紡織品生態(tài)阻燃技術(shù)研究進展

駱曉蕾， 李紫嫣， 馬亞男， 劉 琳， KRUCINSKA Izabella， 姚菊明

(1. 浙江理工大學 紡織科學與工程學院(國際絲綢學院)， 浙江 杭州 310018； 2. 浙江理工大學 材料科學與 工程學院， 浙江 杭州 310018； 3. 羅茲理工大學 材料技術(shù)與紡織品設(shè)計學院, 羅茲 90-924, 波蘭)

紡織品廣泛應(yīng)用于服裝、家紡、軍工、醫(yī)療衛(wèi)生、土木建筑、航空航天、軌道交通等多個領(lǐng)域中,然而其易燃性是一大隱患。紡織品一旦進入轟燃階段將難以熄滅，尤其是在高層建筑火災(zāi)中，消防撲救作業(yè)更是舉步維艱[1]，因此，提升紡織品的阻燃性尤為關(guān)鍵。當前，鹵系、磷系阻燃劑廣受關(guān)注，常通過簡單涂覆、浸漬等工藝被施加于紡織品上，然而燃燒過程中產(chǎn)生的濃煙、毒性氣體及使用過程中因阻燃劑脫落所導致的生物累積毒性、阻燃耐久性差等問題被不斷暴露[2-4]。隨著環(huán)境法規(guī)的日趨嚴格和可持續(xù)發(fā)展要求的不斷提高，發(fā)展生態(tài)阻燃技術(shù)迫在眉睫。

為推動紡織品生態(tài)阻燃技術(shù)及阻燃紡織品的發(fā)展，基于本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)及研究成果，以紡織品加工成形過程為主線，綜述了不同工藝階段中紡織品阻燃性能的常規(guī)構(gòu)建方式及其生態(tài)化改進研究進展，介紹了新式生態(tài)阻燃整理技術(shù)及其研究進展，并進一步介紹了最具前景的環(huán)保阻燃劑——生物質(zhì)阻燃劑的種類及其在紡織品生態(tài)阻燃技術(shù)中的研究進展。

1 紡織品的阻燃方法

隨著紡織品阻燃技術(shù)的蓬勃發(fā)展，構(gòu)建各類紡織品阻燃性能的方式被基本確立，如圖1所示。

圖1 紡織品阻燃工藝Fig.1 Textile flame retardant technology

常規(guī)阻燃性能構(gòu)建方式在自纖維成形至織物成形的整個階段均可實現(xiàn)，并依據(jù)阻燃性能構(gòu)建階段，分為纖維阻燃改性、紗線阻燃改性及織物阻燃整理3類。其中，阻燃整理因其工藝簡單、操作便捷、普適性強，在生產(chǎn)及研究中均涉獵較多，常規(guī)阻燃整理方式包括浸軋烘焙法、浸漬烘燥法、涂層法、接枝聚合法等[5]。近幾十年，隨著生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯，傳統(tǒng)紡織品阻燃工藝難以滿足生態(tài)法規(guī)要求，在常規(guī)技術(shù)生態(tài)化改進的同時，出現(xiàn)了層層自組裝法、溶膠-凝膠法、微膠囊法、等離子體法等一系列新式生態(tài)阻燃技術(shù)[6-8]。

