紡織品的阻燃及多功能化研究進(jìn)展

徐英俊， 王 芳， 倪延朋， 陳 琳， 宋 飛， 王玉忠

(1. 青島大學(xué) 功能紡織品與先進(jìn)材料研究院， 山東 青島 266071； 2. 四川大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，四川， 成都 610064； 3. 四川大學(xué) 化學(xué)學(xué)院， 四川 成都 610064)

隨著紡織品的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，特別是產(chǎn)業(yè)用紡織品在特定領(lǐng)域得到迅速發(fā)展，具有阻燃和抗菌、疏水、疏油、抗紫外線、防靜電、導(dǎo)電、自清潔等功能的紡織品需求快速增長(zhǎng)。通過(guò)本體(包括共聚引入功能單體或共混加入功能助劑)或表面處理技術(shù)，可獲得功能性、高附加值的纖維及織物，但是，固有特性(如手感、舒適性、顏色、透氣性等)保持優(yōu)良的阻燃多功能紡織品及其制備技術(shù)的報(bào)道較少。通過(guò)功能分子、助劑及多尺度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)建，調(diào)控功能高分子材料和助劑與基材間的相互作用，使紡織品的多種功能之間相互協(xié)調(diào)、相互促進(jìn)且兼顧舒適性、透氣性、耐洗滌及耐候性等，對(duì)發(fā)展多功能紡織品至關(guān)重要。多年來(lái)，本文作者團(tuán)隊(duì)致力于紡織品的阻燃及多功能化技術(shù)的研發(fā)，通過(guò)對(duì)功能高分子材料設(shè)計(jì)及本體功能化、表面處理技術(shù)等體系的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)與優(yōu)化調(diào)控，開(kāi)發(fā)出了一系列多功能阻燃紡織品，涵蓋了棉、滌綸、滌/棉、錦綸和粘膠等材料，涉及阻燃與抗菌、超疏水、超疏油、自清潔、抗結(jié)冰、耐腐蝕、自修復(fù)或/和形狀記憶等功能，所得功能性紡織品在服裝、家紡和交通等各類產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域具備良好的應(yīng)用前景。本文以本文作者團(tuán)隊(duì)近幾年的工作為例，介紹紡織品的阻燃及多功能化相關(guān)研究進(jìn)展，同時(shí)分析該領(lǐng)域目前面臨的挑戰(zhàn)，并展望未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 紡織品的阻燃及多功能化方法

紡織品種類多樣，性能各異，但對(duì)其阻燃化處理方式類似。阻燃體系的構(gòu)建通常涉及到鹵素、磷、氮、硅等阻燃元素。根據(jù)不同紡織品的物化特性，優(yōu)選阻燃手段及體系，可兼顧阻燃及其他性能。發(fā)展多功能阻燃紡織品不能簡(jiǎn)單地理解為多種基團(tuán)或助劑的疊加，應(yīng)在阻燃基團(tuán)和助劑的基礎(chǔ)上做設(shè)計(jì)，優(yōu)選多功能基元進(jìn)行構(gòu)建，使紡織品的多種功能相互協(xié)調(diào)，相互促進(jìn)。比如，殼聚糖、氟硅烷、納米氧化鋅分別兼具阻燃與抗菌、疏水及抗紫外線等功能。因“材”制宜地設(shè)計(jì)功能高分子材料與助劑，使之兼具阻燃及其他功能，發(fā)揮“一石二鳥(niǎo)”甚至“一石多鳥(niǎo)”的效果，再以高效的技術(shù)手段將之引入紡織品中，是發(fā)展阻燃多功能紡織品的重要途徑。功能性纖維及紡織品的制備手段主要包括以下2種[1-2]。

