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1、纺织品功能整理论文上海工程技术大学服装学院纺织品功能整理论文 上海工程技术大学服装学院纺织品功能整理论文 纺织品阻燃 名 称: 纺织品阻燃 院 系: 服装学院 学 号: 091309117 姓 名: 尹业杨 指导教师: 沈勇 完成时间: 2011-12-28 纺织品的阻燃综述 摘要:本文概述了这一问题:从纺织品纤维的燃烧特点出发,分析阻燃剂的阻燃机理;讨论阻燃剂的应用方式;同时也论证了经阻燃剂整理的纺织品可以保护人的生命安全。重点叙述了阻燃剂的作用机理和分类, 并结合阻燃技术对阻燃整理的发展方向进行了展望。 关键词: 纺织品; 阻燃; 机理; 方法 据统计表明, 由家用纺织品引起的火灾占有相当

2、大的比例, 且比其它原因引起的火灾死亡率高。其中床上用品和家具用布引起的火灾, 产生大量烟及有毒气体, 使人窒息而死; 由服装引起的火灾还会烧伤皮肤, 造成伤亡。纺织品的阻燃可使发生火灾的机率大大降低, 从而阻止危及人生命的情况发生, 降低火势蔓延的危险。物质燃烧需要三个条件: (1)必须有可燃物; (2)必须与助燃性气体(最常见也是最主要的就是氧气，下同)接触; (3)温度达到可燃物的着火点。 这三个条件缺一不可。聚合物的燃烧反应是自由基链锁反应。聚合物的阻燃所采取的措施就是基于上述原理。选择阻燃剂也正是从以上这些方面来考虑的。 1 织物阻燃剂 1.1 阻燃剂的作用机理 所谓“阻燃”, 不是

3、阻燃整理后的纺织品在接触火源时不会燃烧, 而是使织物在火焰中能降低其可燃性, 能减缓蔓延的速度, 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1。阻燃作用的机理有物理的, 也有化学的2。根据现有的研究结果, 可归纳为以下几种: ( 1) 吸热作用。具有高热容量的阻燃剂, 在高温下发生相变、脱水或脱卤化氢等吸热分解反应,降低纤维材料表面和火焰区的温度, 减慢热裂解反应的速度, 抑制可燃性气体的生成。 ( 2) 覆盖保护作用。阻燃剂受热后, 在纤维材料表面熔融形成玻璃状覆盖层, 成为凝聚相和火焰之间的一个屏障。这样, 既可隔绝氧气、阻止可燃性气体的扩散, 又可阻挡热传导和热辐射

4、, 减少反馈给纤维材料的热量, 从而抑制热裂解和燃烧反应。 ( 3) 气体稀释作用。阻燃剂吸热分解释放出氮气、二氧化碳、二氧化硫和氨等不燃性气体, 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。或使火焰中心处部分区域的氧气不足, 阻止燃烧继续。此外, 这种不燃性气体还有散热降温作用。它们的阻燃作用大小顺序是: N2CO2SO2NH3。 ( 4) 凝聚相阻燃。通过阻燃剂的作用, 在凝聚相反应区, 改变纤维大分子链的热裂解反应历程, 促使发生脱水、缩合、环化、交联等反应, 直至炭化, 以增加炭化残渣, 减少可燃性气体的产生, 使阻燃剂在凝聚相发挥阻燃作用。凝聚相阻燃作用的效果, 与阻燃剂同

5、纤维在化学结构上的匹配与否有密切关系。 ( 5) 气相阻燃。通过阻燃剂的热分解产物, 在火焰区大量的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, 在气相发挥阻燃作用。气相阻燃作用对纤维材料的化学结构并不敏感。 ( 6) 微粒的表面效应。若在可燃气体中混有一定量的惰性微粒, 它不仅能吸收燃烧热, 降低火焰温度, 而且, 会如同容器的壁面那样, 在微粒的表面上,将气相燃烧反应中大量的高能量氢自由基, 转变成低能量的氢过氧基自由基, 从而抑制气相燃烧。H+O2?HOO由于纤维的分子结构及阻燃剂种类的不同, 阻燃作用是十分复杂的, 并不局限于上述几方面。在某一特