1.1 常規(guī)紡織品阻燃改性

1.1.1 纖維阻燃改性

在化學纖維或再生纖維紡絲成形階段：1)以高熱穩(wěn)定性單體為原料或設(shè)計單體間化學反應(yīng)過程合成纖維，賦予纖維固有阻燃性能。如以對苯二甲酰氯和對苯二胺為原料，合成了問世最早的高性能纖維芳綸1414(即對位芳綸)，芳環(huán)線性連接的超剛硬分子鏈結(jié)構(gòu)使其具有固有難燃性[9]；碳纖維經(jīng)丙烯腈高溫反應(yīng)形成梯形分子結(jié)構(gòu)，具有極高的剛性和耐熱性，可用于航空航天領(lǐng)域[10]。2)在聚合過程中將反應(yīng)型阻燃劑(如含磷、鹵、硅或芳環(huán)基團的反應(yīng)型阻燃劑)摻入聚合體系，并經(jīng)共價鍵與基體相結(jié)合，以賦予纖維長久穩(wěn)定的阻燃性能。3)在紡絲成形、固化過程中摻入添加型阻燃劑，經(jīng)物理共混實現(xiàn)阻燃[11-12]。此外，經(jīng)熔融或靜電紡絲形成的非織造布也多采用該工藝實現(xiàn)阻燃。具有固有阻燃性的高性能纖維合成條件較為苛刻，產(chǎn)品少且貴，主要用于航空航天、國防等領(lǐng)域中，如渦輪葉片、風力發(fā)電機、消防服等；以反應(yīng)型阻燃劑共聚實現(xiàn)阻燃時，工藝受單體化學性能影響較大，普適性有限；以添加型阻燃劑共混、沉積是纖維阻燃改性中較為常用、便捷的手段。

減少磷鹵類阻燃劑的使用是實現(xiàn)纖維阻燃改性生態(tài)化的主要途徑。Liu等[13]利用N-(2-羥苯基)鄰苯二甲酰亞胺(HPI)與聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)共聚，受熱時，共聚體系將捕獲PET因酯鍵短鏈產(chǎn)生的揮發(fā)性有毒物質(zhì)，并通過端基重排促進成碳。當HPI物質(zhì)的量分數(shù)為20%時，PET燃燒時的熱釋放峰值(PHRR)由純樣的734 kW/m2下降至276 kW/m2，并顯著抑制了濃煙及熔滴的產(chǎn)生，開創(chuàng)了PET自身炭化阻燃的全新途徑。Jiang等[14]合成了花瓣狀磷鎂礦和MgO微球，并摻入醋酸纖維素靜電紡絲液中進行紡絲，所得納米纖維熔斷時間從0.46 s分別增加至23倍以上，離火即熄的同時實現(xiàn)了抑煙、抗熱收縮功能。然而，隨著無機納米顆粒的增加，因有機無機混合體系相容性差，纖維發(fā)生明顯脆化。Oleksandr等[15]在纖維素納米纖維(CNF)懸浮液濕法紡絲過程中，以含有SiO2納米顆粒的鹽酸(pH=2)作凝固浴，使納米SiO2粒子經(jīng)界面復(fù)合于纖維表面形成殼核結(jié)構(gòu)。隨著凝固浴中SiO2濃度的增加，單根纖維在火中的熔斷時間不斷增加，同時纖維的拉伸強度、剛韌性也逐漸下降。由此可見，進一步提高非磷鹵類阻燃劑阻燃效率并改善其與基體間的相容性是推動纖維阻燃改性生態(tài)化的關(guān)鍵。

1.1.2 紗線阻燃改性

紗線的阻燃改性在紗成形過程中實現(xiàn)。一種方法是將阻燃纖維與普通纖維混紡，組成紗線的性能及其在紗線中的分布對形成紗線的阻燃性、力學性能影響均較顯著，與此同時，普通纖維被暴露于高熱環(huán)境中的程度難控制，致使阻燃性能提升有限，因此，該法在高性能纖維混紡紗中更為常見[9]，在此不作詳細介紹。另一種是在紗線表面沉積、包覆阻燃劑，如Lv等[16]在Lyocell紗線表面原位聚合聚吡咯(PPy)，以所得紗線編織形成的織物極限氧指數(shù)(LOI值)高達40.2%，PHRR由174.1 W/g顯著下降至18.26 W/g。相比之下，后者是提升普通紗線阻燃性更行之有效的方式，同時，選擇高效環(huán)保的阻燃劑是該技術(shù)生態(tài)化轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。

