6 阻燃剂应用于基质
阻燃 整 理 的 效 率 和 阻 燃 剂 的 正确选择取决于许多因素 ,其中一 些重要的因素是 : 织物结构 、织物 组成 、最终用途 、指定的测试方法 、 技术要求 、与其他整理的相容性 , 以及必要的耐久性 。
- 涂层或舐涂法 :这种方法常 用在起毛织物上 ,例如地毯 、装饰 布或窗帘 。这类织物不能用全浴 浸渍法 ,因为此法会改变织物的色 调和绒毛压 。当织物的“孔隙”需 闭合时 ,也可用涂层法 ,例如垂直 的百叶窗 、弹簧卷式百叶窗 、遮黑 布和遮光布 。为了节约加工成本 , 可以把阻燃剂加到涂层粘合剂中 。
离火焰温度最高区域 ,即纤维熔融 并形成液滴 ,直到温度降到熔点以 下 。所以这些纤维实际上不会着 火燃烧 。但是 ,如果融化和形成熔 融液滴的过程被延缓或阻止 ,比如 存在纺织助剂和染料 ,这些纤维也 会着火燃烧 。
在混纺纤维中 ,如聚酯和棉混 纺织物 ,棉在燃烧过程中起“支架” 的作用 ,阻止熔融液滴的形成 。这 种合成纤维的另一个缺点是熔融 液滴会引发第二次火灾 。
这个 例 子 可 以 直 接 应 用 到 许 多其他纺织品上 ,如窗帘 、地毯 、床 单等 。通过恰当的应用阻燃剂 ,可 使纺织品发生火灾的机率大大降 低 ,因而阻止危及人生命的情况发
图 1 阻燃椅套 (右) 和未阻燃椅 (左) 的比较
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生 ,明显降低火势蔓延的危险 ,逃 逸时间也可以显著增加 。不同的 研究已经论证阻燃剂的成本相对 于纺织品的销售价格要低 ;另一方 面 ,阻燃整理对人的生命财产安全 的保护作用是无法估量的 ,远远超 过它的商业意义 。
5 阻燃机理
关于 阻 燃 剂 的 作 用 已 经 进 行 了大量讨论 ,也发表了很多关于这 方面的文章 。除了考虑纤维的化 学组成外 ,还需决定选择最佳阻燃 剂 ,以阻止织物在热作用下发生分 解反应而释放可燃气体 。已经有 各种不同的理论解释阻燃剂的作 用。
- 吸热反应 :也就是去除热。 受热过程中 ,阻燃剂和纤维在同样 的温度下分解 ,阻燃剂吸收燃烧过 程产生的热量 。
纺织整理
纺织品阻燃整理
T. M¨uller Thor 公司 (德国)
摘 要 :火灾会引起严重的经济损失和造成人身伤害 ,而纺织品常常会参与火灾的发 生 。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 。
纺织整理
剂就被包围 在纤维内部。 最后 ,在冷水 中短暂冲洗 被整理的织 物 ,去除乳化 剂 ,避免影响 深色织物的 摩擦牢度 (图 4) 。
-用
Aflammit ZR
和 Aflammit TI
图 4 Aflammit PE 阻燃整理工序
对羊毛进行
耐久阻燃整理 :在浸染过程中根据 机械压力 ;用特殊的“盐产品”整理
- Aflammit P 发 生 自 交 联 : Aflammit P 在氨交联处理过程中发 生自交联反应 ,形成三维水不溶性 聚合物 。图 3 表示了此过程 。
- 用 Aflammit PE 或 Aflammit PE conc. 作阻燃剂 ,对聚酯纤维进 行热溶耐久阻燃整理 。为了让热 溶处理过程中阻燃剂进入纤维内 部 ,首先必须“打开”聚酯纤维结 构 。所以热溶处理温度必须高于 原来的热定型温度 。一般地说 ,在 190 ℃～210 ℃纤维的孔隙可以打 开 。聚 酯 织 物 在 Aflammit PE 或 Aflammit PE 溶液中浸轧 , 100 ℃～ 130 ℃烘干 , 随后 190 ℃～210 ℃热 溶处 理 30 s ～ 40 s。在 190 ℃～ 210 ℃时 ,纤维结构微隙打开 ,阻燃 剂迁移进纤维内部 ,随着处理温度 降低 ,纤维微隙结构又关闭 ,阻燃
阻燃 剂 的 选 择 取 决 于 织 物 的
组成 。
8 棉织物阻燃整理品的
- 对棉织物和合成纤维进行 不耐久整理 :对不耐久阻燃剂应用
阻燃机理
所谓的“盐整理”。一般地讲 ,阻燃 用含磷和氮的化合物作阻燃
下面 的 化 合 物 经 常 用 作 阻 燃 剂 :含磷化合物 ,含磷和氮化合物 , 铵盐 ,金属盐 ,硼酸及其化合物 ,金 属氧化物 (尤其是锑的三氧化物)
与含卤素的化合物 (如六溴环十二 烷或含氯化合物) ,含硫化合物 ,六 氟锆酸钾和六氟钛酸钾 ,以及易形 成支架的膨胀含碳化合物 ,这种物 质一旦释放出酸 ,会形成一层不燃 的隔热性的含有 CO2 的碳化屏障 。
22

250
390
510
羊毛 (WO)
25
-
325
590
由于化学工业对“责任理念” 的承诺以及与国际权威组织的合 作 ,对阻燃剂的环境问题达成了共 识 。对阻燃剂的生产和使用必须 进行有效的控制 。经阻燃剂整理 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 烧时热能的利用以及废物处理等 。
