纖維阻燃技術(shù)的研究進(jìn)展

劉斌

摘要：介紹近幾年阻燃纖維的研究進(jìn)展，尤其是天然纖維、人造纖維、合成纖維的阻燃改性技術(shù)現(xiàn)狀。指出開(kāi)發(fā)無(wú)鹵、高效、低煙、低毒的新型阻燃體系，實(shí)現(xiàn)綠色阻燃，提高阻燃紡織品的綜合性能，是今后纖維阻燃技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：纖維;阻燃技術(shù);共聚反應(yīng)阻燃;添加共混阻燃

纖維是天然或人工合成的細(xì)絲狀物質(zhì)，纖維具有受力時(shí)變形小、強(qiáng)度好、結(jié)晶能力好等特點(diǎn)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，各種纖維及紡織品的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大。因纖維具有易燃缺點(diǎn)，是引發(fā)火災(zāi)的主要隱患，對(duì)其進(jìn)行阻燃處理，提高阻燃性能非常必要。

一、天然纖維

采用二硫代焦磷酸酯（DDPS）作為磷系添加阻燃劑，通過(guò)共混紡織制得阻燃纖維素纖維，當(dāng)DDPS在纖維中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到18%時(shí)，該纖維素纖維的氧指數(shù)（LOI）達(dá)到26。隨之阻燃劑含量增加，燃燒后的膜表面凸起的泡狀物質(zhì)越多，斷面孔洞增多且孔徑增大，這種泡沫層可有效防止火焰的蔓延和傳播。在溫度為70～75℃條件下用雙氰胺、甲醛原料反應(yīng)合成低毒天然纖維阻燃劑，當(dāng)阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%時(shí)，噴0.5mol/LNaOH溶液在棉布上測(cè)試，LOI可達(dá)31，且對(duì)棉布的柔性無(wú)影響。將納米SiO2阻燃劑添加到氫氧化鈉/硫脲/尿素/水溶液作為纖維素的容積中，與纖維素膜共混制得阻燃纖維素膜，阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%以上時(shí)，LOI達(dá)到31。

二、人造纖維

人造纖維是利用天然高分子化合物或其衍生物做原料，溶解于溶劑或制備成衍生物后溶解于溶劑生成紡織溶液，之后再經(jīng)紡絲加工制得多種化學(xué)纖維。在人造纖維中粘膠纖維較為重要，強(qiáng)度高的粘膠纖維，抗多次變形性好，可用在工業(yè)上使用。但粘膠纖維是一種易燃的纖維，在很多高溫場(chǎng)合內(nèi)使用都受到限制。所以，有必要對(duì)其進(jìn)行阻燃改性。

利用烷氧基環(huán)三磷腈，采用共混的方法，制備新型無(wú)鹵、高效環(huán)保的粘膠纖維，阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.2%時(shí)，共混改性纖維的LOI達(dá)到28以上。該阻燃劑兼具催化脫水作用，在290℃時(shí)促使纖維分解并脫水炭化，使阻燃粘膠纖維殘留量增加16%。采用硫代焦磷酸酯作為阻燃劑共混阻燃改性粘膠纖維，LOI達(dá)到27.5，但力學(xué)性能有所降低。以苯氧基磷腈為阻燃劑， 烷基多糖苷為乳化劑，按一定比例將制備好的阻燃劑漿料加入紡絲母液中，制得具有阻燃性的粘膠纖維，纖維斷面上有分布均勻的絨毛狀結(jié)構(gòu)，隨著阻燃計(jì)量的增加，其阻燃效果明顯增強(qiáng)，經(jīng)30次水洗測(cè)試仍可保持阻燃效果。在引發(fā)劑為4價(jià)鈰離子的條件下含磷、硫的阻燃共聚單體O，O二乙基—O—烯丙基硫代磷酸酯與粘膠纖維，通過(guò)自由基共聚的方式制備具有阻燃效果的接枝改性粘膠纖維，隨著接枝率的增大，其殘?zhí)柯蚀蟠笤龃螅又Ω男院蟮恼衬z纖維的阻燃性能大大提高，LOI達(dá)到28.1.

無(wú)機(jī)納米阻燃粘膠纖維將無(wú)機(jī)納米阻燃技術(shù)與粘膠纖維的高濕模量相結(jié)合，通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)紡絲液的老成和磺化等工藝紡制而成，其LOI達(dá)到27以上。

三、合成纖維

（一）滌綸

共混添加型阻燃劑和共聚反應(yīng)型阻燃劑工藝簡(jiǎn)單，成本低，見(jiàn)效快。共混添加型阻燃劑主要是磷系阻燃劑，各種有機(jī)磷酸酯、聚磷酸銨及磷酸三甲苯酯等含磷化合物都可用于聚酯纖維阻燃改性。其中，芳香族磷酸酯水解穩(wěn)定性好，加入到聚酯熔體中可以提高聚酯耐溫性，有較好的加工性，不會(huì)影響聚酯纖維的力學(xué)性能和散熱性能。采用環(huán)境友好型的磷氮系列新型阻燃劑和聚偏氟乙烯（PVDF），通過(guò)皮芯復(fù)合紡絲制備防水多功能PET纖維，結(jié)果表明：添加環(huán)氧樹(shù)脂包覆磷酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，LOI達(dá)到30.7.PET纖維經(jīng)過(guò)PVDF改性后，接觸角增大而且具有較好的阻燃性能。采用環(huán)境友好型磷系有機(jī)阻燃劑G-77對(duì)芯層聚酯進(jìn)行阻燃改性，采用自制阻燃母粒和聚偏氟乙烯對(duì)皮層聚酯進(jìn)行防水改性，結(jié)果表明：有機(jī)阻燃劑G-77改性后制得的多功能阻燃聚酯纖維具有較高的阻燃性、較好的防水性等特性，同時(shí)具有良好的紡絲性能和力學(xué)性能。

