新型阻燃纺织品的发展动态

新型阻燃纺织品的发展动态-----消防070118夏涛21世纪初世界人口达到63亿。工业国家每年有七八百万次火灾登记在案，火灾中死亡人数达七八万人，更有50～80万人被烧伤。这些国家因火灾造成的经济损失占其社会生产总值的1%，其中三分之一是直接火灾损失，三分之二则用于防火灾措施。目前使用的纺织材料大都属于易燃或可燃性材料。纺织品常常是造成火灾的最初着火物而且每年因火灾造成的人员伤亡和经济损失不计其数。如何减少纺织品燃烧危险性及燃烧时有毒气体的释放，降低生命财产损失，已引起全人类的关注和重视。因此，有关阻燃的各个方面已成为人们关注的课题。阻燃纺织品是安全防护类纺织品的重要品种之一，目前已广泛应用于石油、化工、冶金、造船、消防、国防等领域。本文从原料和工艺两方面介绍了当前阻燃纺织品的发展现状及趋势，同时提出利用标准与规范的制定和更新推动阻燃纺织品的技术发展。目前，为使纺织品具有阻燃特性一般采取的方法主要是使用较难燃烧的材料编制纺织品使其的燃烧性能下降和使用阻燃剂对纺织品进行再处理。按照阻燃性能持久性从低到高，可以简单地将阻燃防护类产品分成5类：（1）对纺织品进行表面整理（单面或双面）；（2）通过功能化合物接枝进行表面化学改性或等离子诱导反应使表面活化；（3）少量阻燃纤维与非阻燃纤维混纺形成织物；（4）在预纺丝阶段或挤出阶段添加与纤维类型相匹配的阻燃剂，阻燃剂融入并在纤维分子链中分散，发挥其功效；（5）在聚合过程中加入特殊的共聚单体形成改性聚合物，然后纺丝得到自阻燃纤维。毫无疑问，最后一种纤维形成的纺织品具有持久不变的阻燃性能。评判织物的阻燃性能通常采用两种标准:一是从织物的燃烧速率来进行评判，即经过阻燃整理的面料按规定的方法与火焰接触一定的时间，然后移去火焰，测定面料继续有焰燃烧的时间和无焰燃烧的时间，以及面料被损毁的程度。有焰燃烧的时间和无焰燃烧的时间越短，被损毁的程度越低，则表示面料的阻燃性能越好；反之，则表示面料的阻燃性能不佳。另一种是通过测定样品的氧指数(也称极限氧指数)来进行评判。面料燃烧都需要氧气，氧指数LOI是样品燃烧所需氧气量的表述，故通过测定氧指数即可判定面料的阻燃性能。氧指数越高则说明维持燃烧所需的氧气浓度越高，即表示越难燃烧。该指数可用样品在氮、氧混合气体中保持烛状燃烧所需氧气的最小体积百分数来表示。从理论上讲，纺织材料的氧指数只要大于21%(自然界空气中氧气的体积浓度)，其在空气中就有自熄性。根据氧指数的大小，通常将纺织品分为易燃(LOI20%)、可燃(LOI=20%～26%)、难燃(LOI=26%～34%)和不燃(LOI35%)四个等级。事实上，几乎所有常规纺织材料(纤维)都属易燃或可燃的范围。1.纺织物的一般使用材料（1）棉纤维纤维素是由许多脱水的β-葡萄糖(C6H10O5)以1，4甙键联接的多糖类，而棉纤维的主要成分是纤维素，经热重分析可知:在200℃以下，棉纤维①素吸热产生不燃性气体，如水蒸汽和痕量二氧化碳；超过200℃后，水蒸汽和二氧化碳的生成量减少，纤维素的分子链开始断裂，但生成的气体仍不会着火燃烧；300℃以上时，产物主要是可燃性醛酮类和焦油等；超过500℃，主要由炭化物生成残渣。经阻燃整理的棉纤维，在300℃左右就开始脱水炭化，抑制了400℃以上纤维素1，4甙键断裂时生成左旋葡聚糖。β-葡萄糖1，4甙键断裂的中间产物是左旋葡聚糖或1，6-脱水-β-D呋喃葡萄糖(1，6-anhydro-β-D-glucofuranose)，前者容易生成各种可燃性气体。（2）涤纶纤维涤纶纤维②的化学成分是聚对苯二甲酸乙二酯。裂解产物有气体、焦油状高沸点物和残渣。3类裂解产物的比例随温度不同而异。其中，气体随温度升高而增加，焦油状高沸点物在600℃时出现最大值，而残渣则随温度升高而减少。气体和焦油状高沸点物是决定其燃烧性的关键。U.Einsele研究后指出:涤纶纤维的裂。解产物至少有30种以上。涤纶纤维燃烧时产生的大量烟雾是由苯、苯甲酸、对苯二甲酸等芳香族化合物引起的，与纤维素的裂解产物相比，其裂解产物的自燃温度高。