棉织物的阻燃整理综述.

棉织物阻燃技术进展摘要:棉织物阻燃技术的研究已成为当今的重要课题,新型的阻燃技术也不断发展。

本文通过搜集大量有关棉织物阻燃技术的文献资料, 对目前的阻燃方法及阻燃剂的选择进行了简要的总结;通过研读最近的硕博士论文,重点介绍了两种新型的阻燃剂:微胶囊化阻燃剂与膨胀性阻燃剂,详细介绍了三种较新的阻燃方法:自阻燃纤维接枝法、层层自组装阻燃涂层法、电子束辐照接枝法,不仅概括了棉织物阻燃技术,也跟进了最新的研究进展。

关键词:棉织物;燃烧;阻燃剂;阻燃方法;新型1. 前言火灾严重威胁人类生命和财产安全。

美国雅宝公司 Harry Patient 先生说,全球每年约有 16.5万人因火灾而丧生。

火灾事故调查表明:50%左右的火灾由纺织品及室内装饰品引起 [1]。

在所有的纺织品中,棉织物因具有优异的吸湿透气性、良好的染色性和生态相关性而被广泛使用。

但是棉纤维属于易燃纤维,而且燃烧速度快,具有很大的助燃性由棉织物引发的火灾已严重影响人们的生命财产安全。

因此,如何提高棉织物的阻燃能力,减少因纺织品引起的火灾,研究纺织阻燃技术,就成了当前的重要课题 [2]。

棉织物的燃烧实质是纤维素的燃烧,所谓的燃烧通常是指物质氧化产生热量并引起发光的现象, 它是一个封闭的链式循环过程。

纤维素纤维是一种天然高分子碳水化合物, 受热时不熔融,遇火后燃烧较快,热烈解部分产物又会再次燃烧,进一步促进燃烧过程 [3]。

我国在 20世纪 50年代开始了纺织品阻燃技术的研究,其中以棉织物作为起步,经过 60余年的发展,已经拥有了多种阻燃技术,棉织物阻燃整理技术取得了重大进展 [4]。

通过研读大量关于棉织物阻燃的文献,本文对棉织物阻燃技术的概况与最新进展进行了归纳总结。

首先对阻燃剂的种类与发展进行简要总结,并重点介绍了新型的微胶囊阻燃剂与膨胀阻燃剂, 然后对阻燃方法进行简要介绍, 并详细介绍了自阻燃纤维接结法、层层自组装阻燃涂层法、电子束辐照接枝法三种较新的阻燃方法。

2. 阻燃剂阻燃剂是一种用来改善材料抗燃性的物质,它是可以阻止材料被引燃及抑制火焰传播的化学助剂。

阻燃剂种类繁多,主要是以硼、氮、磷、锑、硫、氟、氯、溴等元素为基础的化合物。

目前常用的阻燃剂有卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硼系阻燃剂、硅系阻燃剂以及新型阻燃剂等等 [5]。

卤系阻燃剂是最早应用的阻燃剂类型,由于其价格低廉、添加量少以及与合成材料的相容性和稳定性好,能保持阻燃剂制品原有的物化性能等特点,使其一度成为最受欢迎的阻燃剂。

但是卤系阻燃剂发烟量大,且释放出的卤化氢气体具有强腐烛性,添加在合成材料中的卤系阻燃剂在热裂解过程中会产生有毒物质,潜藏着二次危害 [6]。

随着人们对环境保护的重视,卤系阻燃剂的使用受到了不同程度的限制,各类阻燃剂的无卤化正成为阻燃剂开发应用的主要趋势。

无卤阻燃剂中目前最受欢迎的是有机磷系阻燃剂,它在抑制火焰从与减缓火焰蔓延的作用比卤系大,效果更明显,并且比无机磷系阻燃剂对织物的颜色损害较小,环境危害更小。

新开发出来的无机阻燃剂,如硅系阻燃剂、硼系阻燃剂,都是有效的阻燃剂, 更重要的是它们在制备过程中不产生甲醛等有害物质,转化率高,属于环境友好型,越来越赢得人们的青睐 [6]。

2.1微胶囊阻燃剂微胶囊技术是用天然或人工合成的成膜物质将微量固体或液体物质包覆成为细小颗粒的技术。

将阻燃阻燃剂经微胶囊化后,作为芯材的阻燃剂完全与外界隔绝,避免了与人体直接接触只有在遇明火、壁材破裂时才起作用,整个过程中阻燃剂的本身性质不发生改变。

当火源达到一定温度后,包覆有阻燃剂的微胶囊外层囊壁首先破裂,阻燃剂释放出来,覆盖在基材的表面,通过各种阻燃机理阻止燃烧或延缓火焰的蔓延,使基材获得阻燃性 [7]。

微胶囊阻燃剂有着多种优点:气液态阻燃剂经微胶囊化处理后变成固态阻燃剂,可以直接与聚合物材料加工,并且与聚合物的相容性提高;可以减少液体阻燃剂在聚合物材料内部由于迁移或液体的挥发而导致阻燃剂的损失; 可以减少阻燃剂中有毒成分在加工过程中的释放量 , 以避免环境污染等优点 [8]。

2.2膨胀阻燃剂阻燃技术已成为当前最活跃的阻燃研究领域之一,膨胀型阻燃剂是以磷、氮、碳为主要核心成分的阻燃剂,膨胀型阻燃剂通常由炭源、酸源和发泡源三部分组成。

在火焰和高温的作用下,酸源受热放出无机酸,与多元醇酯化,进而脱水炭化,反应生成水蒸气以及一些不燃烧气体使炭层膨胀,最终形成一层多微孔坚韧的炭质泡沫层,生成的炭层可以吸附在熔融、着火的表面,即可阻挡热量和氧气的进入,该炭质层具有阻隔热量及氧气的传递和抑烟的作用,并能防止燃烧过程产生熔滴,有效地阻止了流涎造成的火焰蔓延,从而达到阻燃的目的 [9]。

