1. 前言
以前，紡織織物的阻燃整理統(tǒng)稱為防火整理，整理后織物遇火不易燃燒，離火即熄滅。只有某些特殊用途的織物，才要求具有一定的阻燃性能。近年來在民用產(chǎn)品如童裝、地毯、墻布、勞動保護(hù)布上進(jìn)行阻燃整理受到了重視。
“阻燃”，并不是說織物經(jīng)過整理后就不會燃燒了，而是指紡織物不易燃燒或離開火焰后即能自行熄滅，不發(fā)生陰燃。織物的阻燃性能一般用極限氧指數(shù)，即織物在氧、氮混合氣體中維持燭狀燃燒，所需zui少的氧體積分?jǐn)?shù)，以及移去火源后織物繼續(xù)燃燒的狀態(tài)、時(shí)間和燒焦程度等方法來加以測定。
2.阻燃整理的發(fā)展
目前國內(nèi)外開發(fā)的阻燃整理劑是含有磷、氮、氯、溴、銻、硼等元素的化合物，纖維素的阻燃劑以含磷為主。有關(guān)阻燃的機(jī)理有多種解釋，對纖維素而言，阻燃劑所含磷在高溫下產(chǎn)生磷酸酐或磷酸，對纖維素有強(qiáng)烈的脫水作用，使纖維炭化，減少可燃性氣體的生成，磷酸酐會產(chǎn)生玻璃狀的熔融物覆蓋在織物上，促使生成二氧化碳，減少一氧化碳量，產(chǎn)生阻燃效果。各種元素的阻燃機(jī)理可能是各不相同的。
纖維素纖維的阻燃劑可分為非*性、半*性和*性三種。非*性阻燃劑品種很多，如各種金屬鹽、硼化合物、氯化石蠟等，經(jīng)常是數(shù)種混用，效果較好，成本較低，但不耐洗且有使織物強(qiáng)度下降的弊病。半*性阻燃劑(方法)有：
1) 磷酸銨鹽。尿素磷酸鹽法或尿素磷酸氫二銨法合成，能與纖維素發(fā)生化學(xué)交聯(lián)。
2) 磷酰胺。由磷酰氯和氨作用生成，織物吸收后增（質(zhì)）量達(dá)14％時(shí)，20次溫和水洗滌后仍有阻燃效果。
3) 磷化法?？椢镌谶拎ぶ幸匀妊趿琢谆?，然后用氨水處理。
4) FWWMR法，即防火、防水、耐氣候、防霉四防整理。在美國大量用于軍用帳篷布，配方中有氯化石蠟、氯化銻、碳酸鈣、硬脂酸鋁、五氯苯酚等，再加上粘合劑、有機(jī)溶劑和水。顯然，粘合這些化學(xué)劑獲得了耐洗性。*性阻燃整理劑，一般要求耐洗50次以上。
3.紡織織物的阻燃機(jī)理
紡織品本身易于燃燒和易助火焰蔓延?？扇嘉锶紵仨氂腥齻€(gè)要素：一定的溫度、產(chǎn)生可燃性氣體、氧氣。缺少任何一個(gè)要素，燃燒就無法進(jìn)行下去。因此，要達(dá)到阻燃的目的，可采取以下三類措施：
a．改變纖維的熱解過程。如纖維素纖維在燃燒時(shí)首先分解氣化，產(chǎn)生可燃性氣體然后再燃燒。因此可以設(shè)法防止織物在高溫下變成氣體或減少這種傾向。一般來說，有機(jī)磷化合物的存在，可以減少可燃性氣體的形成而減少纖維燃燒的可能性。有些阻燃劑則可以在受熱時(shí)加速纖維的脫水碳化，減少可燃性氣體的產(chǎn)生，使燃燒無火焰或稍有火焰，當(dāng)火源離去后，能立即自動熄滅，以達(dá)到阻燃的目的。
b．減少附近氧氣量或隔絕空氣，使分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w不易燃燒。這主要是利用阻燃劑受熱時(shí)產(chǎn)生不燃性氣體，以減少可燃性氣體與氧氣的接觸或稀釋氧氣及自由基(繼續(xù)燃燒的基因)的濃度，使火源離開后不能繼續(xù)燃燒。一些鹵素(含氯、溴)的有機(jī)化合物是zui普通的具有這種作用的燃燒扼制劑。
c．吸熱降溫。利用阻燃劑分解吸熱使纖維溫度降低到分解燃燒溫度以下采達(dá)到阻燃的目的。如一些氨鹽(磷酸的氨鹽等)分解時(shí)具有吸熱作用，分解產(chǎn)生的氣體還具有稀釋作用。
根據(jù)燃燒機(jī)理及阻燃措施，人們在長期實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)對纖維能產(chǎn)生阻燃作用的主要元素有硼、氮、溴、氯、銻、鉍、氟、碘等，其中效果較好的是含磷、溴、氯等元素的化合物。用兩種以上元素混合化合物作阻燃劑時(shí)，其阻燃效果要比單一元素化合物效果好。