1.1.3 織物常規(guī)阻燃整理

1.1.3.1浸軋烘焙法與浸漬烘燥法 浸軋烘焙法與浸漬烘燥法是2種極為相似的阻燃整理工藝，在實際生產(chǎn)中因操作方便、設(shè)備要求低而應(yīng)用較多。前期，阻燃劑被溶解或分散于溶劑中，當織物經(jīng)過該混合液體系后，浸軋烘焙法會利用軋輥使得阻燃劑較快滲入組織內(nèi)部，并經(jīng)高溫烘焙使得阻燃劑固著于纖維表面[17],如圖2(a)所示；而浸漬烘燥法(見圖2(b))則需長時間浸漬以使得阻燃成分緩慢進入織物內(nèi)部，并直接進入干燥系統(tǒng)實現(xiàn)固著[18]。最終，整理后的織物被完全包覆于阻燃劑中。此外，以有機溶劑調(diào)制阻燃體系的方式又稱有機溶劑法，有機溶劑的存在可縮短整理時間，在工業(yè)中應(yīng)用較多，但對織物有一定損傷，且環(huán)保性差，以水分散的阻燃混合體系是該工藝生態(tài)化研究的主要方向[19]。

我國會計監(jiān)督工作的成效、問題和未來展望——基于財政部2018年會計信息質(zhì)量檢查公告的研究劉勝良22-8

圖2 浸軋烘焙法與浸漬烘燥法阻燃整理流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of flame retardant finishing process of dip-pad-curing method (a) and dip-dry method (b)

耐久性差、手感差是浸軋烘焙法與浸漬烘燥法中的一大難題，特別是對于混紡織物而言，因原料組成差異致使阻燃劑與纖維間的界面結(jié)合強度有別，常需配合多種助劑加以改善。此外，織物手感和風格也將產(chǎn)生重大改變，部分阻燃劑處理后，織物在實際使用過程中會發(fā)霉甚至產(chǎn)生甲醛等產(chǎn)物，因此，實際生產(chǎn)中常在阻燃劑溶解或分散的同時，將向體系中添加諸如織物柔軟整理劑、抗菌整理劑、甲醛捕捉劑等助劑[20]。

1.1.3.2涂布法與噴霧法 涂布法與噴霧法均是在織物的單側(cè)施加阻燃層，并通過烘干或自然晾干的方式固著。不同的是，涂布法采用澆鑄、延壓、刮涂等方式將混有阻燃劑的黏稠涂層施加于織物表面，噴霧法用阻燃體系則較為細膩，在具有絨毛、壓紋等蓬松性表面的紡織品阻燃整理中尤為適用。Ding等[21]將剝離后的蒙脫石(MMT)與聚乙烯醇混合制備了聚乳酸(PLA)用涂層，涂覆后織物被垂直懸掛，MMT因此受重力作用取向排列，聚乙烯醇(PVA)則與MMT逐層交聯(lián)，共組裝形成了類貝母珠表面結(jié)構(gòu)涂層，織物阻燃性顯著提升的同時，其拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線表明織物由柔韌性轉(zhuǎn)變?yōu)閯傆残?。從機制上看，涂布法、噴霧法與浸軋烘焙法、浸漬烘燥法相似，織物阻燃耐久性受界面結(jié)合程度影響巨大，并對織物的手感及風格影響較大。

涂層或噴霧阻燃的方式操作靈活，除了賦予織物阻燃性能外，還有利于實現(xiàn)功能集成化、生產(chǎn)規(guī)模化，控制涂層厚度、選擇高效環(huán)保的阻燃體系是其生態(tài)化轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。Fu等[22]以葉綠素色澤隨四季變換為靈感，以鄰苯二甲腈為原料設(shè)計了具有溫致變色性能的阻燃涂層，隨溫度升高，涂層顏色不斷變深，在溫度達275 ℃時即可迅速做出預(yù)警。該涂層在高溫下熱穩(wěn)定性佳，在穩(wěn)定預(yù)警的同時避免了揮發(fā)性氣體的釋放。Xie等[23]將納米銀線、聚氟化乙烯縮甲醛(FPVB)及氧化石墨烯(GO)制備成涂料并噴涂，霧滴均勻分布于材料表面，遇火時，GO中的含氧基團脫除且GO還原，連同銀線即可在0.83 s實現(xiàn)超快速預(yù)警，同時被噴涂材料的LOI值均高于31%，效果顯著。