1)制備本體功能性纖維。將功能基團(tuán)引入大分子鏈中或在合成及加工成形過(guò)程中將功能性助劑加入材料基體中，通過(guò)紡絲制得功能性纖維。用功能纖維制得的紡織品具有優(yōu)良的耐久性，在日常服用及軍用品等高耐久性要求領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)。例如，在聚酯和聚酰胺等合成纖維材料的制備過(guò)程中，引入阻燃第三單體或通過(guò)熔融共混摻入阻燃劑，可制得阻燃聚酯和聚酰胺等材料?？紤]到成纖聚合物的設(shè)計(jì)制備要兼顧可紡性、力學(xué)性能、可染性、成本及工藝適配性等因素，共聚方法本體阻燃纖維設(shè)計(jì)合成的限制性較大，步驟繁瑣，適用基材單一。與之相比添加阻燃劑制得本體阻燃纖維較共聚法靈活得多。但是試圖在阻燃基團(tuán)、助劑的設(shè)計(jì)上推陳出新，發(fā)展出多功能的本體阻燃纖維難度更大。

2)纖維、紡織品功能化表面處理。通過(guò)物理或化學(xué)的方式在纖維、紡織品的表面引入功能結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑功能涂層。通過(guò)表面處理技術(shù)將紡織品多功能化，使之具有阻燃、抗菌、疏水、疏油、抗紫外線和自清潔等性能，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，適用性強(qiáng)。然而，往往存在功能性織物的耐久性不好，外觀、手感和透氣性等受影響等問(wèn)題。

2 多功能阻燃紡織品及其制備技術(shù)

2.1 本體阻燃抗熔滴多功能聚酯

聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET，以下稱為聚酯)是用途最廣、產(chǎn)量最大的成纖聚合物，約占所有合成纖維產(chǎn)量的90%，但是聚酯極易燃燒，且燃燒過(guò)程伴有嚴(yán)重的熔滴現(xiàn)象，因而聚酯的阻燃化對(duì)聚酯纖維及紡織品的耐火安全性顯得至關(guān)重要。本文作者團(tuán)隊(duì)自20世紀(jì)80年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)的含磷阻燃劑及其阻燃共聚酯因阻燃效率高、綜合性能好、性價(jià)比高，至今仍是國(guó)內(nèi)外阻燃聚酯纖維的主流應(yīng)用產(chǎn)品[3-4]。然而，現(xiàn)有高效含磷聚酯的阻燃機(jī)制是以促進(jìn)熔滴、增加聚酯表面的物質(zhì)損耗和熱損耗的方式來(lái)達(dá)到阻燃效果的，因而在燃燒時(shí)會(huì)發(fā)生比聚酯更嚴(yán)重的熔滴現(xiàn)象，易引發(fā)二次災(zāi)害。另外，聚酯的促熔滴阻燃機(jī)制與棉的燃燒炭化機(jī)制“相克”，導(dǎo)致滌/棉混紡織物難以阻燃。為改善含磷聚酯的抗熔滴性，通過(guò)原位聚合引入層狀磷酸鋯、納米硫酸鋇和有機(jī)改性蒙脫土等[3-5]，制得了多種含磷阻燃共聚酯納米復(fù)合材料，利用納米粒子對(duì)聚酯熔體的增黏作用及阻隔效應(yīng)，以提升含磷共聚酯的阻燃性能與抗熔滴性能，但其基本原理仍是依靠抗熔滴起到阻燃效果，不能從根本上解決聚酯易熔滴的問(wèn)題。