通过膨化阻燃整理后棉织物具有较多的优点:极限氧指数高,热释放速率低,可以防止燃烧过程产生熔滴, 阻燃效果较好, 制造过程中低烟、低毒、无腐蚀性气体产生 [10]。

3. 阻燃方法传统的纺织阻燃技术有阻燃纤维、阻燃整理等方法,新型阻燃技术有纳米阻燃、微胶囊阻燃、超细化、表面改性等方法。

阻燃纤维的制造方法有:共聚法,将含有阻燃元素的化合物共聚到纤维分子链中; 共混法,将阻燃剂加入纺丝熔体纺制阻燃纤维;接枝改性,用物理或化学法使纤维阻燃单体进行接枝共聚反应。

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, 使阻燃剂固着在织物上, 从而获得阻燃效果。

主要方法有浸轧烘焙法、涂布法、接枝改性法 [11]。

新型阻燃方法弥补了传统阻燃方法的某些方面的不足,如对无机阻燃剂进行改性,增强其与合成材料的相容性,可以降低阻燃剂用量等 [12]。

3.1自阻燃纤维接枝法 [13]这种方法属于制造阻燃纤维的方法,但是选择的阻燃纤维与接枝的方法较为新颖。

阻燃纤维选择为海藻酸钙、羧甲基纤维素铝,此阻燃纤维的制造方法的关键是如何成功接枝。

为了成功接枝,首先采用选择性氧化技术对棉纤维进行改性,将纤维素链单元的两个相邻仲羟基氧化为醛基。

利用醛基的活性可使棉纤维具有与蛋白质直接发生交联的能力,在此基础上将丝胶蛋白和明胶蛋白对棉纤维进行改性处理,获得了蛋白棉纤维。

利用蛋白棉织物分子链上的氨基与氧化海藻酸纳 /氧化羧甲基纤维素钠大分子结构中的醛基发生共价交联,成功地将目标阻燃剂接枝于棉织物上,再对上述产物进行钙化 /铝化, 最终得到阻燃棉织物。

通过对这种阻燃棉织物及制造过程中的产物利用极限氧指数测试化、热重分析、力学性能测试、傅里叶红外、扫描电镜等表征方法进行检测分析, 发现, 相比普通棉织物, 阻燃整理的棉织物的力学性能都遭到一定程度的破坏,但是极限氧指数较高,并且在整个工艺和使用过程中,不使用任何交联剂及甲酵,不存在后续甲酵排放的问题,符合人们对绿色环保的要求。

3.2 层层自组装阻燃涂层 [14]这种方法利用了较新的层层自组装技术,通过在棉织物表面构造阻燃涂层以达到阻燃的目的,属于阻燃整理技术。

层层自组装技术是两种具有相互吸引作用力的物质通过交替反复浸泡,而后沉积于基质的表面的涂层技术。

可以应用传统的二组分的组装方法,将壳聚糖和二氧化钛纳米管组成的膨胀型层层自组装涂层构筑于棉织物材料的表面, 通过改变二氧化钛纳米管悬浮液的浓度和组装层层数可以调节涂层在棉织物表面的结构。

有效地将阻燃性涂层构筑于棉织物表面,使棉织物具有阻燃功能。

通过对这种阻燃棉织物扫描电镜、热重分析、极限氧指数仪、垂直燃烧仪等测试分析方法对阻燃棉织物的结构、热学性能等性质进行研究,发现涂覆处理过的棉织物表现出高的热稳定性和热氧化稳定性,并且燃烧时火焰传播速度减慢,且燃烧后形成连续完整、石墨化程度高的炭层结构,这种阻燃棉织物的阻燃效果较一般的阻燃棉织物优异许多,符合人们功能化的需求。

3.3电子束辐照接枝法 [15]这种方法属于较新的接枝改性方法,是利用电子加速器的作用,在聚合物表面接枝具有阻燃功能的单体或者官能团。

可以利用电子束辐照接枝法将辐敏性的丙烯酰氧基磷氮阻燃剂和丙烯酰胺的混合物单体接枝于棉织物上,使棉织物具有阻燃功能。

常温常压下将棉织物在自配的阻燃整理液中二浸二轧后,将其置于密封袋中并通入过量氮气后用电子束进行辐照处理,对接枝后的织物进行索氏抽提,去除沉积在织物表面未反应的固体物质,最终得到具有阻燃功能的棉织物。

通过对这种阻燃功能的棉织物采用傅里叶红外光谱、极限氧指数仪、垂直燃烧仪、热重分析、扫描电镜和力学性能测试等技术和手段对接枝阻燃改性后的纯棉织物的结构、阻燃性能和力学性能进行研究, 发现:阻燃接枝改性后纯棉织物的白度和强力下降较小, 织物刚度增大、耐磨性变好, 具有优异的耐洗性; 极限氧指数随着接枝率的增加而增加, 垂直燃烧炭化长度随着接枝率的增加而降低。

但是这种整理方法会影响棉织物的外观、柔软性。

4. 结束语本文紧跟时代的发展概括的总结了棉织物阻燃的基础知识,介绍了目前较新型的阻燃剂与阻燃方法,具有一定的时代意义。

通过对棉织物阻燃技术的总结,发现目前阻燃技术已渐渐向环保、无污染的方向发展, 这与当今时代提倡的“绿色” 理念是相一致的。

今后的棉织物阻燃技术的发展也一定是在保证功能性的同时更加注重环境保护, 并且寻找一种更加简便, 成本更加低廉, 能够大面积推广使用的阻燃方法也是未来的发展趋势。

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