2 “责任理念”和阻燃剂
纺织整理
表 1 不同纤维的热特性能
纤 维
限氧指数 LOI
熔点 ( ℃)
外部引 K温度 自燃温度
( ℃)
( ℃)
聚丙烯腈纤维 (PAN)
18
215～260
225
515
棉 (CO)
19
-
350
400
聚酰胺纤维 (PA)
20
213
390
510
聚酯纤维 (PES)
聚丙 烯 腈 纤 维 燃 烧 过 程 需 氧 量较少 ,在 250 ℃时 PAN 就已经发 生热裂解 ,并伴随形成可燃的 、挥 发性的裂解产物 。因为 PAN 熔点 和外部引火温度碰巧基本一致 ,这 种纤维还未及成熔液就被烧掉了 。
棉纤维不存在熔点 , 200 ℃以 上缓慢的热解 ,并释放出挥发性产 物 。但是 350 ℃以上 ,棉会发生快 速的热裂解 ,导致碳化即脱水 ,形 成可燃气体混合物 ,生成焦炭 ,以 至于使外部引火 源 也 可 能 引 燃 。 约在 400 ℃时棉纤维会发生自燃 , 最高火焰温度在 900 ℃附近 。PES 和 PA 熔点与外部着火温度相差很 大 ,可被视作不燃性纤维 。如果这 些纤维靠近火焰 ,会发生收缩 ,远
- 脱水理论 :以纤维素为例 , 阻燃剂使纤维素发生脱水反应 ,在 一定程度上抑制 热 裂 解 反 应 , 例 如 ,磷酸阻燃剂可以形成大量的不 能燃烧的分解产 物 , 如 碳 状 物 和 水。
因此 , 为 了 获 得 最 佳 阻 燃 效 果 ,应使上面简短讨论的机理尽可 能共同起作用 , 比 如 利 用 协 同 效 应 。协同效应指两种物质共同作 用比它们单独作用的总和贡献大 , 含磷和氮或锑和卤素的化合物可 以发生协同效应 。
- 应用在衬垫布上 :把机织物
图 2 Aflammit KWB 阻燃整理工序
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图 3 Aflammit P 阻燃整理工序 69
和针织物浸渍在阻燃剂水溶液中 , 然后挤去多余的溶液 。这种方法 可以保证阻燃剂的均匀分布 。
- 竭染法 :对羊毛和丝绸可以 进行耐久性阻燃整理 ,因为羊毛和 丝绸只能用这种方法整理 。竭染 法还可用于洗衣或干洗工艺 ,以使 在尽可能后面的工序中对终成品 进行阻燃整理 。
离子交换机理 , 阻 燃 剂 与 羊 毛 键 可以满足这些要求 ,把此化合物应
合 。浸染处理适用于疏松纤维 、绞 用在织物上 ,在 150 ℃～170 ℃焙烘
纱或布匹 。
3 min～4 min 。焙烘处理会引起轻
712 纺织品的不耐久或半耐久阻 度交联 ,从而抵抗水的浸泡作用 ,
燃整理
但是这种阻燃效果不耐久 。
至于燃烧特点 ,羊毛在纤维的 物理特性方面比较有利 ,但是 ,不 进行阻燃整理 ,羊毛纤维也不能承 受严格的测试 ,如垂直燃烧试验 。
除了化学成分外 ,纺织品基质 的燃烧速率很大程度上取决于纺 织品的几何构型和组织结构 。因 此 ,易燃性纤维发生垂直燃烧比水 平燃烧可能性更大 。厚重 、紧密 织物内部容积小 ,比具有较大表面 积的轻薄织物燃烧慢 。对热塑性 纤维而言 ,层压织物比单层纺织品 燃烧速率快 。其他重要的评价尺 度包括火焰中曝露时间 ,纤维的残 留水分 。
限氧指数 (LOI) 可以表示织物 的可燃性 , 它指在 指 定 测 试 条 件 下 ,样品在氧 、氮混合气的环境中
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保持燃烧所需氧 气 的 最 低 浓 度 。 LOI 值高表示织物可燃性小 ,因为 纤维需要更多的 氧 维 持 燃 烧 ; 相 反 ,LOI 值越低 , 纤维燃烧所需氧 越少 ,维持燃烧越容易 。
4 不同纤维的燃烧行为
不同 纺 织 纤 维 对 热 源 和 火 焰 会表现出不同的燃烧行为 (表 1) 。 简单的说 ,这些纤维主要分为以下 三类 :
- 易燃性纤维 :棉 ,韧皮纤维 , 再生纤维素纤维和聚丙烯腈纤维 。
- 低燃性纤维 :羊毛 ,丝绸 ,聚 酯纤维和聚酰胺纤维 。
- 不燃性纤维 :玻璃 ,矿物 ,石 棉。
3 阻燃剂和阻燃整理纺 织品的耐久性
一般说来 ,阻燃剂及其整理可 分为以下几个类别 :
- 不耐久效果 :在这种情况下 阻燃剂沉积在纤维上和纤维间 ,不 发生交联 。
- 半耐久效果 :在这种情况下 阻燃剂轻度交联 ,获得一定的耐拒 水效果 ,能满足浸泡试验 BS 5651 测试要求 。
- 耐久效果 :获得耐久阻燃效 果可以通过以下途径 :阻燃剂和纤 维的反应性基团发生化学键合 (反 应性交联) ; 或者阻燃剂在纤维上 发生聚合作用 (自交联) ;或者在高 温下使纤维产生微隙结构 ,阻燃剂 进入纤维内部微隙中 (热溶交联) ; 以及纤维和阻燃剂间发生离子交 换 (离子键) 。
- 生成不燃性气体 :热解过程 中阻燃剂释放不燃性气体 ,或可燃 性很小的气体 ,阻止或冲淡纤维表 面氧与火焰的接触 。