針對(duì)聚酯阻燃與抗熔滴相矛盾的難題，本文作者團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一系列探索研究，并取得了突破：提出了“高溫自交聯(lián)炭化”“物理相互作用”及“高溫重排-端基捕捉”等阻燃抗熔滴新原理和方法，先后設(shè)計(jì)合成了主鏈或側(cè)鏈含偶氮苯、苯乙炔、苯乙炔-苯酰亞胺、苯基席夫堿和苯基馬來(lái)酰亞胺等基團(tuán)的功能單體，將之引入共聚酯中[6-7]。所得共聚酯在燃燒時(shí)通過(guò)苯乙炔、苯酰亞胺、苯基馬來(lái)酰亞胺、苯基席夫堿和偶氮苯等的“高溫自交聯(lián)炭化”，苯醚和雙酚F等的“高溫重排”，鄰羥基苯酰亞胺等的“高溫重排-端基捕捉”及“離子聚集”和“氫鍵-π-π堆積”等的“物理相互作用”等機(jī)制，可形成穩(wěn)定的物理或化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)且促進(jìn)成炭，同時(shí)提高聚酯的熔體強(qiáng)度和成炭能力，實(shí)現(xiàn)聚酯真正的阻燃和不產(chǎn)生熔滴，且熱釋放和煙毒釋放都顯著降低。基于以上原理和方法，本文作者團(tuán)隊(duì)近年來(lái)成功開(kāi)發(fā)出較低第三單體引入量、低成本且可紡性良好的阻燃抗熔滴共聚酯。設(shè)計(jì)合成了側(cè)基苯酰亞胺苯乙炔共聚酯P(ET-co-PN)n(見(jiàn)圖1(a))，燃燒時(shí)二苯乙炔結(jié)構(gòu)不僅發(fā)生自交聯(lián)反應(yīng)，且可捕獲苯酰亞胺異構(gòu)化生成的芳腈結(jié)構(gòu)，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)楹憝h(huán)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，達(dá)到協(xié)同交聯(lián)、高效阻燃效果(見(jiàn)圖1(b))[8]。所含二苯乙炔單元間能形成π-π堆積作用，不僅可以增強(qiáng)分子鏈間相互作用力，提高共聚酯的拉伸強(qiáng)度，還可以作為形狀記憶的固定相和自修復(fù)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)交聯(lián)點(diǎn)，賦予共聚酯優(yōu)異的形狀記憶和自修復(fù)性能(見(jiàn)圖1(c)～(d))。由于同時(shí)具備阻燃性能與高溫(140 ℃以上)下的形狀記憶功能，所得共聚酯可作為響應(yīng)材料應(yīng)用于火災(zāi)預(yù)警。另外，由于合適的結(jié)晶速率、可控的熔體流變性能和較強(qiáng)的層級(jí)黏附力，P(ET-co-PN)n可用于3D打印技術(shù)制備出高強(qiáng)度且具有形狀記憶性能的精細(xì)零部件，可為聚酯等合成纖維材料的智能化與高性能化開(kāi)拓一種新途徑。

圖1 側(cè)基苯酰亞胺苯乙炔共聚酯P(ET-co-PN)n的制備及其性能測(cè)試示意圖

基于“離子交聯(lián)”策略，通過(guò)將阻燃的含磷或含氮雜環(huán)離子單體共聚到聚酯分子鏈中開(kāi)發(fā)出多種阻燃抗熔滴聚酯，由于離子聚集具備熱可逆交聯(lián)作用及成炭促進(jìn)作用，使所得共聚酯表現(xiàn)出高效的阻燃抗熔滴性能和極高的抑煙效率，耐火安全性能突出。而且，阻燃離子單體的引入有效改善了聚酯親水性和染色性差的不足，所得共聚酯纖維還具有與陽(yáng)離子染料可染聚酯(CDP)相似的吸濕性、染色性和抗靜電性等性能，可為多功能聚酯纖維的開(kāi)發(fā)提供一種新思路[9-12]。開(kāi)發(fā)的新型含磺酸鹽及苯并咪唑結(jié)構(gòu)的阻燃離子單體(BIS-Na)，當(dāng)BIS-Na引入量為8 mol%時(shí)，共聚酯(PETB-Na)的極限氧指數(shù)(LOI)值高達(dá)33.0%，參照UL-94《設(shè)備和器具部件材料的可燃性能試驗(yàn)》測(cè)試通過(guò)V-0級(jí)且不產(chǎn)生熔滴，燃燒過(guò)程中的熱釋放量及煙釋放量都大幅降低，而且共聚酯可紡性良好，所得纖維對(duì)陽(yáng)離子染料的竭染率達(dá)99.6%[12]。

