阻燃织物的应用和发展

摘要本文简要介绍了阻燃织物的应用领域、阻燃机理及其制备方法,最后对阻燃织物的发展现状及相应法律法规进行了说明和展望。

关键字:阻燃织物;阻燃机理;发展现状;法律法规

Abstract: This paper briefly introduces the application of flame retardant fabric, summarize the flame-retardant mechanism and the manufacture method. At the end, the corresponding laws and regulations are described.

Key words: Flame-retardant fabric; Flame-retardant mechanism; Development; Regulation

人类在早期文明阶段就认识到纺织品(尤其是以天然纤维素――棉花和亚麻)燃烧所造成的特殊危险性。从那时起,明矾就被用来降低纺织品的燃烧性,从而具有一定阻燃性能的早期阻燃纺织品产生了。关于阻燃织物的最早记载是在1638年Nikdas Sabbatini发表的文献中提出用陶土和熟石膏作为填料加入涂料中以用于处理剧院的帆布窗帘而使其获得阻燃性。

GB 50222―95《建筑内部装修设计防火规范》中明确指出:“许多火灾都是起因于装饰材料的燃烧,有的是烟头点燃了床上织物,有的是窗帘、帷幕着火后引起的火灾……”,据有关部门统计,因装饰织物引起的火灾(室内)占据火灾事故的20%以上,因此纺织品的阻燃功能对消除火灾隐患,延缓火势蔓延,降低人民生命财产损失极为重要。近年来,世界各国纷纷开展纺织品阻燃技术的研究,制定了相应的纺织品燃烧性能测试方法、阻燃制品标准及应用法规等。我国对纺织品的阻燃性也进行了大量的研究,已开发出一系列可用于纺织品阻燃的阻燃剂及性能优异的阻燃纺织品。

1阻燃织物的应用领域

阻燃织物以其特有的阻燃特性,在众多领域中得到广泛的应用。阻燃织物的主要应用领域见表1[1]。

近年来,世界上很多国家对阻燃织物的使用领域制定了相关的法律性规定。如日本消防条例中就明确规定了在大小宾馆、剧院和医院等公共建筑中,必须使用阻燃纺织品。

2纺织品的阻燃机理及制备方式

2.1阻燃机理

所谓“阻燃”,并不表示阻燃纺织品在接触火源时不会燃烧,而是织物在火中能尽可能降低可燃性,减缓蔓延速度,不形成大面积燃烧,而离开火焰后能很快自熄,不再燃烧或阴燃[2]。阻燃剂与燃烧有着密切的关系,最新观点认为:燃烧应有四要素――燃料、热源、氧气、链反应[3]。而通常织物燃烧又可分为三个阶段,即热分解、热引燃、热点燃,对于不同燃烧阶段的四要素采用相应的阻燃剂加以抵制,就形成了各种各样的阻燃机理及中断阻燃机理。一般把阻燃机理大致分成5种:

(1)吸热反应阻燃机理:采用具有高热容量的阻燃剂的吸热反应机理。主要是利用阻燃剂在高温下发生脱水、相变或脱卤化氢等吸热分解反应特性,降低纤维表面和火焰区的温度,减慢热裂解反应速度,抑制可燃性气体的生成。

(2)形成自由基阻燃机理。阻燃剂吸热变成气体,该气体在火焰燃烧区大量捕捉高能量的羟基自由基和氢自由基,降低它们的浓度,从而抑制或中断燃烧的连锁反应,阻燃剂在气相过程发挥阻燃作用。

(3)熔化阻燃机理。在热和能量的作用下,阻燃剂转变成熔融状态,在织物表面形成不能渗透的覆盖层,可阻挡热传导和热辐射,减少反馈给纤维材料的热量,从而抑制热裂和燃烧反应。

(4)生成不燃性气体阻燃机理。阻燃剂吸热分解放出氮气、二氧化碳、二氧化硫和氨等不燃烧气体,使纤维材料裂解处的可燃性气体浓度被稀释到燃烧极限以下。同时,这种不燃性气体还有散热降温作用。