涤纶纤维不论是否已做阻燃整理，其热重分析和差示扫描量热法的曲线图谱都无太大差别，甚至裂解物也雷同。据此可认为其阻燃剂的作用主要发生在气相。2.阻燃剂的应用现状阻燃整理主要在纺织品后整理过程中对织物进行表面处理，即通过吸附沉积、化学键合、非极性范德华力结合及粘合等作用，使阻燃剂固着在织物上，从而获得阻燃效果。③阻燃整理方法：主要对待阻燃织物进行表面处理，以达到阻燃目的，加工方式有3种。1．喷涂适宜于不需洗涤织物或洗涤次数极少的装饰织物和建筑用织物，如地毯、墙布等。喷涂加工后一般不经水洗等后处理，对阻燃剂的选择要求不高，工艺简单，操作简便。2．浸轧和浸渍适宜于加工睡衣、床上用品和家具用品等，也可加工外衣。要求阻燃剂的耐洗牢度优良。可结合其他特种功能－浴浸轧型整理，也可分步加工。此种加工方式工艺复杂，适应范围广，成本较喷涂高。3．涂层适宜于加工劳动保护服，以及装饰织物。对阻燃剂的选择要求较高，要求阻燃性和耐热性好。在加工过程中，一般与其他特种功能涂层同时进行。在这3种阻燃整理加工方式中，最常用的是浸轧法。④通过阻燃整理可以实现阻燃效果的纺织材料包括棉、麻、粘胶纤维以及混合纤维（如50%棉与50%涤纶的混合产品）等。通常，人们运用织物涂层的方法来达到阻燃目的，但有时也通过在纤维成形过程中，将化学阻燃剂加入纺丝液中以实现阻燃效果。化学阻燃剂通常以气态或凝聚相的形式出现。卤素气体是最常见的气态阻燃剂，氯化物或溴化物是其中最常用的。另外，关于利用纳米添加剂增强材料阻燃性能的研究目前也非常活跃。随着阻燃纺织品的大力发展，阻燃剂的安全和生态评估显得越发重要。通过后整理将阻燃剂添加到纤维或织物上，是目前实现阻燃性能的主要方式之一。阻燃剂的安全和生态评估主要是评估它们的安全性和生物可降解性。安全性包括阻燃剂本身以及阻燃剂整理工艺过程和燃烧时所产生物质的急性毒性、致癌性、对皮肤的刺激性、致变异性和对水生物的毒性等。目前主要考核阻燃剂本身，生物降解性近年来受到重视，生物降解性差的物质将会积聚，对环境造成严重影响。下面就从新型阻燃剂的开发使用和研发新型阻燃纤维用于纺织品加工这两个方面来阐述阻燃纺织品的发展方向。和所有的消防类产品一样，国家对阻燃纺织物也有着相应的强制规定。早在20世纪90年代制定发布的纺织品燃烧性法规有GB17591—1998《阻燃机织物》和GB50222—1995《建筑内部装修设计防火规范》两个。前者对所有阻燃织物通用，其中包括室内装饰布，规定了其燃烧性性能等级要求和测试方法；后者则是专门针对窗帘、帷幕、床罩、家具包布等家用内装饰织物的燃烧性法规，规定了其燃烧性要求和测试方法。2001年起，出台了一系列的法规及相应的标准。如公安部消防局组织制定了强制性国家标准GB20286-2006《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求及标识》，于2007年3月1日正式实施，2008年7月1日强制执行。该标准强调公共场所使用的装饰墙布（毡）、窗帘、帷幕、装饰包布（毡）、床罩、家具包布等阻燃织物的燃烧性能应符合有关规定的标准。此外，公安部消防局还根据有关法规制定了《阻燃制品标识管理办法》（试行）。浙江绍兴县阻燃控股集团参与制定的《阻燃织物》国家标准也早已经通过了专家评审。⑤另外，我国台湾地区在阻燃制品的管理方面制定了相关的规定，并建立了较为完善的制度和管理体系。台湾地区消防法第11条规定的阻燃家用纺织品有：地毯，窗帘：布质制窗帘，布幕：供舞台或摄影棚使用之布幕。⑥首先介绍对于用于纺织品处理的新型阻燃剂。针对阻燃剂本身的特性，结合燃烧的特点，无卤、低毒、抑烟将是阻燃剂发展的重要方向，磷系、硼系、硅系等新型阻燃剂将得到更多的关注。以聚酯类合成纤维的阻燃整理剂为例，它主要含溴和氯。由于使用较少的添加量即可获得较好的阻燃效果，溴系阻燃剂与增效剂一时成为合成纤维和塑料阻燃剂的主流。但在燃烧时它们会释放出带有刺激性和腐蚀性的卤化氢气体，尤其是常与协同剂锑氧化物配合使用时，会释放出大量的烟，这对生命安全造成一定的威胁，因此正逐渐被新型阻燃剂所取代。