2.2 表面阻燃及多功能紡織品

2.2.1 軋烘焙

“軋烘焙”是紡織品功能化處理常用的工藝，其操作簡(jiǎn)便，對(duì)設(shè)備要求低，可根據(jù)紡織品與功能助劑的性質(zhì)，調(diào)整設(shè)備溫度、時(shí)間等條件以賦予紡織品阻燃及多種功能。本文作者團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成的一種多羥基超支化磷酰胺(HPAE)，以丁烷四羧酸(BTCA)為交聯(lián)劑，通過(guò)“軋烘焙”工藝將HPAE分別整理到棉織物與粘膠織物上，所得阻燃織物的LOI值均可提升至29.0%以上，且在經(jīng)25次循環(huán)洗滌后LOI值保持在25.0%左右[13-14]。另設(shè)計(jì)合成了一種阻燃抗菌劑N, N-二(磷酸乙酯)雙胍(DPG)[15]，通過(guò)“軋烘焙”工藝將之整理到棉織物表面。DPG中含磷、氮的基團(tuán)發(fā)揮阻燃作用，使織物的LOI值提升至31.2%，胍基可使織物具備優(yōu)良的抗菌功能，所得織物對(duì)金黃色葡萄球菌(S.aureus)和大腸桿菌(E.coli)的抗菌率分別達(dá)到96.4%和99.2%。

聚硅氧烷是一種常見(jiàn)的紡織品助劑(柔軟劑、拒水劑、穩(wěn)定劑等)，含氨基或環(huán)氧基的衍生物在功能上具備較強(qiáng)拓展性。通過(guò)將螺環(huán)磷酸酯等高效阻燃基團(tuán)或高效抗菌基團(tuán)叔胺等接枝到含氫硅油、硅烷偶聯(lián)劑低聚物中，合成了多種含磷、氮等基團(tuán)的硅氧烷衍生物，再將之作為棉、粘膠等纖維素纖維織物的阻燃抗菌或疏水多功能助劑，通過(guò)“軋烘焙”技術(shù)將助劑整理到織物上，獲得阻燃多功能織物，且具備較優(yōu)良的耐水洗效果[16-19]。另外，三聚氯氰是活性染料的原料之一，可控制溫度發(fā)生分級(jí)取代，因此在分子設(shè)計(jì)上具有較高的靈活性。本文作者團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了多種三聚氯氰衍生的反應(yīng)型阻燃抗菌助劑[20-21]，某些體系能與活性紅K等染料同浴處理，簡(jiǎn)化纖維素纖維織物的染色與功能化工藝。

2.2.2 層層自組裝法

層層自組裝法是一種功能可調(diào)且能夠精確控制涂層厚度的表面處理技術(shù)，通過(guò)調(diào)控涂層中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能組分，可制備得到兼具多種功能的織物。該法通常借助分子間的靜電等作用力，使層與層之間能自驅(qū)動(dòng)地形成結(jié)構(gòu)和性能可控的分子簇團(tuán)，被大量用于構(gòu)筑功能多樣的薄膜、涂層和塊體材料[22-23]。通過(guò)將聚電解質(zhì)包括殼聚糖(CS)、聚乙烯亞胺(PEI)和聚磷酸銨(APP)等以及無(wú)機(jī)納米粒子比如蒙脫土(MMT)、層狀氫氧化物(LDH)和二氧化硅(SiO2)等作為構(gòu)筑基元，有研究獲取了一系列阻燃紡織品[24-25]。當(dāng)構(gòu)筑基元具備多功能性時(shí)，如鋅、銅等金屬離子兼具阻燃和抗菌性能，可制得阻燃多功能紡織品。但若將功能組分通過(guò)簡(jiǎn)單疊加，所得改性材料的性能往往不能達(dá)到最佳，還需考慮調(diào)控層與層之間的相互作用及功能適配性等。

滌/棉織物因滌、棉纖維之間存在的“支架效應(yīng)”在燃燒時(shí)火焰蔓延迅速，且煙、熱的釋放量較大，是一種極為易燃又難于阻燃的材料。現(xiàn)有的棉或滌綸用阻燃助劑都難以有效阻燃滌/棉織物，膨脹型阻燃體系是阻燃滌/棉織物的高效體系之一。本文作者團(tuán)隊(duì)以APP及GP-108硅膠體作為構(gòu)筑基元，通過(guò)層層自組裝技術(shù)，制備了一種含磷、氮、硅的膨脹型阻燃涂層(APP/GP108)[26]。APP/GP108在遇火后可形成帶有大量膨脹氣泡的致密炭層，該炭層可作為屏障限制熱量、燃料及氧氣的傳遞，從而克服滌/棉織物的“支架效應(yīng)”，高效提升滌/棉紡織品阻燃性能，僅使用15%的量即可使之在垂直燃燒測(cè)試中離火自熄(損毀長(zhǎng)度約15 cm)。這種表面阻燃體系制備簡(jiǎn)單，所用原料低毒易得，阻燃效率突出，可為其他阻燃混紡織物的制備提供一種可行的解決方案。

