浅谈阻燃粘胶纤维(整理)引言目前粘胶纤维生产技术成熟，有无限的原料基础，产量高、品种多、用途广。

因其优异的吸湿性、透气性、良好的染色性能、衣着舒适性和可生物降解性等特点，被广泛用于服装面料，如部队作战服、装饰面料及床上用品等，近年来在我国仍以较快的增长速度发展。

随着纺织阻燃材料市场需求的迅速发展，对纺织品以及粘胶纤维的阻燃性能、多功能性、环保性和耐久性的要求日益提高。

粘胶纤维的强度、模量较低，遇火极易燃烧引发火灾，极限氧指数只有17%左右，从而造成人身伤亡和财产损失，使其应用受到限制[1]。

但是随着新的纤维素品种及粘胶纤维生产工艺的改进，以及新型阻燃剂的开发等，粘胶纤维的物理机械性能有所改善。

本文将主要对粘胶纤维的阻燃机理、使用的阻燃剂、制造方法以及国内外阻燃粘胶纤维的研究现状进行简要介绍，以增加人们对此问题的了解和认识。

1. 纤维素纤维的燃烧机理纤维素纤维的燃烧过程如图1所示。

纤维和高温热源接触后吸收热量，发生裂解反应，生成大量可燃性气态产物，在氧存在条件下发生燃烧，燃烧产生的热量又促进了纤维的进一步裂解和燃烧，形成循环燃烧反应。

图1 纤维素纤维的燃烧过程纤维素纤维在接触火焰时，不收缩，不熔融而直接燃烧，烟气毒性较低；离开火源后仍能够继续燃烧，速度快且无余灰 [2]。

粘胶纤维的分子结构类似棉花，是一种再生的纤维素纤维，常常和木质素、半纤维素与天然树脂混合在一起[3]。

粘胶纤维属于非热塑性纤维，其物理性质在高温时不发生显著变化,TP （热裂解温度）和TC（燃烧温度）相等，均为350℃；其热对粘胶纤维的作用主要是化学变化，当温度达到其热对粘胶纤维的作用主要是化学变化，当温度达到TP时首先发生裂解[4]。

纤维素在不同的温度下的热降解主要有两种方式：一种是高温（大于250℃），产物主要是焦油等。

焦油的主要成分是左旋葡萄糖，而后，左旋葡萄糖裂解，产生大量易燃烧的低分子量物质，并形成二次焦炭。

各种纤维素纤维热降解产生的左旋葡萄糖的量如表1。

显然纤维素C6位被取代会减少左旋葡萄糖的生成量位的羟基被取代会减少左旋葡萄糖的生成量[3]。

Golova等证明了左旋葡萄糖的生成量与纤维素大分子的聚合度有关。

另一种是在较低的温度下（160℃～250℃）热降解，通过脱水而炭化，主要生成水、CO、CO2等大约60种低分子化合物。

纤维素纤维裂解产物与左旋葡萄糖裂解产物相同，从而表明纤维素在低温降解产生的化合物是降解产物左旋葡萄糖进一步降解的结果[3]。

在氧的存在下，当温度达到或超过TC 燃烧温度，左旋葡萄糖裂解产物发生氧化，燃烧生成CO2和H2O，放出大量热量，这些热量又引起更多的纤维素发生裂解[2]。

表1 不同纤维素纤维热降解左旋葡萄糖的生成量[3]不同的纤维素纤维聚合度（D.P.）左旋葡萄糖生成量/%棉纤维1000 60～63棉纤维（丝光）1200 36～37棉纤维（经酮氨溶液中沉淀）1000 14～15未取向的粘胶纤维380 4.0～4.5取向的粘胶纤维400 4.8～5.02 粘胶纤维的阻燃机理燃烧是一个复杂的过程，严格区分一种阻燃体系的作用和机理是困难的。

加之不同纤维和不同的阻燃剂又有各种不同的性质，因而阻燃机理便成为一个十分复杂的问题。

迄今为止尚未建立对各方面都适用的阻燃理论。

从纤维素热降解的产物来看，要实现纤维素的阻燃，方法有两种：一是使可燃性气体的燃烧变得困难，减少热量的生成；二是促进焦油的生成，即促进左旋葡萄糖的生成，进一步使其炭化，生成更多的固体残渣，从而减少燃烧过程中“燃料”的生成[3]。

因此，对纤维素进行阻燃加工，就得设法阻碍分解，抑制可燃性气体，改变热分解反应机理，或者通过隔离热和空气以及稀释可燃性气体，达到阻燃目的。

目前对纤维阻燃机理主要有四种理论：覆盖论、气体论、热论和催化脱水论。

前两者仅分别适用于某些阻燃剂的作用，而后者比较具有普遍意义[1]。

（1）覆盖论指一些阻燃剂在低于500℃时是稳定的，不会分解，当在温度较高的情况下，能在纤维表面形成覆盖层。

覆盖层具有隔绝作用，除了能阻碍氧气的供应外，还有阻止可燃性气体向外扩散的作用，从而达到阻燃的目的。

例如磷酸酯类化合物和防火涂料等，在较高温度下会生成稳定的覆盖层，或分解生成泡沫状物质覆盖于材料表面，使材料因热分解而产生的可燃气体难于逸出，同时起着隔热和隔绝空气的作用[1]。