1.1.3.3化學接枝法 利用化學接枝法在紡織品分子鏈上通過共價鍵結(jié)合阻燃劑可實現(xiàn)耐久性阻燃整理，減少揮發(fā)性成分釋放，方法多樣，如化學接枝、霧化接枝[24]、高能輻射法接枝[25]等。Xu等[26]利用高效且高選擇性點擊化學原理，在流平劑處理后的棉織物表面3步接枝了有機硅、有機膦及三嗪類阻燃劑，織物極限氧指數(shù)由18.3%上升至26.3%。Ling等[27]在無溶劑環(huán)境下以接枝法構(gòu)建了磷氮協(xié)效阻燃體系，經(jīng)50個洗滌周期后LOI值仍高達29.3%，相比于Proban?和Pyrovatex?兩大常用耐久性阻燃整理劑，該法在賦予織物高效、耐久性阻燃的同時實現(xiàn)了無鹵、無甲醛的環(huán)保阻燃。由于在接枝過程中不可避免地會破壞面料基質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，反應(yīng)過度將引起強度、白度顯著下降，接枝不全面則致使阻燃劑分布不勻、阻燃性能提升有限，甚至釋放諸如甲醛等物質(zhì)，因此，選擇高效環(huán)保阻燃劑、溫和高效的接枝方式并控制反應(yīng)程度是實現(xiàn)該工藝生態(tài)化改進的關(guān)鍵[26]。

1.2 織物生態(tài)阻燃整理技術(shù)

溶膠-凝膠法、層層自組裝法、微膠囊法等概念提出較早，但在近幾十年才被逐漸用于紡織品阻燃整理的應(yīng)用與研究中。由于在使用過程中減少了有機體系、水等的使用，同時有效提升了阻燃劑的穩(wěn)定性及其效率，因而被視為生態(tài)阻燃整理工藝。

1.2.1 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法，即以金屬醇鹽作前驅(qū)體經(jīng)水解后形成溶膠體系，并經(jīng)縮合反應(yīng)在織物表面形成納米級有機或無機涂層。Lin等[28]將O2等離子體活化后的棉織物浸沒在含有聚磷酸銨(APP)、聚二甲基硅氧烷(HDPMS)、四乙氧基硅烷(TEOS)的乙醇溶膠混合體系中，反應(yīng)過程中APP先與棉織物上的含氧基團結(jié)合，進一步添加氨水引發(fā)HDPMS和TEOS反應(yīng)形成均勻的納米SiO2層，在提升火安全性的同時賦予面料優(yōu)異的拒水性。李靜等[29]則將溶膠-凝膠法與浸軋烘焙法相結(jié)合，使得磷氮硅系阻燃劑在棉織物表層形成耐久涂層，實現(xiàn)了耐久阻燃。相比于浸漬烘燥法、浸軋烘焙法，溶膠-凝膠法可在低溫下實現(xiàn)合成，因此又被稱為低溫合成法；相比于涂布法、噴霧法，該工藝可實現(xiàn)高純度、高均勻性；無機阻燃劑經(jīng)溶膠-凝膠法負載時，可實現(xiàn)顆粒細化并提升阻燃效率。推進其工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵在于縮短反應(yīng)時間并降低成本。