近年來(lái)，本文作者團(tuán)隊(duì)致力于以CS、植酸(PA)、木質(zhì)素等生物基材料為原料構(gòu)筑高效阻燃體系[27-30]，分別以氨基硅烷偶聯(lián)劑、哌嗪基硅烷偶聯(lián)劑、PEI等作為電正性組分，以聚磷酸鹽、植酸鹽、海藻酸鹽及木質(zhì)素磺酸鹽(LS)等作為電負(fù)性組分，通過(guò)層層自組裝法在織物表面構(gòu)筑了多種功能涂層，獲得各項(xiàng)性能保持優(yōu)良的阻燃織物。其中，CS作為層層自組裝法常用的構(gòu)筑基元，除具有阻燃功能外，還是一種天然抗菌劑。Li等[27-28]以CS和植酸銨(AP)為基元，開(kāi)發(fā)了一種“全生物質(zhì)”的層層自組裝阻燃涂層，以較低層數(shù)即可將之高效沉積于棉及粘膠織物表面，所得阻燃棉織物與粘膠織物都具有突出的阻燃性能，且棉織物對(duì)E.coli的抗菌率達(dá)到99.83%，粘膠纖維則對(duì)S.aureus和E.coli的抗菌率均達(dá)到99.99%。

2.2.3 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠技術(shù)是將高化學(xué)活性的無(wú)機(jī)鹽或金屬醇鹽等作為前驅(qū)體，在溶劑中經(jīng)水解、縮合化學(xué)反應(yīng)形成穩(wěn)定的溶膠體系，陳化后膠粒間緩慢聚合形成凝膠，再經(jīng)干燥、固化，可在不同的基材上形成均相薄膜。通過(guò)調(diào)節(jié)前驅(qū)體比例、pH值、反應(yīng)溫度或引入摻雜劑等，可獲取性質(zhì)或功能不同的溶膠凝膠體系[31-32]。溶膠-凝膠技術(shù)可控性強(qiáng)、條件溫和、環(huán)境友好且與不同基材之間都具有較強(qiáng)結(jié)合力，被廣泛用于開(kāi)發(fā)功能紡織品。通常，金屬醇鹽與烷氧基硅烷形成的金屬/非金屬氧化物涂層的阻燃效率不高，而通過(guò)磷酰氯等化學(xué)改性合成含磷硅氧烷前驅(qū)體或通過(guò)成鹽引入含磷酸鹽(酯)等含磷、氮的小分子，可極大地提高溶膠-凝膠體系的阻燃效率[33-34]。

以亞磷酸酯和氨基硅烷偶聯(lián)劑為原料通過(guò)Atherton-Todd反應(yīng)及Mannich反應(yīng)，或利用磷酰氯與氨基硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)，合成了一系列含磷螺環(huán)(TPTP、SPSP-PTMS)、苯磷?；?PPD-PTES)及磷酸酯(TTPBD、DTSP及TSPDP)等功能化氨基硅氧烷[35-40](見(jiàn)圖2)。將之作為前驅(qū)體制備阻燃溶膠凝膠涂層，可通過(guò)促進(jìn)纖維素成炭，形成膨脹型炭層，抑制紡織品煙、熱釋放，實(shí)現(xiàn)棉、粘膠、滌綸及混紡紡織品等的高效阻燃。其中，所設(shè)計(jì)合成的DTSP阻燃效率突出，且耐水洗效果良好，當(dāng)DTSP負(fù)載量為16%時(shí)，阻燃棉織物在垂直燃燒中離火自熄(損毀長(zhǎng)度11.8 cm)，LOI值高達(dá)30.3%，錐形量熱測(cè)試中煙釋放和熱釋放受到顯著抑制；在經(jīng)20次循環(huán)洗滌后，阻燃棉織物的LOI值仍保持27.0%[35]。

