纺织导报-阻燃剂的研究现状及发展趋势.pdf
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1、D y e i n g F i n i s h i n gT e c h n o l o g yI 染整技术 阻燃剂的研究现状及发展趋势 R e s e a r c hS t a t u sa n dO u t l o o ko fF l a m eR e t a r d a n l 1 I 广文介绍了阻燃剂的种类、应用和纺织品阻燃整理 巾技术,包括棉织物、羊毛织物涤纶织物涤棉 混纺织物和丝绸织物的阻燃整理,对适用于不同织物 的阻燃剂和阻燃方法进行了总结,并阐述了丝绸织物 上的一种新型整理方法。 T h i sa r t i c l ed e s c r i b e st h et y p e
2、 so ff l a m er e t a r d a n t sa n di t s a p p l i c a t i o n ,a n ds u m m a r i z e ss o m ef i n i s h i n gm e t h o d so f f l a m er e t a r d a n t s ,i n c l u d i n gt h ef i n i s h i n go fc o t t o nf a b r i c s , w o o lf a b r i c s 。p o l y e s t e rf a b r i c s ,p o l y e s t e
3、 r c o t t o nb l e n d f a b r i ca n ds i l kf a b r i c s E v a l u a t i o n , o ft h es a f e t yo ff l a m e r e t a r d a n ta d d i t i v e sh a sb e e np u tf o r w a r d 当今,全球火灾形势很严峻,中国近年也火灾频繁,据 英国内政部统计,纺织品引发的火灾数量和死亡率都比其 它原因引起的火灾数量和死亡率要高。美国消费品安全委员 会( C P S C ) 估计,1 9 9 5 2 0 0 2 年间,由床垫和被褥引
4、起的 住宅火灾达1 72 2 5 起。因此,纺织品的阻燃问题已成为当 今世界广为关注的焦点。 1 阻燃剂的研究现状 1 1 概述 阻燃剂是用以改善材料抗燃性、阻止材料被引燃及抑 制火焰传播的助剂,主要用于合成和天然高分子材料。 1 2 阻燃剂的分类 1 2 1 溴系阻燃剂 由于C B r 键的键能低,大部分溴系阻燃剂在2 0 0 3 0 0 下会分解,此温度范围正好也是常用聚合物的分解 作者简介:李青,女,1 9 6 1 年生,教授,博士。 通讯作者:王晓守E m a i l :c l y w x n b i f t e d u c n 。 作者单位:北京服装学院材料科学与工程学院,北京市服装
5、材料研 发与评价重点实验室。 基金项目:北京市服装材料研发与评价重点实验室开放课题资助 项目( 2 0 0 8 Z K 5 ) 。 文李青方洁王晓宁 温度范围,所以在高聚物分解时,溴系阻燃剂也开始进行分 解,并能捕捉高分子材料降解反应生产的自由基,从而延缓 或终止燃烧的链反应,同时释放出的H B r 本身是一种难燃气 体,可以覆盖在材料表面,起到阻隔表面可燃气体的作用, 也能抑制材料的燃烧。 溴系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之 一,主要产品有十溴二苯醚、四溴双酚A 、四溴二季戌四醇、 溴代聚苯乙烯、五溴甲苯和六溴环十二烷等。溴系阻燃剂的 主要缺点是降低被阻燃基材的抗紫外线稳定性,燃烧