1.2.2 層層自組裝法

層層自組裝法，即將紡織品在2種或多種具有相互吸引力的阻燃體系中經(jīng)交替、反復(fù)浸泡或噴涂后，使阻燃劑在基體表面逐層沉積的工藝[30]。Li等[19]以層層自組裝的方式在棉織物表面設(shè)計了具有植酸銨(AP)和殼聚糖的阻燃層，植酸銨可催化纖維素成炭，但煙氣釋放量大，殼聚糖協(xié)效AP阻燃可顯著減少煙的釋放量，同時提升了棉織物的拉伸強度。Zeng等[31]以石墨烯進一步增效磷、氮、硅協(xié)效阻燃體系，在棉織物表層形成了四元涂層，在提升阻燃協(xié)效性的同時賦予織物抗菌性。阻燃體系在纖維表面的沉積過程將隨著沉積層數(shù)的增加由島相沉積逐漸轉(zhuǎn)向沿纖維表面的均勻分布，特別是在利用聚電解質(zhì)實現(xiàn)層層自組裝的過程中受基材影響較小、便于精確定制各種自組裝層,因此，該工藝有利于阻燃劑之間實現(xiàn)協(xié)效阻燃，有利于實現(xiàn)織物多功能化[13]，如若能進一步減少工藝步驟，該工藝將更具有應(yīng)用推廣的前景。

1.2.3 微膠囊法

微膠囊法，即將阻燃劑包覆在壁囊中再以一定工藝施用于紡織品中，并非獨立的阻燃工藝。楊雅茹[32]以炭微球為芯，先以液相沉積法沉積具有優(yōu)異抑煙性的氫氧化鎂(MH)殼層，進一步以原位聚合法形成PET第2殼層，具有雙殼層結(jié)構(gòu)的炭微球膠囊被添加入滌綸熔融紡絲中。當阻燃劑添加量為1%時，LOI值由純PET纖維的21%上升至27.4%，阻燃效率高。MH的存在賦予了阻燃劑抑煙性，殼核結(jié)構(gòu)則避免了MH的團聚，提高了體系間的相容性。值得一提的是，逐層組裝的原理同樣適用于微膠囊的制備[33]，殼層結(jié)構(gòu)的存在有利于提升阻燃劑的穩(wěn)定性、揮發(fā)性、抗吸濕性，改善阻燃劑與有機體系之間的相容性，同時還能滿足當前材料對多功能化的需求，對于諸如紅磷等穩(wěn)定性差的阻燃劑尤其適用。

1.2.4 等離子體法

等離子體法旨在通過活化織物表面，以使得其在后續(xù)阻燃整理過程中能更有效地與阻燃整理劑相結(jié)合并減少對織物的損傷，同樣并非一種獨立的阻燃工藝。例如：Lin等[28]在溶膠-凝膠法處理織物前以O(shè)2等離子體活化提升了阻燃劑與織物間的結(jié)合強度；Huong等[34]在浸軋烘焙前以等離子體激活織物，在提升工藝效能的同時減少了對織物的損傷。在真空條件下經(jīng)等離子體實現(xiàn)表面活化的過程對織物無選擇性，作為物理處理，這一工藝更為安全可靠，且對織物的固有特性基本無影響，同時能夠協(xié)助其他工藝減少化學制劑的消耗，較為環(huán)保[35]。

1.3 阻燃工藝未來研究及發(fā)展方向

表1示出各類阻燃整理工藝優(yōu)缺點。浸漬烘燥法、浸軋烘焙法、涂層法及噴霧法操作簡單，普適性強且成本低，為當前工業(yè)中的主要整理方式，然而因其耐久性差、環(huán)保性差等問題，開發(fā)水性阻燃整理體系并進一步增強體系與織物間的結(jié)合強度極有必要。接枝法引發(fā)方式多樣且阻燃耐久性高，但對織物損傷較大，易致使織物老化泛黃并降低強度，同時反應(yīng)操控復(fù)雜，在工業(yè)上應(yīng)用較少，因而選擇更為溫和的反應(yīng)條件并控制反應(yīng)程度是關(guān)鍵。各類新式工藝多為環(huán)保工藝，且對織物損傷小，并有利于提升阻燃體系效率及其與織物間的結(jié)合強度，但反應(yīng)時間過長、工藝步驟過多、設(shè)備條件苛刻、成本過高等因素是限制其工業(yè)化生產(chǎn)的絆腳石。

