生成二氧化碳，减少一氧化碳量，产生阻燃效果。各种元素的阻燃机理可能是各不相同的。

纤维素纤维的阻燃剂可分为非*性、半*性和*性三种。非*性阻燃剂品种很多，如各种金属盐、硼化合物、氯化石蜡等，经常是数种混用，效果较好，成本较低，但不耐洗且有使织物强度下降的弊病。半*性阻燃剂(方法)有：

1)                  磷酸铵盐。尿素磷酸盐法或尿素磷酸氢二铵法合成，能与纤维素发生化学交联。

2)                  磷酰胺。由磷酰氯和氨作用生成，织物吸收后增（质）量达14％时，20次温和水洗涤后仍有阻燃效果。

3)                  磷化法。织物在吡啶中以三氯氧磷磷化，然后用氨水处理。

4)                  FWWMR法，即防火、防水、耐气候、防霉四防整理。在美国大量用于军用帐篷布，配方中有氯化石蜡、氯化锑、碳酸钙、硬脂酸铝、五氯苯酚等，再加上粘合剂、有机溶剂和水。显然，粘合这些化学剂获得了耐洗性。*性阻燃整理剂，一般要求耐洗50次以上。

3.纺织织物的阻燃机理

纺织品本身易于燃烧和易助火焰蔓延。可燃物燃烧必须有三个要素：一定的温度、产生可燃性气体、氧气。缺少任何一个要素，燃烧就无法进行下去。因此，要达到阻燃的目的，可采取以下三类措施：
a．改变纤维的热解过程。如纤维素纤维在燃烧时首先分解气化，产生可燃性气体然后再燃烧。因此可以设法防止织物在高温下变成气体或减少这种倾向。一般来说，有机磷化合物的存在，可以减少可燃性气体的形成而减少纤维燃烧的可能性。有些阻燃剂则可以在受热时加速纤维的脱水碳化，减少可燃性气体的产生，使燃烧无火焰或稍有火焰，当火源离去后，能立即自动熄灭，以达到阻燃的目的。
b．减少附近氧气量或隔绝空气，使分解产生的可燃气体不易燃烧。这主要是利用阻燃剂受热时产生不燃性气体，以减少可燃性气体与氧气的接触或稀释氧气及自由基(继续燃烧的基因)的浓度，使火源离开后不能继续燃烧。一些卤素(含氯、溴)的有机化合物是zui普通的具有这种作用的燃烧扼制剂。
c．吸热降温。利用阻燃剂分解吸热使纤维温度降低到分解燃烧温度以下采达到阻燃的目的。如一些氨盐(磷酸的氨盐等)分解时具有吸热作用，分解产生的气体还具有稀释作用。
根据燃烧机理及阻燃措施，人们在长期实践中发现对纤维能产生阻燃作用的主要元素有硼、氮、溴、氯、锑、铋、氟、碘等，其中效果较好的是含磷、溴、氯等元素的化合物。用两种以上元素混合化合物作阻燃剂时，其阻燃效果要比单一元素化合物效果好。

4.影响阻燃剂制备的因素

反应温度对产品的质量影响很大。温度低，反应时间长，会延长生产周期，增加生产成本，交联固化也不好；温度高，虽然使反应速度提高了，但某些铵类化合物会有一定程度的分解析出，影响产品性能。因此，反应温度应控制在80～85℃，交联剂加入速度以使反应平稳进行为宜，滴加速度太快和太慢对生产都不利，太快反应过于激烈，甚至出现溢料现象．太慢反应速度降低，滴加时间延长。所以，滴加时间控制在15h左右。对于液体磷—氮系列阻燃剂来讲，容易渗入织物内部，其中一部分存在于纤维之间，另外很大一部分渗透到纤维内部的无定型区，在高温固化时，阻燃剂分子本身发生缩合，同时与纤维上的羟基发生交联反应，另外，工作液一般是潜在酸起催化交联作用，高温时容易引起纤维子的降解，造成整理后织物的强力大大降低。若用细度200μm的阻燃剂整理织物，阻燃效果不理想，耐洗性差，织物表面有白色霜雾，且手感较粗糙．随着颗粒的变细，阻燃效果增加，当细度达到10μm时，阻燃效果已好，手感、耐洗性也较理想。颗粒越细，织物各项性能越好，但制备越困，成本越高。因此，要按不同用途，选取适当细度的阻燃剂。

①　纯棉织物阻燃整理

1.阻燃剂的选择
使用阻燃剂要达到如下要求：
a．不能影响织物手感
b．对色泽影响要小
c．对人体无毒害作用
d．具有良好阻燃要求，没有余燃。
针对以上要求，zui终选用了常州化工研究所开发的阻燃剂FRC-2，该阻燃剂阻燃性能好，不挥发，不析出，发烟小，不产生有毒气体和腐蚀性气体，并且经30～50次水洗，阻燃效果仍能满足要求，织物经整理后，能符合美国DOC-FF3-11的规定。