6、时生 成较多的烟、腐蚀性气体和有毒气体。目前,降低阻燃材料 燃烧时生烟量及有毒气体量的呼声日高,首当其冲的是卤系 阻燃剂。其次,溴系阻燃剂一般与氧化锑并用,这样使材料 的生烟量更高。 1 2 2 氯系阻燃剂 氯系阻燃剂与溴系阻燃剂的阻燃机理相同,但前者的 阻燃效率逊于后者,不过C CJ 键的耐热性及耐光性则优 于C B r 键。工业上生产的氯系阻燃剂品种主要是氯化石 蜡、得克隆、海特酸及其酸酐、六氯环戊二烯、四氯邻苯二甲 酸酐等。但某些氯代物的毒性比相应的溴代物更高,且氯系 阻燃剂燃烧时会放出四氯化碳,这更是人们担心的问题。 1 2 3 磷系阻燃剂 有机磷系阻燃剂包括磷酸酯、膦酸酯、亚磷酸酯,
7、有机 磷盐、氧化膦、含磷多元醇及磷一氮化合物等,应用最广的 是含卤磷( 膦) 酸酯( 包括它们的齐聚物) 。有些有机磷系阻 燃剂也是膨胀型阻燃剂的主要活性组厶。 含磷无机阻燃剂最主要的产品有红磷阻燃剂、微胶囊 红磷阻燃剂、磷酸铵盐、聚磷酸铵等。含磷无机阻燃剂因其 热稳定性好、不挥发、不产生腐蚀性气体、效果持久、毒性低 等优点而获得广泛的应用。 1 2 4 磷一氮系阻燃剂 磷一氮系阻燃剂又称膨胀型阻燃剂,在火灾的高热作 用下,膨胀型涂层的体积可增大几百倍,形成一个多孔层, 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 11 4 7 万方数据 P
8、DF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 染整技术JD y e i n g & F i n i s h i n gT e c h n o l o g y 而孔中则充满不燃气体,故可作为隔热和隔氧的屏障。遇火 时,在膨胀层内发生下述反应:酸源分解生成不燃气体。 如酸源为磷酸铵,则分解生成N H ,生成的磷酸催化炭源 脱水,促进去水和成炭;与此同时,高聚物熔融,而发泡 剂分解生成的气体则将熔融树脂吹胀成泡沫层。 1 2 5 氢氧化铝 A I ( O H ) 3 ( 简称A
9、T H ) 在20 0 0 30 0 0 之间分 解,吸热量为19 6 7 2J 儋,是集阻燃、抑烟、填充三大功能 于一身的阻燃剂,它具有无毒、无腐蚀、稳定性好、不挥发、 高温下不产生有毒气体的优点,且价格低廉,来源广泛。作 为阻燃剂,它也有填充量大,力学性能下降、加工性变差的 缺点。A I ( O H ) 3 在l7 0 0 19 0 0 时即开始分解,是在 聚合物从凝聚变为液相的过程中,故对抑制聚合物材料早 期温度的上升起作用。添加量越多,其阻燃抑烟效果就越 好,即高添加量才能获适中的阻燃性,但会降低塑料制品的 强度。 1 2 6 氢氧化镁 氢氧化镁在3 4 0 4 9 0 之间分解,吸热
10、量为 7 8 3 6J g 氢氧化镁的起始分解温度比水合氧化铝高得多,热 稳定性好,具有良好的阻燃及消烟效果,特别适宜于加工温 度较高的聚烯烃塑料。 1 2 7 硼酸锌 硼酸锌在3 0 0 开始释放出结晶水,在卤素化合物存 在下,生成卤化硼、卤化锌,抑制和捕获游离的羟基,阻止 燃烧连锁反应,同时形成固相覆盖层。隔绝表面空气,阻止 火焰继续燃烧并能发挥抑烟作用。硼酸锌- j u 单独使用,也可 与有机卤化物,三氧化二锑协同使用,则阻燃效果更好。 1 2 8 锑系阻燃剂 锑系阻燃剂是最重要的无机阻燃剂之一,可大大提高 卤系阻燃剂的效能。不含卤的锑化合物本身几乎没有阻燃 作用,但当它们与含卤有机化合
11、物一同使用时,便构成了非 常有效的锑卤阻燃协效体系。锑系阻燃剂的主要品种是三 氧化二锑、胶体五氧化二锑及锑酸钠。 1 2 9 钼系阻燃剂 以钼化合物作为P V C ( 软质及硬质) 的抑烟剂均有效, 当含量在5 以下即可使烟生成量减少5 0 以上。同时, 钼化合物也可用作聚苯乙烯、聚烯烃及含卤聚酯的抑烟剂。 目前,钼化合物在工业上的应用还很有限,但正迅速增长。 据报道,三氧化钼与氧化铜、氧化铁或氧化锡的混合物,抑 烟作用比单一的三氧化铝更为明显。 2 纺织品阻燃整理技术 2 1 阻燃整理方法 ( 1 ) 浸轧焙烘法:阻燃整理方法中应用最多的一种,工 艺流程为:浸轧一预烘一焙烘一后处理。浸轧液一