表1 各類阻燃整理工藝優(yōu)缺點及其研究重點Tab.1 Advantages and disadvantages of various flame retardant finishing processes and their research focus

盡管新式生態(tài)阻燃整理技術(shù)研究已有幾十年歷史，但涉及操作復(fù)雜性及成本等問題，其廣泛應(yīng)用仍需研究者們共同努力，未來很長一段時間里，常規(guī)技術(shù)的生態(tài)化改進及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用將占據(jù)主導地位。

2 紡織品用生物質(zhì)阻燃劑研究進展

紡織品的阻燃性能構(gòu)建方式呈現(xiàn)多樣化，阻燃劑是實現(xiàn)紡織品阻燃性能的關(guān)鍵。我國阻燃研究雖不及國外早，但發(fā)展極為迅速，鹵系、磷系阻燃劑因其高效、廉價的優(yōu)勢成為早期紡織品阻燃界的研究熱點。隨著生態(tài)問題日益凸顯，此類阻燃劑存在的諸如生物累積性、易產(chǎn)生濃煙、使用過程中易產(chǎn)生甲醛等缺陷被不斷暴露，嚴重時甚至將引發(fā)先天缺陷[2-4]，因此，無鹵阻燃成為當前阻燃研究的主流，抑煙減毒成為環(huán)保阻燃的進一步的目標，新興且環(huán)保的碳系、生物質(zhì)阻燃劑也在紡織品阻燃舞臺上嶄露頭角。表2示出了幾類環(huán)境友好型阻燃劑阻燃機制及各自缺陷。硅系[15]、金屬系[36]、碳系[37]阻燃劑是傳統(tǒng)阻燃劑中較為環(huán)保的，但因其效率差常作協(xié)效劑使用，相較之下，新型生物質(zhì)阻燃劑因其相對高效、環(huán)保的優(yōu)勢更具有作為磷鹵系阻燃劑替代品的潛力。

在生物質(zhì)防火方面，大自然早予以我們啟示，多糖、蛋白質(zhì)、核酸及部分小分子動植物天然提取物被發(fā)現(xiàn)可用作阻燃劑使用，如圖3所示。

表2 環(huán)境友好型阻燃劑阻燃機制與缺陷Tab.2 Flame retardant mechanism and defects of environmentally friendly flame retardant

圖3 自然界中的生物質(zhì)阻燃劑Fig.3 Biomass flame retardant in nature

2.1 多糖類成炭劑

多糖類在阻燃研究中常被用作成炭劑使用，在改善阻燃劑與紡織品之間相容性的同時改善主體阻燃劑中的不足。海藻酸具有與纖維素類似的分子主鏈，鏈中的羧基可與Mg2+、Ca2+等反應(yīng)形成海藻酸鹽，受熱時吸熱并發(fā)生脫羧反應(yīng)生成CO2，部分將與金屬鹽結(jié)合產(chǎn)生碳酸鹽并附著于織物表面，作為絕緣屏障并實現(xiàn)阻燃[38]，單純海藻酸鈣溶液經(jīng)濕法紡絲制備的LOI值更是高達48.0%[41]。殼聚糖是甲殼素的水解產(chǎn)物，原料自然儲備豐富，其分子結(jié)構(gòu)中含有氨基，具有氮系阻燃劑優(yōu)異抑煙性的特質(zhì)。Li等[19]以殼聚糖復(fù)合植酸制備涂層協(xié)效阻燃，顯著抑制了因植酸中磷酸根引起的濃煙的形成；Pan等[42]以殼聚糖、MMT、鈦酸酯層層交替組裝于PET織物表面，隨著表面組裝阻燃劑層數(shù)的增加，熱分解殘余炭渣增加。作為支鏈淀粉的水解產(chǎn)物，環(huán)糊精具有特殊的輪狀結(jié)構(gòu)，可作成炭劑使用，當以大分子線性阻燃劑APP復(fù)合形成準輪烷結(jié)構(gòu)時效果尤為顯著，可使得粘膠纖維在800 ℃下殘?zhí)苛扛哌_34.2%[5]。纖維素也可作為石化類材料成炭劑使用[43-44]，在酸源作用下易脫水成炭，但在紡織品后整理阻燃中直接使用的案例幾乎沒有。