4.影響阻燃劑制備的因素
反應(yīng)溫度對產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大。溫度低，反應(yīng)時(shí)間長，會延長生產(chǎn)周期，增加生產(chǎn)成本，交聯(lián)固化也不好；溫度高，雖然使反應(yīng)速度提高了，但某些銨類化合物會有一定程度的分解析出，影響產(chǎn)品性能。因此，反應(yīng)溫度應(yīng)控制在80～85℃，交聯(lián)劑加入速度以使反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行為宜，滴加速度太快和太慢對生產(chǎn)都不利，太快反應(yīng)過于激烈，甚至出現(xiàn)溢料現(xiàn)象．太慢反應(yīng)速度降低，滴加時(shí)間延長。所以，滴加時(shí)間控制在15h左右。對于液體磷—氮系列阻燃劑來講，容易滲入織物內(nèi)部，其中一部分存在于纖維之間，另外很大一部分滲透到纖維內(nèi)部的無定型區(qū)，在高溫固化時(shí)，阻燃劑分子本身發(fā)生縮合，同時(shí)與纖維上的羥基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，另外，工作液一般是潛在酸起催化交聯(lián)作用，高溫時(shí)容易引起纖維子的降解，造成整理后織物的強(qiáng)力大大降低。若用細(xì)度200μm的阻燃劑整理織物，阻燃效果不理想，耐洗性差，織物表面有白色霜霧，且手感較粗糙．隨著顆粒的變細(xì)，阻燃效果增加，當(dāng)細(xì)度達(dá)到10μm時(shí)，阻燃效果已好，手感、耐洗性也較理想。顆粒越細(xì)，織物各項(xiàng)性能越好，但制備越困，成本越高。因此，要按不同用途，選取適當(dāng)細(xì)度的阻燃劑。
① 純棉織物阻燃整理
1.阻燃劑的選擇
使用阻燃劑要達(dá)到如下要求：
a．不能影響織物手感
b．對色澤影響要小
c．對人體無毒害作用
d．具有良好阻燃要求，沒有余燃。
針對以上要求，zui終選用了常州化工研究所開發(fā)的阻燃劑FRC-2，該阻燃劑阻燃性能好，不揮發(fā)，不析出，發(fā)煙小，不產(chǎn)生有毒氣體和腐蝕性氣體，并且經(jīng)30～50次水洗，阻燃效果仍能滿足要求，織物經(jīng)整理后，能符合美國DOC-FF3-11的規(guī)定。
2.阻燃劑工作液配方
阻燃劑FRC-2：350～400g／L
6DM(阻脂)：40g／L
柔軟劑(有機(jī)硅)：40g／L
H3P04：24g／L
3.阻燃工藝
將棉布在工作液內(nèi)二浸二軋(軋液率保持在65％～70％)→100℃烘干→165～170℃下焙烘(3～4min)→堿洗→水洗→烘干
② 尼龍織物阻燃整理
尼龍等聚酰胺類纖維，熔點(diǎn)215℃，分解溫度315℃，著火點(diǎn)530℃，熔點(diǎn)與著火點(diǎn)相差較大。燃燒時(shí)較易熔融滴落，脫離火源而不燃燒，因而被認(rèn)為是自熄性的。相對地說，其蔓延燃燒的危害性較小。但是此類紡織品仍屬易燃品。它的熔融物在灼烈的幅射熱作用下，可以分解燃燒。盡管對尼龍織物阻燃整理進(jìn)行過不少研究?？墒橇祝u兩系整理劑效果都不太明顯。到目前為止，值得推薦的后整理方法，仍只有硫脲和聚硼酸酯二種方法。前者是提高氧指數(shù)，后者是降低熱分解速度。
③ 腈綸阻燃整理
腈綸比滌綸、尼龍容易燃燒氧指數(shù)zui低（18-18.5），燃燒熱zui高（35.95KJ/g）是一種易燃纖維，它的阻燃整理，有效和理想的不多，合纖通用的氣相阻燃整理劑可用也有效果，但處理中溫度一高，手感就不好。采用濃鹼水解方法，使纖維上氰基變?yōu)轸然c鹽，再用鹽酸酸化為羧基。而后用金屬鹽與之反應(yīng)，生成金屬絡(luò)合物(1)，可以獲得很高的限氧指數(shù)。但是濃鹼水解的不光是氰基，它也拆斷纖維的長鏈，因此纖維強(qiáng)力下降比較嚴(yán)重，如果用水合肼來處理腈綸，氰基與聯(lián)氨加成，生成二胺，進(jìn)而與重金屬螯合(2)，獲得阻燃效果，而對纖維的損傷程度，比鹼水解方法小得多。處理后的腈綸纖維在耐熱性和阻燃性方面都有明顯提高，耐熱性的是鈣鹽，熱分解溫度，可從處理前的300℃提高到550℃，離火自熄性很好，銅鹽處理后的限氧指數(shù)，可以從處理前的18%提高到50%，鋅鹽的限氧指數(shù)為32%，但迄今為止這一方法尚未見有工業(yè)化生產(chǎn)報(bào)導(dǎo)。