圖2 本文作者團(tuán)隊(duì)近幾年報(bào)道的阻燃溶膠-凝膠體系概覽

為了以更簡(jiǎn)便高效和環(huán)境友好的途徑獲取阻燃溶膠凝膠涂層，將含磷無(wú)機(jī)酸(次磷酸、亞磷酸及磷酸等)通過(guò)簡(jiǎn)單快速的酸堿反應(yīng)修飾氨基硅烷偶聯(lián)劑[41]。這種含磷溶膠凝膠僅以水作為溶劑，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定、貯存穩(wěn)定期超過(guò)半年。受益于硅烷偶聯(lián)劑的成膜性能，所得凝膠薄膜(涂層)連續(xù)均相、透明性好，遇火或受熱后形成高膨脹炭層，膨脹倍率可達(dá)近百倍，對(duì)高比表面積材料(纖維、織物、紙張、泡沫等)具備突出的阻燃性能。另外，可用含磷酸種類、水與醇比例及與硅烷偶聯(lián)劑的摩爾比、反應(yīng)溫度或引入納米助劑等，調(diào)控此種凝膠薄膜(涂層)的力學(xué)性能及膨脹行為等，可為發(fā)展性能優(yōu)良的高效阻燃的纖維素纖維、合成纖維織物及混紡織物提供一種簡(jiǎn)單易控制、環(huán)保經(jīng)濟(jì)的途徑。

將植酸和9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO)衍生酸等與氨基硅烷偶聯(lián)劑按一定比例進(jìn)行反應(yīng)，制得含磷酸摻雜/修飾的溶膠凝膠體系，并將之作為纖維素及聚酯等紡織品的高效阻燃阻燃劑。通過(guò)植酸與哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅氧烷硅溶膠間的成鹽反應(yīng)，制備了一種聚硅氧烷磷酸鹽(GPA)，當(dāng)GPA負(fù)載量為14.3%和11.1%時(shí)，棉織物和滌綸織物在垂直燃燒測(cè)試中離火自熄(損毀長(zhǎng)度分別為11 cm和13.2 cm)，LOI值分別為29.0%和27.0%[42-43]。將DOPO衍生酸引入溶膠凝膠中獲得了高效阻燃體系(PAPS-DOPA)，僅8%的PAPS-DOPA負(fù)載量即可使滌綸織物的LOI值提升至32%，在垂直燃燒測(cè)試中離火自熄、不熔滴，且不影響織物的熱穩(wěn)定性[44]。拓展摻雜劑的種類，合成新功能前驅(qū)體，發(fā)揮功能協(xié)同作用，發(fā)展多功能、耐水洗的溶膠凝膠紡織品將是今后的工作重點(diǎn)之一。

2.2.4 浸涂/噴涂法

浸涂與噴涂法是涂層制備技術(shù)之一，其具有簡(jiǎn)單、靈活等特點(diǎn)，通常不需要使用復(fù)雜的儀器和設(shè)備，也不需要復(fù)雜的操作過(guò)程，不受基材種類和性質(zhì)的限制，是一種簡(jiǎn)單且可大規(guī)模制備多功能表面材料的方法，已被廣泛用于制備各種多功能材料，但缺點(diǎn)是較難以控制涂層與基材之間的黏附力及涂層處理的均勻程度，在環(huán)境友好和耐久性方面也存在著不足。為提高織物阻燃涂層的耐久性，通常在涂層與基材之間引入氫鍵、靜電、共價(jià)鍵，以增強(qiáng)配位作用及多種協(xié)同作用。