一．利用甲基膦酸二甲酯、五氧化二磷和季戊四醇合成棉织物用无甲醛阻燃剂⑦利用甲基膦酸二甲酯、五氧化二磷和季戊四醇合成棉织物用无甲醛阻燃剂，甲基膦酸二甲酯、五氧化二磷和季戊四醇的用量对阻燃剂的外观及应用性能有显著影响。当甲基膦酸二甲酯用量140g、五氧化二磷用量150g、季戊四醇用量80g时，合成的阻燃剂效果最为理想。所合成的阻燃剂不含甲醛，应用过程中也不使用含甲醛助剂，较为环保。在阻燃剂用量400g•L-1，交联剂用量60g•L-1，催化剂用量30g•L-1的情况下，具有较好的阻燃性。二．Ciba（汽巴）公司推出的阻燃剂Ciba®Flamestab®NORTM116是一种可以熔融加工的非卤化阻燃剂，已证实在聚烯烃纤维中（包括非织造布）具有极好的阻燃效果，由于改进了阻燃剂在紫外线下的稳定性，广泛应用于产业用纺织品行业。三．Huntsman（亨斯迈）公司推出了用于涤纶、棉和涤/棉混纺产品的新型阻燃剂FLOVANCWF，这一新产品中含有磷和氮，且不含卤族元素，具有较高的产品性价比，并能赋予处理后的织物以柔软的手感。四．英国Firestop公司最新推出了两类用于纯涤纶织物的阻燃剂—FirestopPFRA和FirestopPESX，用于工作服、汽车用纺织品和窗帘等的阻燃整理中。FirestopPFRA是一类不含卤素和锑元素的有机磷类阻燃剂，不会产生任何有害物质，完全环保；适用于连续浸轧工艺，能承受50次水洗（60℃，100%涤纶）。FirestopPESX是一类未经溴化处理的、不含锑的有机磷类阻燃剂，不会产生任何有害物质，完全环保；适用于浸染工艺，无需使用分散剂或匀染剂，但需添加助剂FirestopPXCO（增强阻燃效果），能承受50次水洗（60℃）。五．瑞士EMPA材料科学与技术实验室研究出了一种新型的基于氨基磷酸酯和二氨基磷酸酯的阻燃剂，用于纤维素纤维织物的阻燃整理，性价比较高。为了使整理后的织物具有较好的耐水洗性，研究人员利用几种交联剂（如氮基添加剂）将阻燃剂与纤维素纤维粘合在了一起。测试证明，当阻燃剂含量为4%时，织物的LOI值可达31以上。六．德国Trevira公司研制出的Trevira®CS新型面料在燃烧时排出的一氧化碳，只相当于其它面料（如LSZ羊毛面料、变性聚丙烯腈）的1/5，燃烧时不散发二氧化硫、氯化氢、氟化氢等气体。通常，凡经表面处理的阻燃面料的阻燃性能都是随着时间推移而逐渐降低，而用Trevira®CS面料制成的阻燃产品，在纤维合成时聚合物分子链中即含有磷的成分，因此纤维本身阻燃，且性能可长久保持。阻燃性能既不受洗涤影响，也不受纤维老化影响。⑧按性能分类，阻燃纤维可分为阻燃常规改性纤维和阻燃高性能纤维，阻燃常规改性纤维以阻燃涤纶和腈纶产量最大，由于航空航天等尖端高技术和军事工业发展的需要，阻燃高性能纤维得到越来越广泛的应用。阻燃高性能纤维主要包括芳香族聚酰胺如Nomex和Kevlar，聚酰亚胺如法国的Kermal，聚砜酰胺，聚芳酯，聚酚醛树脂，聚四氟乙烯，以及陶瓷、玻璃等纤维。我国可批量生产芳纶1313和聚砜酰胺纤维，在珠海有引进的采用Nomex纤维生产消防服的生产线。解放军总后勤部军需装备研究所开发了采用芳纶1313与棉混纺织造阻燃织物技术。几种典型的高性能阻燃纤维：一．芳纶1313（聚间苯二甲酰间苯二胺纤维）纤维中的Nomex®系列纤维是最有代表性的阻燃纤维。20世纪60年代，美国DuPont（杜邦）公司研制出一种间位型芳香族聚酰胺纤维，学术名为聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）纤维，其商品名为Nomex®。自1972年开始，日本帝人公司也开始生产商品名为Conex®的PMIA纤维。PMIA纤维具有良好的阻燃性和热稳定性，被广泛应用于公共安全、劳动防护、环保、军工制造等领域。随着该纤维的广泛应用，杜邦公司又相继开发了一系列改进的Nomex®产品，其中以Nomex®I