6、定的阻燃体系中, 可能涉及上述某一种阻燃作用, 但实际上往往包括多种阻燃作用。 1.2 阻燃剂的分类 整理对于阻燃剂的要求是: 颗粒细, 易渗入纤维, 与纤维结合能力强, 尽可能少影响织物的强力、手感和色泽, 对染色等助剂无不良影响, 可在印染厂现有设备上无需特殊装置便可进行阻燃整理。有阻燃作用的元素在周期表的第三族有硼和铝, 第五族有氮、磷、砷、锑、铋, 第六族有硫, 第七族有氟、氯、溴、碘。此外, 镁、钡、锌、锡、钛、铁、锆和钼的化合物也有所应用。阻燃剂按耐久性可分为非耐久性、半耐久性和耐久性。按阻燃剂的使用方法和聚合物中的存在形态, 则可分为添加型和反应型两大类。这里主要介绍按化合物的类

7、型来分类, 则可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂两大类。 1.2.1 无机阻燃剂 无机阻燃剂的主要作用是吸热, 它具有稳定性高、不易挥发、烟气毒性低和成本低等优点, 目前越来越受到人们的青睐。但是无机阻燃剂往往不具有耐洗性, 这是由于无机阻燃剂具有较强的极性与亲水性,同非极性的织物兼容性差。因此无机阻燃剂的发展趋势是提供更优质的产品, 一方面向精细、超精细颗粒发展, 另一方面是向改善尺寸分布方面发展3。 1.2.2 有机阻燃剂 1.2.2.1 含卤阻燃剂 含卤有机阻燃剂的阻燃作用是通过产生比空气重的卤化氢, 沉积在燃烧物的外层, 稀释了周围的空气, 隔绝新鲜空气, 使被燃物窒息, 同时卤化氢还可以捕

8、捉氢氧自由基, 从而使火焰减少。通常只采用含溴或含氯的化合物, 氯系阻燃剂比溴系阻燃剂的阻燃效果要差得多, 这是由于不易产生游离基氯的缘故。目前, 氯系阻燃剂多与无机阻燃剂协同使用。含卤阻燃剂由于在由火引起的烟雾中含有卤酸, 可能导致单纯由火所不能引起的电路系统开关和其它金属对象的腐蚀。对人体呼吸道和其它器官的危害更是严重, 正趋于淘汰。特别要指出的是,2003年2月15日欧盟颁布2003/11/EC指令规定禁止使用和销售五溴苯醚( PBDPE) 和八溴二苯醚(OBDPE)含量超过0.1%的物质。许多含卤阻燃剂本身无毒或有毒, 但都受到AOX值的限制4。 1.2.2.2 有机磷阻燃剂 有机磷阻

9、燃剂的机理同无机磷阻燃机理相同。但由于对织物材料的机械物理性能影响比较小而大放异彩。并且, 有机磷阻燃剂所惯有的诸如流动性强、发烟量大、易于水解和热稳定性差等缺点也逐渐得到克服。它主要包括卤磷系和非卤磷系。卤磷系由于同时含有卤素和磷两类元素, 在气相和凝聚相同时发挥作用, 阻燃效果非常理想, 它具有挥发性低、无色、无嗅、耐水解性等优点, 但耐热性差。由于卤磷系化合物所引起的环境影响, 导致人们的研究方案逐渐向非卤磷系转移。无卤有机磷阻燃剂另一个重要的特点就是磷氮协同的应用和最好的发泡成碳系统。 2 阻燃织物加工方法 阻燃加工的方法通常有3种: ?生产阻燃纤维; ?对织物进行阻燃整理; ?阻燃纤

10、维和阻燃整理相结合。 2.1 阻燃纤维 阻燃纤维是针对化学纤维而言, 可分两类, 一类是该纤维本身就具有阻燃性能; 另一类是对纤维通过改性的方法制取阻燃纤维, 即原丝阻燃改性。原丝阻燃改性包括共聚法、共混法和接枝改性法。共聚法是在成纤高聚物的合成过程中, 把含有磷、卤、硫等阻燃元素的化合物作为共聚单体( 反应型阻燃剂) 引入到大分子链中, 再把这种阻燃性强的物质加到纤维中。共混法是将阻燃剂加入纺丝熔体或纺制阻燃纤维的方法, 特别适合没有极性基团的聚合物, 例如聚丙烯5。接枝改性法是用放射热、高能的电子束或化学引发剂使纤维( 或织物) 与阻燃单体发生接枝共聚, 是获得有效而持久的阻燃改性方法。接