受傳統(tǒng)織物染整固色工藝啟發(fā)，以水為溶劑，利用吐酒石(TE)通過(guò)類似的染料固色作用將生物質(zhì)單寧酸(TA)穩(wěn)定固定于棉織物表面，并進(jìn)一步絡(luò)合Fe2+離子，制得了耐水洗阻燃棉織物(見(jiàn)圖3)[45]。該涂層組分與棉織物間的氫鍵和配位協(xié)同作用可賦予阻燃棉織物耐水洗和耐摩擦性能，所得織物經(jīng)過(guò)100次洗滌或摩擦循環(huán)后，仍能保持良好的阻燃性能。通過(guò)改變金屬離子種類，可調(diào)控改性棉織物阻燃性能，使用Co2+/Zn2+絡(luò)合后，所得棉織物在經(jīng)過(guò)20次洗滌之后可通過(guò)垂直燃燒測(cè)試且LOI值仍高達(dá)30%以上。該涂層既不含Cl、Br、P等傳統(tǒng)阻燃元素，也不使用有毒有害的有機(jī)溶劑，是一種新型環(huán)保生物基阻燃劑，可通過(guò)Oeko-Tex?生態(tài)紡織品標(biāo)準(zhǔn)，為制備綠色環(huán)保的耐久阻燃織物提供一種新的解決方案。

圖3 環(huán)保耐久阻燃織物的制備及涂層組分間相互作用示意圖

2020年初，新冠疫情肆虐，各地對(duì)醫(yī)療物資的需求激增，導(dǎo)致前期防護(hù)服供應(yīng)量的嚴(yán)重短缺，大量醫(yī)護(hù)人員每天穿著同一件防護(hù)服8 h以上，防護(hù)服的長(zhǎng)時(shí)間使用致使其防護(hù)質(zhì)量無(wú)法保證。針對(duì)市售醫(yī)用一次性防護(hù)服使用時(shí)效短、防護(hù)性能薄弱以及易被液滴黏附且無(wú)法直接滾落使其利于細(xì)菌、病毒繁衍等問(wèn)題，基于以上技術(shù)，制備了能對(duì)水、油、血液、唾沫及其他分泌物無(wú)黏附的超雙疏(疏水、疏油)多功能醫(yī)用防護(hù)服面料，可使防護(hù)服表面的增效防護(hù)，提升對(duì)醫(yī)護(hù)人員的防護(hù)作用。多種未達(dá)到醫(yī)用防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)的普通紡織面料，包括滌/棉、聚丙烯非織造布、聚酯織物、滌/棉/TPU復(fù)合布等，經(jīng)該方法處理后可達(dá)到醫(yī)用一次性防護(hù)服的相關(guān)技術(shù)要求，其中，經(jīng)改性的滌/棉/TPU復(fù)合布可完全達(dá)到甚至優(yōu)于GB 19082—2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》(見(jiàn)表1)。此外，該方法在高鐵與民航飛機(jī)的坐墊與靠背的免洗、防污、防火阻燃處理，公共場(chǎng)所的紡織用品的功能化與高性能化改性，電子設(shè)備表面防污等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用前景。

表1 按GB 19082—2009測(cè)試的改性復(fù)合布結(jié)果

鑒于表面化學(xué)成分及微納米多級(jí)結(jié)構(gòu)是影響材料表面潤(rùn)濕性的關(guān)鍵因素，利用納米級(jí)二氧化硅與微米級(jí)APP顆粒作表面粗糙結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑基元，以含氟硅氧烷作為低表面能修飾劑，通過(guò)噴涂法在多種基材(包括棉、麻織物與非織造布等)表面構(gòu)筑了微納米多級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖4(a)～(c))，可使紡織品兼具阻燃、超疏水/油及自清潔等功能，避免了因織物表面被油污等表面張力較低物質(zhì)的污染而造成的外觀缺陷以及火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)加劇的問(wèn)題[46]。例如，多功能阻燃棉織物可通過(guò)垂直燃燒測(cè)試(損毀長(zhǎng)度為8 cm)(見(jiàn)圖4(d))，且同時(shí)對(duì)多種液滴保持疏液性，比如正十六烷、食用油、石蠟油、甘油、柴油和水等(見(jiàn)圖4(e))，甚至耐受王水、濃硫酸與濃堿等高腐蝕性物質(zhì)(見(jiàn)圖4(f))。通過(guò)該法制備的多功能阻燃棉手套，在保持透氣性的前提下，可耐受極端環(huán)境，保護(hù)皮膚免受濃硫酸等腐蝕。