2.阻燃剂工作液配方
阻燃剂FRC-2：350～400g／L
6DM(阻脂)：40g／L
柔软剂(有机硅)：40g／L
H3P04：24g／L
3.阻燃工艺
将棉布在工作液内二浸二轧(轧液率保持在65％～70％)→100℃烘干→165～170℃下焙烘(3～4min)→碱洗→水洗→烘干

 ② 尼龙织物阻燃整理

尼龙等聚酰胺类纤维，熔点215℃，分解温度315℃，着火点530℃，熔点与着火点相差较大。燃烧时较易熔融滴落，脱离火源而不燃烧，因而被认为是自熄性的。相对地说，其蔓延燃烧的危害性较小。但是此类纺织品仍属易燃品。它的熔融物在灼烈的幅射热作用下，可以分解燃烧。尽管对尼龙织物阻燃整理进行过不少研究。可是磷，卤两系整理剂效果都不太明显。到目前为止，值得推荐的后整理方法，仍只有硫脲和聚硼酸酯二种方法。前者是提高氧指数，后者是降低热分解速度。

③　腈纶阻燃整理

腈纶比涤纶、尼龙容易燃烧氧指数zui低（18-18.5），燃烧热zui高（35.95KJ/g）是一种易燃纤维，它的阻燃整理，有效和理想的不多，合纤通用的气相阻燃整理剂可用也有效果，但处理中温度一高，手感就不好。采用浓硷水解方法，使纤维上氰基变为羧基钠盐，再用盐酸酸化为羧基。而后用金属盐与之反应，生成金属络合物(1)，可以获得很高的限氧指数。但是浓硷水解的不光是氰基，它也拆断纤维的长链，因此纤维强力下降比较严重，如果用水合肼来处理腈纶，氰基与联氨加成，生成二胺，进而与重金属螯合(2)，获得阻燃效果，而对纤维的损伤程度，比硷水解方法小得多。处理后的腈纶纤维在耐热性和阻燃性方面都有明显提高，耐热性的是钙盐，热分解温度，可从处理前的300℃提高到550℃，离火自熄性很好，铜盐处理后的限氧指数，可以从处理前的18%提高到50%，锌盐的限氧指数为32%，但迄今为止这一方法尚未见有工业化生产报导。
④ 涤纶织物阻燃整理

(1)  -磷系阻燃剂
用于涤纶和涤棉的磷系阻燃剂的代表性产品，是美国莫倍尔公司的恩的勃拉士19T (Antiblaze 19T) 的结构式；浅黄色透明液体，能与水互溶，活性有效成份＞93%，含磷量＞20.5%，毒性小。国内同类产品有；FRC-1（常州）FR-102（北京）在热融时，它能溶入涤纶纤维，未进入的可以被洗除。

(2)  -溴系阻燃剂
资料来源；1989年北京《阻燃研讨会论文集》。对涤纶有亲和力的溴类阻燃剂，通过高温高压染色法可以进入涤纤内部，而获得耐洗的阻燃效果.在4%(owf)，130℃一小时条件下，几种化合物的上染率如下。
      阻燃剂            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六溴环十二烷48.2 1.5
TBA-EO四溴双酚A-羟乙基醚75.5 4.5
DBPP-Am铵基-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公分长的弹簧圈内放1克重的长条涤纶织物，45°角点燃，三次接焰才能把织物烧尽。此时，织物上阻燃剂的含量(称为有效用量)，可以作为阻燃剂阻燃效果大小的对比标准。有关阻燃剂的测试结果列于上表，其中虽以TDBPP,但是它有致癌作用而被禁用，HBCD无毒，并且对分散染料染色牢度的影响zui小，加强洗涤还可以改善手感。六溴环十二烷通过精磨加工，细度1μ左右时，上染率可以接近60%。用HBCD处理的涤纶织物，强力没有变化，经25次洗涤，阻燃指标不变，但耐干洗稍差，用紫外线幅照24小时，HBCD处理后的涤纶织物强力下降50%左右，HBCD对涤纶的光氧化促进作用可能是造成整理织物耐晒牢度差的主要原因(资料来源：上海印染学术年会论文资料集96年p218)