2.2 蛋白質(zhì)構(gòu)成的磷氮協(xié)同阻燃

蛋白質(zhì)由多條多肽鏈折疊形成，因分子鏈中含有氮、磷元素而具有一定的阻燃性，并在纖維素基織物阻燃研究中較為常見。諸如角蛋白、酪蛋白、疏水蛋白及蛋白水解產(chǎn)物氨基酸等在紡織品阻燃研究中均有涉獵[39]。蛋白質(zhì)中肽鏈折疊結(jié)構(gòu)破壞溫度及肽鏈熱分解溫度通常低于纖維素，隨后進一步熱分解釋放出H2O、CO2、NH3等不燃性氣體，同時，在酸源作用下將脫水并迅速形成膨脹炭層以隔絕可燃性揮發(fā)氣體和熱量的傳播。Liu等[46]將棉織物先后浸軋于雞蛋蛋白水溶液與植酸水溶液中，植酸與蛋白間經(jīng)氫鍵層層自組裝構(gòu)建表面阻燃層，顯著延長了引燃時間，熱解產(chǎn)物中醇、醛、醚等可燃性產(chǎn)物驟減，并有大量H2O、CO2、NH3不燃性氣體產(chǎn)生，同時織物維持本色不變；Jung等[47]以乙二胺磷酸酯改性后的雞毛碎屑阻燃聚丙烯，經(jīng)浸漬處理后，雞毛蛋白、乙二胺磷酸酯間構(gòu)成了膨脹阻燃體系，受熱時能促進材料迅速膨脹成炭，同時雞毛蛋白較長的纖維結(jié)構(gòu)有效緩解了材料拉伸強度的下降；Xu等[48]在棉織物表面化學接枝了銨鹽化的賴氨酸、甘氨酸和天冬氨酸，構(gòu)成了磷氮協(xié)效體系，實現(xiàn)了棉織物的耐久性阻燃整理。可見，蛋白質(zhì)阻燃效果優(yōu)異，但作為菌類營養(yǎng)成分且結(jié)構(gòu)中含有二硫鍵，蛋白質(zhì)在阻燃中應(yīng)注意抗菌性研究并控制SO2等產(chǎn)物的釋放。

2.3 核酸構(gòu)成的天然膨脹阻燃體系

核酸是構(gòu)成生命體的基本物質(zhì)之一，由多種核苷酸經(jīng)一定序列聚合而成，由于其組成滿足膨脹阻燃劑三要素，即碳源、酸源和發(fā)泡劑，具有本質(zhì)膨脹阻燃能力而被用于紡織品阻燃中。當遇火時，核酸將受熱分解并釋放出大量NH3、H2O等不燃氣體，同時產(chǎn)生磷酸促進材料脫水成炭，被視為未來磷氮系阻燃劑替代品[49]，并常與無機阻燃劑協(xié)同使用。Simona等[50]以納米TiO2處理脫氧核糖核酸(DNA)制備了復(fù)合阻燃劑懸浮液，并采用浸軋烘焙法用于棉織物阻燃，實現(xiàn)了高溫輻照下棉織物的不燃燒；Thirmalaisamy等[51]以浸漬烘燥法在棉織物上負載DNA后進一步以硝酸銀、硅烷實現(xiàn)表面自組裝，織物遇火時焦而不縮裂，實現(xiàn)高效阻燃的同時賦予其超疏水性。