（二）錦綸

用于聚酰胺纖維的阻燃劑較多，如有機(jī)硅、硼酸鋅及三氧化二銻和氯化石蠟混合阻燃體系對(duì)聚酰胺進(jìn)行阻燃改性，阻燃性效果較好。采用納米黏土作為阻燃劑與聚酰胺共混進(jìn)行阻燃改性，納米黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～3%，結(jié)果表明：在熱降解過(guò)程中，體系中的黏土顆粒被降解產(chǎn)生的氣體推向表層，形成一種海島型絮狀的保護(hù)層，縮減了熱釋放的量。

Nexylon FR 是一種具阻燃性的聚酰胺纖維，該聚酰胺纖維具有常規(guī)PA 纖維的性能，由于該纖維內(nèi)部還有磷系添加阻燃劑，故阻燃效果持久和耐水性，且不含鹵素，煙生成的速率緩慢，不含有毒成分，LOI為28。

（三）維綸

以乙炔和醋酸為原料加工成醋酸乙烯，經(jīng)聚合成聚醋酸乙烯，加醇分解的聚乙烯醇纖維。聚乙烯醇（PVA）由C、H、O元素組成，阻燃性能差，其LOI僅為19.7。采用聚乙烯醇作為成纖劑，將PVA 與三聚氰胺甲醛（MF）溶液復(fù)合，通過(guò)常規(guī)濕法紡絲得到MF—PVA 阻燃纖維，具有較好的力學(xué)性能，熱分解溫度為300℃，耐熱性比PVA纖維好，LOI達(dá)到35。以三聚氰胺、甲醛、聚乙烯醇水溶液為原料反應(yīng)制得紡絲原料，通過(guò)濕法紡絲得到三聚氰胺甲醛—聚乙烯醇（MF—PVA）纖維，加入硼酸可以抑制MF樹(shù)脂溶出，隨著添加量的增大，斷裂強(qiáng)度變大，斷裂伸長(zhǎng)率減小，LOI達(dá)到40。

（四）丙綸

阻燃丙綸（PP）多以鹵系阻燃劑為主，但在燃燒過(guò)程中伴隨著大量的濃煙，同時(shí)有毒氣體也會(huì)在燃燒過(guò)程中釋放出來(lái)。近年來(lái)，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，出現(xiàn)了用環(huán)境友好的無(wú)鹵阻燃劑代替鹵素阻燃劑的發(fā)展趨勢(shì)，其中，膨脹型阻燃不含鹵素且阻燃效率高。用五氧化二磷（P2O5）、季戊四醇（PT）和三聚氰胺（M）按比例混合制備膨脹型阻燃劑，結(jié)果表明：隨著膨脹型阻燃劑中P2O5比例增加，阻燃性明顯提高，IFR在PP中分散性增強(qiáng)，具有良好的可加工性且燃燒時(shí)煙霧少，生產(chǎn)的炭層能有效阻止聚合物的熔滴等優(yōu)點(diǎn)，證明是假塑性流體。以季戊四醇螺環(huán)磷酸酯雙蜜胺鹽（MPP）無(wú)鹵阻燃劑通過(guò)共混紡絲，制備無(wú)鹵阻燃PP纖維，采用低能電子輻照對(duì)無(wú)鹵阻燃PP纖維進(jìn)行改性，結(jié)果表明：MPP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，pp纖維LOI為24.5，但斷裂強(qiáng)度有所下降;隨著低能電子輻照量的增大，PP纖維的LOI增加到33.8.PP纖維起始分解溫度和殘?zhí)柯时燃働P纖維均有較大幅度增加，燃燒形成連續(xù)致密的炭層。

（五）腈綸

由于共混阻燃腈綸中阻燃劑含量不能太高，所以要選用高效的阻燃劑，且阻燃劑在紡絲原液中的溶解性和均勻穩(wěn)定分散性要好，以及與聚丙烯腈的相容性，紡絲過(guò)程中的保留率，耐洗滌性及毒性等。因此，阻燃劑的選擇難度較大。采用銅離子處理腈綸，在與水合肼及氫氧化鈉和精煉劑組成的混合水溶液反應(yīng)，制備了阻燃性能和力學(xué)性能良好的阻燃腈綸，結(jié)果表明：水合肼加入量20mL，5%的氫氧化鈉4.7mL，10%的精煉劑9.4mL，熱處理溫度為160℃，熱處理180 min 條件下，能夠獲得阻燃性能和力學(xué)性能良好的腈綸，LOI為32.83。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)阻燃織物的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，阻燃纖維開(kāi)發(fā)的力度不斷加大，纖維阻燃技術(shù)的發(fā)展應(yīng)逐漸向多功能化發(fā)展，在提高阻燃效率的同時(shí)也要提高纖維其他方面的性能。如研究阻燃纖維的復(fù)配技術(shù)，以減少阻燃劑的用量，降低對(duì)人體安全和環(huán)境的危害;研究超細(xì)化納米技術(shù)以及超細(xì)粒子等技術(shù)提高阻燃劑在纖維中的相容性;研究新阻燃改性中的應(yīng)用。開(kāi)發(fā)無(wú)鹵、高效、低煙、低毒的新型阻燃體系，實(shí)現(xiàn)綠色阻燃和提高阻燃紡織品的綜合性能，是今后纖維阻燃技術(shù)的發(fā)展方向。