11、枝阻燃改性纤维的阻燃性与接枝单体中阻燃元素的种类及接枝部位有关, 接枝部位对阻燃效果的影响次序为: 芯部接枝均匀接枝表面接枝。 2.2 阻燃整理 阻燃整理主要是在纺织品的后整理加工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6。织物进行阻燃整理的加工形式主要有以下几种7。 2.2.1 浸轧焙烘法 该方法是阻燃整理方法中应用最多的一种, 工艺流程为: 浸轧，预烘，焙烘，后处理。 它的浸轧液为阻燃剂溶液, 适用于纤维素纤维织物的阻燃整理。 2.2.2 浸渍烘燥法 工艺流程为: 浸渍!干燥!后处理。它是将织物放在阻燃

12、液中浸渍一定时间, 取出烘干即可, 有时阻燃整理可与染色工艺同浴进行。 2.2.3 涂布法 它是将阻燃剂混入树脂内进行加工。根据机械设备的不同分为刮刀涂布法、浇铸涂布法和压延涂布法。不同的产品采用不同的加工方法。 ( 1) 刮刀涂布法: 将混有阻燃剂的浆料用刮刀直接涂布在织物上。阻燃剂大多先做成溶液或乳液后应用。 ( 2) 浇铸涂布法: 是将高聚物浇铸膜加压附着在织物上。适用于阻燃剂含量高的大型帷幕和土木工程用品。 ( 3) 压延涂布法: 将高聚物在压延机上制成薄膜.再与织物贴合, 一般采用聚氯乙烯树酯、聚偏氯乙烯树酯及这类树酯的共聚物与阻燃剂的混合物。工程帐幕的阻燃整理主要采用这种方法。 2

13、.2.4 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。对于膨松性表面有花纹、簇绒、绒头起毛的织物, 如果用浸轧法会使表面绒毛花纹受到损伤, 故一般都采用连续喷雾法。 2.2.5 有机溶剂法 用有机物将阻燃剂溶解, 然后进行阻燃整理,它能使整理时间缩短。在操作过程中, 必须注意溶剂的毒性和燃烧性。相对于原丝改性来讲, 阻燃后整理工艺简单, 投资少, 见效快, 适合开发新产品。但会对织物的强力、手感和色光有一定的影响, 且阻燃耐久性不如原丝改性。 3.1新型阻燃方法 3.1.1 纳米阻燃 有些纳米材料具有阻止燃烧的功能,加入到可燃材料中,利用其

14、特殊的尺寸和结构效应,改变可燃材料的燃烧性能,使之成为具有防火性能的材料.利用纳米技术可以改变阻燃机理,提高阻燃性能.纳米粒子尺寸很小,比表面积很大,所表现的表面效应、体积效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应,为设计和制备高性能、多功能新材料提供了新的思路和途径.例如,聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料可提高燃烧性能:(1)在聚合物基体中以纳米尺寸分散的层状硅酸盐片层对聚合物分子链的活动性具有显著的限制作用,受热分解时比完全自由的分子链具有更高的分解温度.此外,由于层状硅酸盐片层的物理交联点作用,复合材料在燃烧时更容易保持初始的形状,表现出良好的阻燃性能;(2)分布于聚合物基体中的层状硅酸盐片层具

15、有良好的气液阻隔性能,当聚合物/层状硅酸盐(PLS)纳米复合材料燃烧时,位于燃烧表面的层状硅酸盐片层可以阻隔聚合物分子链分解而产生的可燃性小分子向燃烧界面迁移8,同时延缓外界氧气向燃烧界面内部迁移的速度,使燃烧延缓,起到阻燃作用. 3.1.2 微胶囊阻燃 把阻燃剂研碎分散成微粒后,用有机物或无机物进行包裹,形成微胶囊阻燃剂,或者以比表面积很大的无机物作载体,将阻燃剂吸附在无机载体的空隙中,形成蜂窝式微胶囊阻燃剂.制备方法有分散包裹法、凝聚法及载体包裹法.阻燃剂微胶囊化的优点:(1)改善阻燃剂的稳定性;(2)改善阻燃剂与树脂的相容性,改善材料物扩大其应用范围. 理机械性能降低的现象;(3)改善阻