12、般是 有阻燃剂配成水溶液或乳液进行整理。 ( 2 ) 浸渍烘燥法:工艺流程为:浸渍一干燥一后处 理。将织物放在阻燃液中浸渍一定时间,再干燥,有时阻燃 整理可与染色工艺同时进行。 ( 3 ) 有机溶剂法:使用非水溶性的阻燃剂,用有机溶 剂将阻燃剂溶解,然后进行阻燃整理。但要注意溶剂的毒 性和燃烧性。 ( 4 ) 涂布法:将阻燃剂混入树脂内,靠树脂的黏合作 用使阻燃剂固着在织物上。 ( 5 ) 喷雾法:凡不能用普通设备加工的厚幕布、大型 地毯等商品,都可在最后一道工序做手工喷雾法的阻燃 整理。 2 2 阻燃整理应用 2 2 1 棉织物的阻燃整理 ( 1 ) 非耐久性阻燃整( 处) 理:非耐久性阻燃
13、整( 处) 理采用浸轧( 浸渍) 一烘干工艺,阻燃剂有效成分用量为 5 1 0 。这种处理方式得到的阻燃织物,一般都不耐 水洗。 ( 2 ) 耐久性阻燃整理:耐久性阻燃整理方法主要有两 种:即汽巴( C P ) 法;H : P r o b a n 法。C P 法由原瑞士汽巴一嘉基 公司创造,将织物按下述流程处理:染色后织物一浸轧阻 燃液一烘干一焙烘。这种方法阻燃效果很好,缺点是织 物强力损失较大,其中耐磨强力下降3 0 4 0 ,撕破强 力下降2 0 2 6 。 P r o b a n 法由英国奥布赖一威尔逊有限公司创造,阻燃 剂的主要成分是四羟甲基氯化磷与酰胺的低分子预缩体。 该法的工艺为:
14、织物一浸轧阻燃液一烘干一焙烘一氨 固。但四羟甲基氯化磷的合成存在燃烧和爆炸的危险,同时 此法需要氨熏专用设备,且环境污染严重。 2 2 2 羊毛织物的阻燃整理 羊毛极限氧指数约为2 5 左右,闪点为5 7 0 6 0 0 ,最高燃烧温度为6 8 0 ,且羊毛具有较高的回潮率 和含氨量,为天然难燃纤维。最早的羊毛阻燃整理是采用 硼砂,硼酸溶液浸渍法,这种方法不耐水洗。2 0 世纪6 0 年代 后采用T H P C 处理,耐冼性较好,但工序繁复,手感粗糙。现 在常用是采用钛、锆和羟基酸的络合物对羊毛织物整理,阻 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0
15、 9N o 1 1 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 燃效果很好,且不影响羊毛的手感。目前,纯毛阻燃织物主 要应用于飞机舱内、高级宾馆等地毯、窗帘、贴墙材料等。 2 2 3 涤纶织物的阻燃整理 三( 2 ,3 二溴丙基) 磷酸酯( T D B P P ) 作阻燃整理,产品 有良好的阻燃效果和耐久性。1 9 7 7 生1 E ,美国癌症发现该化合 物有致癌性而禁止使用。目前,可供涤纶阻燃整理的阻燃剂 品种主要有:六溴环十二烷( H B C D ) ,环
16、酯族磷酸酯齐聚混 合物、三溴苯酚衍生物、三( 二氯丙基) 磷酸酯、三( 己基) 磷酸酯、三( B 2 氯乙基) 磷酸酯、四溴双酚A 的氯乙烯加成 物的衍生物及十溴二苯醚( D B D P O ) 。 2 2 4 涤棉混纺织物的阻燃整理 涤棉混纺织物的用量很大,较多用于防护服和室内装 饰,需要较高的阻燃性能。涤纶和棉是两种纤维,燃烧性能 不同,棉纤维燃烧后炭化,而涤纶燃烧时熔融滴落,由于棉 纤维成为支持体,能使熔融纤维集聚,并阻止它滴落,使溶 融纤维燃烧更加剧烈,即“支架效应”。 目前主要是采用浸轧焙烘的后整理方法使涤棉织物获 得阻燃性能。 2 2 5 丝绸织物的阻燃整理 当今社会,越来越多的丝
17、绸织物用于建筑物的内部装 饰,所以,丝绸织物的阻燃整理也越来越重要。但是,丝绸 上的阻燃整理效果不佳。在最新的报道中,将一个有羟基的 有机磷低聚物( H F P O ) 和1 ,2 ,3 ,4 一丁烷四羧酸( B T C A ) 复配,应用于丝绸的无甲醛阻燃整理,丝绸的阻燃效果好。 B T C A 与丝绸上的羟基以单酯键连接,B T C A 可以直接连 接丝绸矛I H F P O 或者在两个丝绸蛋白质分子之间连接起 B T C A H F P O B T C A 键。丝绸用H F P O 矛I B T C A 整理 后,研究其可燃性和物理性质,表现出高效的阻燃性,但在 拉伸强度方面有适度的减少
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