5. 阻燃理论与实际　

碳水化合物(纤维素纤维、木材、粮食)，受热到300℃左右,就开始裂解，裂解方式有二种可能，*种是分解成碳和水，第二种是分解为碳氢(或含氧)化合物，主要是乙烷，乙烯，丙烯，还有部分乙醛，丙烯醛，丁烯，丁二烯，羟基丙酮，异丁烯醛，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，是通过控制热分解方式的方法来实现的。磷元素可以使碳水化合物按*种方式裂解为碳和水。碳，是不易点燃的固相物质。水，吸热汽化，不仅降低火区温度，还稀释了空气(降低氧的含量百分比)，在供氧不足的条件下，燃烧速度下降，布片在垂直点燃后，上串火焰的热量被用来裂解纤维，分解产物中的碳和水，使火势逐渐减弱，直至熄灭。当然，磷化物祗能进入纤维无定形区的部分空间，上述反应不是全都如此。析出的也并非都是碳，而是伴随着焦碳，焦油等碳的高聚物。由于阻燃纤维在燃烧时的降温，析碳，以及磷化物残留于未燃物表面，使未能燃烧的剩余物大大增加。发生这类阻燃作用的，一般称之为凝固相阻燃剂。用尿素，三聚氰胺，氨来增加织物上含氮量，对磷处理有增效现象。燃烧时生成的P-N键有利于纤维脱水反应的增加，生成的非挥发性磷酸胺盐有阻止暗火的作用。但是这里所说的含氮物指的是伯胺化合物。经过羟甲基化的胺基（仲胺，叔胺）生成P—N键的可能性就小了，印染上用的后整理剂“2D树脂”则*没有这个作用（《阻燃材料与技术》1988试刊p41-45）。如果为了提高阻燃剂在织物上的牢度，选用羟甲基化合物作交链剂，则是另一个问题了。
也有一些纤维，不是碳水化合物，如羊毛，丝绸用磷系阻燃剂效果较差。它们可以采用重金属离子络合法，如同媒染染料染色那样，钛或锆化合物与纤维络合后，有良好的阻燃效果。腈纶纤维采用有限水解方法使部分氰基变为羧基，而后用金属盐处理，生成羧酸盐。经铜，锌，钙处理后的改性腈纶，不仅有很好的阻燃性，其耐热性也有很大提高。另一类阻燃剂是卤素，卤化合物，在火焰中均裂为自由基，能有效地捕获正在燃烧着的火焰中的烃，氢，氧自由基，降低反应活性，削弱火势，这类在火焰中起作用的称为气相阻燃剂。但是有机卤化合物的分解温度大多低于320℃，过早分解逸散，会失去进入火焰的机会。作为补充；三氧化二锑与有机卤化物共热时生成卤化锑，它在较高温度条件下产生游离基，阻燃效果比单独用有机卤化物提高好几倍。

卤—锑气相阻燃体系，作为织物后整理的缺点是；三氧化二锑对织物没有亲合力也没有可交联基团，必须依靠涂料粘合剂来固着。它的优点是；可用于任何织物。其耐洗性的好坏可由粘合剂用量来决定。用量越多，耐洗性越好，手感越硬。就涤纶纤维来说，有机磷和卤化物（即使在没有协效剂的情况下），都能获得很好的阻燃效果。这些阻燃剂，可用于制作涤纶阻燃纤维，也用于涤纶织物阻燃整理，配合协效剂使用时，阻燃剂的用量可以减少，也有人将磷，卤两类阻燃剂合用，耐洗性有一定提高。涤纶产品有很多优点，阻燃效果也很好，但因熔点改变不了，它的阻燃产品（包括混纺），作为装饰用布比较合适。

6.关于燃烧性能的常用术语解释　

(1)燃烧：可燃性物质离开火源时，产生的氧化放热反应，伴有有焰的无焰的燃烧区发光现象。
(2)灼烧：可燃性物质接触火源时，固相状态的无焰的燃着过程，伴有燃烧区发光现象。
(3)余燃：燃着物质离开火源后，仍有持续有焰燃烧。
(4)阴燃：燃着物质离开火源后，仍有持续的无焰燃烧。
(5)有焰燃烧：伴有发光现象的气相燃烧现象。
(6)发烟燃烧：一种无光可见，通常有烟雾出现的缓慢燃烧现象。
(7)点燃温度：在规定的试验条件下，使材料开始持续燃烧的zui低温度，通常称为着火点。
(8)热解：材料在无氧化的高温下所产生的不可逆化学分解。
(9)熔滴：材料高温熔融滴落物。
(10)炭化：材料在热解或不*燃烧过程中，形成炭质残渣的过程。
(11)阻燃：某种材料所具有的防止、减慢或终止有焰燃烧的  特性。
(12)火焰蔓延：火焰前沿的扩展过程。
(13)损毁长度：在规定的试验条件下，材料损毁面积在方向的zui大长度，通常也称为炭长。
(14)极限氧指数(L0I)：在规定的试验条件下，使材料保持燃烧状态所需氮氧混合气体中氧的zui低浓度。