16、燃剂的多种性能,3.1.3 无机阻燃剂与合成材料的相容性较差、添加量大,会使材料的力学性能和耐热性能有所降低.因此,对无机阻燃剂进行改性,增强其与合成材料的相容性,降低用量成为无机阻燃剂的发展趋势之一.等量阻燃剂,其粒径愈小,比表面积愈大,阻燃效果愈好.从亲和性方面考虑的超细化增强了界面的相互作用,可更均匀地分散在基体树脂中,有效地改善了共混料的力学性能9. 3.1.4 无机阻燃剂具有较强的极性与亲水性,与非极性聚合物材料的相容性差,界面难以形成良好的结合和粘接.为改善其与聚合物间的粘接力和界面亲和性,采用偶联剂对其进行表面处理是最有效的方法之一.刘丽君等将经过改性的氢氧化铝应用于聚丙烯中,其

17、比表面积增大、分散性变好,填充聚丙烯后明显改善熔融现象,具有较好的阻燃效果,并且提高了材料的力学性能. 4 阻燃效果测试方法 阻燃后织物可燃性的评定方法:(1)点火性,即着火点高低,表示织物起火的难易;(2)燃烧性能,即在特定条件下,沿着样品燃烧的速率. 4.1 燃烧实验法 燃烧实验法主要测定试样的燃烧广度(炭化面积和损毁长度)、续燃时间和阴燃时间.将标准试样在规定的试验条件下点燃12 s,除去火源后测定试样的续燃和阴燃时间.阴燃停止后,按规定方法测出损毁长度.按试样与火焰的相对位置,可以分为垂直法、倾斜法和水平法,目前垂直法是最普遍的测定方法.垂直燃烧试验分损毁长度法、火焰蔓延性能测定法GB

18、/T 5456-199710试样易点燃性测定法GB 8746-8811表面燃烧性能测定法GB 8745-88.12 4.2 限氧指数法 限氧指数法GB/T 5454-199713指在规定的实验条件下,在氧、氮混合气体中,材料刚好能保持燃烧状态所需的最低氧浓度LOI(O2 所占混合气体的体积百分数). 4.3 发烟性试验法 分析各类火灾资料可知,燃烧物的烟雾和毒性的危害性比燃烧时产生的火焰和热量更严重,是导致人死亡的主要原因.国内外都有专用测试仪器,原理较多采用光透过法,通过烟密度测出透过率和时间曲线,从中得出各种参数,包括光密度、最大烟密度、平均发烟速度以及透光率,从最大到75%(比光密度)所

19、需要的时间,从而较全面地评价阻燃纺织材料的发烟性. 4.4 闪点和自燃点测定法 5 结语 我国己成功地研制了多种阻燃 材料, 为我国纺织品的阻燃技术开创了新的途径。但就品种、数量及阻燃性能而言, 与发达国家的差距还很大。随着经济的发展和国家法制的健全, 阻燃纺织品的推广应用必将引起全社会的重视。阻燃纺织品在我国具有广阔的市场需求, 开发潜力巨大。今后阻燃技术的发展大致有以下几个趋势。 ( 1) 加强阻燃理论研究, 阻燃理论研究是整个阻燃技术的基础,燃烧及阻燃理论的研究为寻找新型阻燃剂、确定阻燃方法、提高阻燃水平提供了强大的理论依据, 具有十分重要的现实意义。 ( 2) 开发新型低毒、无烟、无污

20、染的阻燃剂, 使阻燃剂向无卤化和超细化发展, 以减少火灾事故对人的生命及自然环境的危害。 ( 3) 开发具有协同作用的阻燃剂, 如磷、氮、溴等在分子或分子间的结合, 提高阻燃效果, 减少对原生产工艺和产品质量的干扰。 ( 4) 加强阻燃纺织品的功能化研究, 阻燃纺织品除了具有阻燃功能外, 我们还可以根据用户的不同需求赋予其不同的功能, 如防水、拒油、抗菌、抗静电等多种功能。 ( 5) 要重视阻燃剂引起的环境问题, 经阻燃整理的纺织品的废弃必须考虑对环境不造成负面影响,如回收利用, 燃烧热能的利用及废物处理等。 参考文献 1张茂林, 蒋少军.阻燃织物的开发及应用J.现代 纺织技术.2002, (

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