2.4 小分子提取物

除了多糖、蛋白質(zhì)、核酸等大分子被發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)異的阻燃性，一些提取自常見動植物中的小分子，如神經(jīng)興奮劑多巴胺，來自植物的單寧酸、植酸、多酚、類黃酮等，也可作為高效阻燃劑，部分阻燃過程中或可發(fā)揮自由基捕獲作用。提取自種子的植酸分子結(jié)構(gòu)中含有多個磷酸根，阻燃機制與磷酸鹽一致，阻燃效率高，在棉、毛、絲等天然纖維及滌綸等化纖阻燃中均顯示了優(yōu)異的阻燃性能[52-55]。然而，它也具有磷酸鹽阻燃劑的通病，即放煙量大，因此在研究與應(yīng)用中多采用與金屬系、碳系阻燃劑或殼聚糖等協(xié)同使用。此外，經(jīng)植酸處理的紡織品，特別是纖維素類紡織品，常出現(xiàn)白度明顯下降的問題。單寧酸、原花青素等屬于天然黃酮類物質(zhì)，分子結(jié)構(gòu)中含有多個活性酚羥基，均具有優(yōu)異的抗氧化性能，并具有一定的阻燃性，為提升這些物質(zhì)在織物上的耐久性，研究者們常以無機粒子相輔助。Zhang等[56]先以絲織物吸附單寧酸，再利用媒染法以鐵離子固定單寧酸，從而賦予絲織物耐久阻燃性，絲織物LOI值由23.6%上升至27.5%，同時更具有較純絲織物、Pyrovatex CP處理后的織物更優(yōu)異的抗泛黃性，對Pyrovatex CP的可替代性極強；也有研究者直接以茶梗廢料[57]、葡萄籽[58]等為原料，提取其中茶多酚、原花青素等成分，但阻燃效果一般，仍需究其原理并進一步實現(xiàn)高效阻燃，同時明顯的色澤變化使其普適性不強。多巴胺分子中具有兒茶酚基團，并具有粘附性，經(jīng)聚合后的聚多巴胺與材料間緊密貼合，遇火時可通過捕獲自由基實現(xiàn)高效阻燃。Zhou等[40]以漆酶作催化劑，并分別以阿魏酸、茶多酚和聚多巴胺誘導浸漬Fe2+后的絲織物表面形成不同形貌的γ-羥基氧化鐵(γ-FeOOH)，在實現(xiàn)拒水的同時實現(xiàn)了高效阻燃，特別是聚多巴胺處理后的織物LOI值高達28.2%，離火后4 s自熄，阻燃效果優(yōu)異。

以生物質(zhì)為源的藥劑在被用作阻燃劑時，既可作為協(xié)效劑輔助材料成炭，又可釋放出不燃氣體稀釋實現(xiàn)氣相阻燃，還能高效捕獲自由基，但其研究與應(yīng)用尚處于初始研究階段，高昂的價格和較差的熱穩(wěn)定性是限制其應(yīng)用推廣的一大瓶頸。

3 結(jié)束語

紡織品阻燃技術(shù)發(fā)展歷史悠久，阻燃性構(gòu)建方式多樣，隨著生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯，紡織品阻燃技術(shù)生態(tài)化改進勢不可擋，生態(tài)阻燃工藝及環(huán)保阻燃劑的應(yīng)用極其重要。阻燃工藝方面，常規(guī)阻燃工藝便捷，普適性強，但在耐久性、環(huán)保性上有所欠缺，開發(fā)水性體系以減少有毒有機體系的使用、使用環(huán)保阻燃劑等措施是實現(xiàn)常規(guī)阻燃工藝生態(tài)化的主要方式；生態(tài)阻燃工藝節(jié)能環(huán)保，解決了常規(guī)阻燃工藝中存在的工藝復(fù)雜及高成本問題，但離工業(yè)應(yīng)用尚有一定的距離。阻燃劑方面，生物質(zhì)阻燃劑是最具前景的環(huán)保阻燃劑之一，提高其阻燃效率、熱穩(wěn)定性等是實現(xiàn)磷鹵系阻燃劑替代的關(guān)鍵。

盡管當前阻燃技術(shù)仍以常規(guī)工藝為主導，但隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和學科的深入交叉，紡織品阻燃技術(shù)及阻燃紡織品將加快生態(tài)化發(fā)展的腳步。