圖4 阻燃超雙疏表面的制備及其性能測(cè)試示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

紡織品的阻燃多功能化面臨著與織物固有特性保持相矛盾、功能化技術(shù)局限性較大及效率不夠高等問(wèn)題。為此，提出和發(fā)展了紡織品阻燃及多功能化的新思路和新體系：設(shè)計(jì)合成了多種功能單體，將之引入共聚酯中，共聚酯通過(guò)“高溫自交聯(lián)炭化”“物理相互作用”及“高溫重排-端基捕捉”等作用同時(shí)實(shí)現(xiàn)了阻燃與抗熔滴，且熱釋放和煙毒釋放顯著降低，某些體系具備3D打印、形狀記憶和抗靜電等功，能且力學(xué)性能突出、可染性高、可紡性佳；設(shè)計(jì)合成了一系列阻燃多功能助劑、研發(fā)優(yōu)化了多種阻燃多功能體系，通過(guò)軋烘焙、溶膠-凝膠、層層自組裝、噴涂/浸涂等表面處理技術(shù)，制得多種阻燃多功能紡織品，包括具有阻燃與抗菌、超疏水、超雙疏(疏水、疏油)、耐腐蝕和自清潔等功能的棉、滌/棉、滌綸、粘膠等織物,但是，紡織品的阻燃及多功能化仍有許多問(wèn)題需要解決。

阻燃多功能助劑及纖維和紡織品的制備過(guò)程仍要繼續(xù)降低成本,減少有毒與有害物質(zhì)的使用與排放，簡(jiǎn)化制備流程，縮短工藝時(shí)間，提升產(chǎn)率及選擇綠色環(huán)保溶劑體系和便捷的制備條件，以利于產(chǎn)品的大規(guī)模推廣。針對(duì)民航飛機(jī)、高鐵等典型受限空間的特定環(huán)境，各國(guó)陸續(xù)推出了嚴(yán)苛的耐火安全標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了所用材料的熱釋放、煙釋放、煙毒性及其他性能具體量化指標(biāo)，要達(dá)到極低的熱釋放和煙毒釋放。為服務(wù)高鐵、民航飛機(jī)等高端制造領(lǐng)域，發(fā)展?jié)M足相關(guān)要求的耐火安全性和多功能紡織品及其制備技術(shù)迫在眉睫。一些通用纖維及紡織品的阻燃仍存在問(wèn)題，比如商業(yè)化的滌綸、錦綸等仍存在熔滴嚴(yán)重的問(wèn)題，Lyocell等再生纖維素纖維的高效、低煙毒阻燃體系有待開(kāi)發(fā)，滌/棉、錦/棉等混紡體系的高效耐久阻燃難度頗大，相關(guān)體系的多功能化則更具挑戰(zhàn)。

功能紡織品的制備及使用過(guò)程中帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題逐漸受到重視，但相關(guān)工作仍處在基礎(chǔ)研究探索階段，充滿了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。例如，針對(duì)聚酯產(chǎn)業(yè)對(duì)無(wú)銻綠色合成、多功能差別化及循環(huán)利用的重大需求，本文作者團(tuán)隊(duì)提出聚酯的無(wú)重金屬自催化聚合新原理，設(shè)計(jì)合成了具有自催化聚合活性的多功能單體，將之引入聚酯體系中，無(wú)傳統(tǒng)催化劑即能催化合成高分子量多功能共聚酯。所得的共聚酯具備阻燃、抗靜電和易染色等功能，且在適宜條件下，能發(fā)生可控自解聚反應(yīng)，由此可實(shí)現(xiàn)聚酯及其纖維、紡織品等制品的高效化學(xué)回收。多功能共聚酯兼具自催化本體縮聚、阻燃多功能性及自解聚化學(xué)回收功能，可從源頭上消除重金屬催化劑與功能助劑造成的環(huán)境與健康危害，為解決聚酯的綠色合成與化學(xué)循環(huán)技術(shù)提供了一種新的解決思路，對(duì)其他成纖聚合物體系也具有指導(dǎo)意義。