④ 滌綸織物阻燃整理
(1) -磷系阻燃劑
用于滌綸和滌棉的磷系阻燃劑的代表性產(chǎn)品，是美國莫倍爾公司的恩的勃拉士19T (Antiblaze 19T) 的結(jié)構(gòu)式；淺黃色透明液體，能與水互溶，活性有效成份＞93%，含磷量＞20.5%，毒性小。國內(nèi)同類產(chǎn)品有；FRC-1（常州）FR-102（北京）在熱融時(shí)，它能溶入滌綸纖維，未進(jìn)入的可以被洗除。
(2) -溴系阻燃劑
資料來源；1989年北京《阻燃研討會論文集》。對滌綸有親和力的溴類阻燃劑，通過高溫高壓染色法可以進(jìn)入滌纖內(nèi)部，而獲得耐洗的阻燃效果.在4%(owf)，130℃一小時(shí)條件下，幾種化合物的上染率如下。
阻燃劑 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六溴環(huán)十二烷48.2 1.5
TBA-EO四溴雙酚A-羥乙基醚75.5 4.5
DBPP-Am銨基-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公分長的彈簧圈內(nèi)放1克重的長條滌綸織物，45°角點(diǎn)燃，三次接焰才能把織物燒盡。此時(shí)，織物上阻燃劑的含量(稱為有效用量)，可以作為阻燃劑阻燃效果大小的對比標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)阻燃劑的測試結(jié)果列于上表，其中雖以TDBPP,但是它有致癌作用而被禁用，HBCD無毒，并且對分散染料染色牢度的影響zui小，加強(qiáng)洗滌還可以改善手感。六溴環(huán)十二烷通過精磨加工，細(xì)度1μ左右時(shí)，上染率可以接近60%。用HBCD處理的滌綸織物，強(qiáng)力沒有變化，經(jīng)25次洗滌，阻燃指標(biāo)不變，但耐干洗稍差，用紫外線幅照24小時(shí)，HBCD處理后的滌綸織物強(qiáng)力下降50%左右，HBCD對滌綸的光氧化促進(jìn)作用可能是造成整理織物耐曬牢度差的主要原因(資料來源：上海印染學(xué)術(shù)年會論文資料集96年p218)
5. 阻燃理論與實(shí)際
碳水化合物(纖維素纖維、木材、糧食)，受熱到300℃左右,就開始裂解，裂解方式有二種可能，*種是分解成碳和水，第二種是分解為碳?xì)?或含氧)化合物，主要是乙烷，乙烯，丙烯，還有部分乙醛，丙烯醛，丁烯，丁二烯，羥基丙酮，異丁烯醛，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，是通過控制熱分解方式的方法來實(shí)現(xiàn)的。磷元素可以使碳水化合物按*種方式裂解為碳和水。碳，是不易點(diǎn)燃的固相物質(zhì)。水，吸熱汽化，不僅降低火區(qū)溫度，還稀釋了空氣(降低氧的含量百分比)，在供氧不足的條件下，燃燒速度下降，布片在垂直點(diǎn)燃后，上串火焰的熱量被用來裂解纖維，分解產(chǎn)物中的碳和水，使火勢逐漸減弱，直至熄滅。當(dāng)然，磷化物祗能進(jìn)入纖維無定形區(qū)的部分空間，上述反應(yīng)不是全都如此。析出的也并非都是碳，而是伴隨著焦碳，焦油等碳的高聚物。由于阻燃纖維在燃燒時(shí)的降溫，析碳，以及磷化物殘留于未燃物表面，使未能燃燒的剩余物大大增加。發(fā)生這類阻燃作用的，一般稱之為凝固相阻燃劑。用尿素，三聚氰胺，氨來增加織物上含氮量，對磷處理有增效現(xiàn)象。燃燒時(shí)生成的P-N鍵有利于纖維脫水反應(yīng)的增加，生成的非揮發(fā)性磷酸胺鹽有阻止暗火的作用。但是這里所說的含氮物指的是伯胺化合物。經(jīng)過羥甲基化的胺基（仲胺，叔胺）生成P—N鍵的可能性就小了，印染上用的后整理劑“2D樹脂”則*沒有這個(gè)作用（《阻燃材料與技術(shù)》1988試刊p41-45）。如果為了提高阻燃劑在織物上的牢度，選用羥甲基化合物作交鏈劑，則是另一個(gè)問題了。