(5)凝聚相阻燃机理。通过阻燃剂作用,改变纤维大分子链的热裂解反应过程,促使其发生脱水、缩合、环化、交联等反应,减少可燃挥发物形成。

2.2阻燃织物的制备方式

阻燃织物通常可通过后整理法和阻燃纤维法得到[4]。阻燃后整理法主要是通过浸轧的方法,使阻燃剂或阻燃中间体向纤维可及区扩散、渗透、吸附,然后在一定条件下使其与纤维大分子结构中活性基团反应形成网状结构或者以其机械性粘接、沉积在织物表面,使织物获得一定的阻燃性能并具有一定条件下的耐洗涤性。采用阻燃整理方法制备的织物,多存在手感不好的缺陷,服用性能较差。

制备阻燃性能的纤维一般有两种方法:一种方法是直接选用具有不燃或耐燃性能的纤维原料制备阻燃纤维,如聚四氟乙烯纤维、酚醛纤维、预氧化纤维、芳纶、芳砜纶、PBI、PBO等,这些纤维具有优异的耐温耐燃性能,但价格昂贵;另外一种方法是在聚合体或纺丝时加入一些阻燃剂,如采用阻燃母粒或注入的方法生产阻燃纤维,常见的有阻燃涤纶、阻燃粘胶、阻燃改性腈纶等,这类纤维价格要相对便宜很多。

3阻燃织物的发展现状

我国纺织品阻燃技术的研究较欧美等国家起步晚,是从20世纪50年代研究纯棉织物不耐洗阻燃入手的,60年代开始研制耐洗的纯棉阻燃织物;至70年代,随着合成技术的发展,阻燃纺织品扩大到混纺纤维,开发了可用于混纺纤维和合成纤维的阻燃剂;发展到80年代,我国对纺织品阻燃研究进入了较快、较全面、较系统的发展时期,开发了许多适合于纯棉及化纤织物的阻燃剂及阻燃处理技术[5]。本文概述了棉织物、毛织物、涤纶织物等7种常见织物的阻燃整理发展情况。

(1) 棉织物的阻燃整理。棉织物的阻燃整理发展很快,且比较成熟。纯棉耐久性阻燃整理目前有三种方法:第一种方法是Proban/氨熏工艺法[6]。Proban法在英国Wilson公司首先用于工业化生产。此法生产的阻燃织物被公认为阻燃效果好,织物强力降低幅度小。但由于设备问题限制了其推广;第二种方法是Pyrovatex CP整理工艺法。此法整理的织物的阻燃性能较好,耐久性好,可耐家庭洗涤50次以上,手感良好,但强力降低稍大;第三种方法是纯棉暂时性、半耐久性阻燃整理法。此法主要适用于电热毯、墙布、沙等织物的阻燃整理,能耐洗1～15次温和洗涤,但不耐皂洗,但是此类商品对耐洗次数要求不是很高,因而应用广泛。

(2) 毛织物的阻燃整理。羊毛具有较高的回潮率和含氨量,故有较好的天然阻燃性。最早的羊毛阻燃整理是采用硼砂、硼酸溶液浸渍法,产品用机上的装饰用布。这种方法阻燃效果良好,但不耐水洗。国际羊毛局研究的方法是采用钛、锆和羟基酸的络合物对羊毛织物整理,获得了满意的阻燃效果且不影响羊毛的手感,故得到普遍的采用。

(3) 涤纶织物的阻燃整理。目前为止还没有一种适宜的理想阻燃剂。三磷酸酯对涤纶阻燃有一定效果,但有致癌作用[7]。美国莫贝尔公司推出的Antiblaze19T阻燃剂,适于100%的涤纶织物,效果较好,但毒性比较大。

(4) 锦纶织物的阻燃整理。将适用于其他纤维的磷、卤阻燃剂作为锦纶的阻燃剂使用,效果并不理想。现在有些实验室用羟甲基脲树脂处理运输带用尼龙布,效果较好;采用含有硫、溴、锑的化合物对尼龙塔夫绸进行阻燃涂层整理,也获得了较好效果。

(5) 腈纶织物的阻燃整理。腈纶比涤纶和锦纶更易燃烧,氧指数仅18～18.5,是一种易燃纤维。青岛大学研究开发了腈纶剪绒装饰织物用系列阻燃剂,对绒面织物背面阻燃涂层后可使氧指数达29以上,基本无继燃、阴燃。这种装饰布可用于汽车、飞机、宾馆及家庭的沙和装饰布。