也有一些纖維，不是碳水化合物，如羊毛，絲綢用磷系阻燃劑效果較差。它們可以采用重金屬離子絡(luò)合法，如同媒染染料染色那樣，鈦或鋯化合物與纖維絡(luò)合后，有良好的阻燃效果。腈綸纖維采用有限水解方法使部分氰基變?yōu)轸然笥媒饘冫}處理，生成羧酸鹽。經(jīng)銅，鋅，鈣處理后的改性腈綸，不僅有很好的阻燃性，其耐熱性也有很大提高。另一類阻燃劑是鹵素，鹵化合物，在火焰中均裂為自由基，能有效地捕獲正在燃燒著的火焰中的烴，氫，氧自由基，降低反應(yīng)活性，削弱火勢，這類在火焰中起作用的稱為氣相阻燃劑。但是有機(jī)鹵化合物的分解溫度大多低于320℃，過早分解逸散，會失去進(jìn)入火焰的機(jī)會。作為補(bǔ)充；三氧化二銻與有機(jī)鹵化物共熱時(shí)生成鹵化銻，它在較高溫度條件下產(chǎn)生游離基，阻燃效果比單獨(dú)用有機(jī)鹵化物提高好幾倍。
鹵—銻氣相阻燃體系，作為織物后整理的缺點(diǎn)是；三氧化二銻對織物沒有親合力也沒有可交聯(lián)基團(tuán)，必須依靠涂料粘合劑來固著。它的優(yōu)點(diǎn)是；可用于任何織物。其耐洗性的好壞可由粘合劑用量來決定。用量越多，耐洗性越好，手感越硬。就滌綸纖維來說，有機(jī)磷和鹵化物（即使在沒有協(xié)效劑的情況下），都能獲得很好的阻燃效果。這些阻燃劑，可用于制作滌綸阻燃纖維，也用于滌綸織物阻燃整理，配合協(xié)效劑使用時(shí)，阻燃劑的用量可以減少，也有人將磷，鹵兩類阻燃劑合用，耐洗性有一定提高。滌綸產(chǎn)品有很多優(yōu)點(diǎn)，阻燃效果也很好，但因熔點(diǎn)改變不了，它的阻燃產(chǎn)品（包括混紡），作為裝飾用布比較合適。
6.關(guān)于燃燒性能的常用術(shù)語解釋
(1)燃燒：可燃性物質(zhì)離開火源時(shí)，產(chǎn)生的氧化放熱反應(yīng)，伴有有焰的無焰的燃燒區(qū)發(fā)光現(xiàn)象。
(2)灼燒：可燃性物質(zhì)接觸火源時(shí)，固相狀態(tài)的無焰的燃著過程，伴有燃燒區(qū)發(fā)光現(xiàn)象。
(3)余燃：燃著物質(zhì)離開火源后，仍有持續(xù)有焰燃燒。
(4)陰燃：燃著物質(zhì)離開火源后，仍有持續(xù)的無焰燃燒。
(5)有焰燃燒：伴有發(fā)光現(xiàn)象的氣相燃燒現(xiàn)象。
(6)發(fā)煙燃燒：一種無光可見，通常有煙霧出現(xiàn)的緩慢燃燒現(xiàn)象。
(7)點(diǎn)燃溫度：在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，使材料開始持續(xù)燃燒的zui低溫度，通常稱為著火點(diǎn)。
(8)熱解：材料在無氧化的高溫下所產(chǎn)生的不可逆化學(xué)分解。
(9)熔滴：材料高溫熔融滴落物。
(10)炭化：材料在熱解或不*燃燒過程中，形成炭質(zhì)殘?jiān)倪^程。
(11)阻燃：某種材料所具有的防止、減慢或終止有焰燃燒的 特性。
(12)火焰蔓延：火焰前沿的擴(kuò)展過程。
(13)損毀長度：在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，材料損毀面積在方向的zui大長度，通常也稱為炭長。
(14)極限氧指數(shù)(L0I)：在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，使材料保持燃燒狀態(tài)所需氮氧混合氣體中氧的zui低濃度。