（2）气体论有两种机理，一种是气体稀释作用。

阻燃剂在燃烧的温度下，分解出的不燃性气体，将纤维素分解出来的可燃性气体浓度冲淡到能产生火焰浓度以下。

所谓不燃性气体主要是指Na2CO3、NaHCO3和NH4Cl受热分解出来的二氧化碳、氯化氢和水，这种理论有一定的局限性，因为很多阻燃剂，通过加热并不能产生这种气体[1]。

另一种则是抑制链反应。

阻燃剂在加热条件下能作为活泼性较高的游离基的转移体，从而阻止了游离基反应的进行。

例如含卤阻燃剂中的卤素能够捕捉燃烧反应中的自由基，阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止[5]。

溴化烃便有这样的作用：RBr +·H→HBr + R·（3）热论也有两种形式，一种是阻燃剂在高温下发生吸热变化，如水合三氧化铝等。

由于这种添加剂具有吸热后分解的特点，能有效地维持纤维处于较低温度而不致达到热分解的程度，从而有阻止燃烧蔓延的作用[2]；另一种则是纤维迅速散热，使织物达不到燃烧温度[1]。

（4）催化脱水论主要指改变纤维的热裂解过程。

由于阻燃剂的存在，能使纤维素分子链在断裂前发生迅速而大量的脱水，甚至发生某些交联作用，阻止左旋葡萄糖的生成，使可燃气体和挥发性液体的量大大减少，而使固体碳量大大增加，这样，有焰燃烧就会得到抑制。

一般认为磷酸盐及有机磷化合物的阻燃作用是由于它可与纤维素分子中的羟基（特别是第6位碳原子上的羟基）形成酯，阻止左旋葡萄糖的形成，并且进一步使纤维素脱水，生成不饱和的双键，促进纤维素分子间形成交联，增加碳状物的生成[1]。

3 阻燃粘胶纤维的制造方法制造阻燃粘胶纤维的方法大致有后处理法、接枝共聚法、共混法和阻燃整理法[6]。

3.1 处理法将纺丝成形后的初生纤维浸渍在含有阻燃剂的溶液中，而后经压榨、干燥、热定型，赋予纤维表面具有阻燃性能。

此法操作简单，成本低，纤维的强力损失小，阻燃效果明显。

但耐洗性差，阻燃剂易流失，阻燃性不持久[6]。

3.2 接枝共聚法在纤维素大分子上接枝上一些能起阻燃作用的反应性基团，而达到阻燃功效[6]。

这种方法可使阻燃剂能长期而稳定地存在于纤维表面，阻燃效果耐久。

此法工艺方便，生产的成本低，但是，接枝反应会产生大量的均聚物，从而导致纤维各项物理机械性能明显下降[7]。

3.3 共混法将纺丝原液中混入添加阻燃剂进行纺丝，使纤维具有永久的阻燃效果[7]。

因为在纺丝时，溶液凝固形成的纤维把阻燃剂包住，成纤后阻燃剂的残留率一般可达90%左右。

这样制得的纤维其物理机械性能、手感、耐洗性、耐光性和皮肤接触毒性等较其他方法优越般可达90%左右。

这样制得的纤维其物理机械性能、手感、耐洗性，耐光性、皮肤接触毒性等较其他方法优越[7]。

此法应用广泛，工艺简单,但对阻燃剂的要求较高。

共混法中对阻燃剂的要求如下[6]：1）阻燃剂颗粒度＜1um，在纺丝液中有良好的分散性和稳定性，不会凝聚、沉降。

2）具有疏水性，在纺丝凝固及水洗过程中，流失量低，对纺丝凝固浴污染小。

3）有良好的耐酸碱性。

4）为使阻燃剂在纤维中残留量超过95%，若阻燃剂为线形分子，则要求分子量尽量高些。

5）纺制成的织物能耐漂白。

如何降低阻燃剂颗粒的粒径，提高阻燃剂的分散性和相容性，是共混法阻燃改性的主要研究内容[1]。

3.4 阻燃整理纤维素纤维及织物的阻燃整理研究已近两个多世纪，至今已成功地开发了许多阻燃整理剂及整理工艺，阻燃性能及耐洗性能不断提高，阻燃纤维素织物得到了广泛的应用。

阻燃整理主要有以下几种方法[6]：1）磷酸—尿素法（Ban flam法）。

浸轧液的主要组分为磷酸、尿素和甲醛，采用浸轧焙烘工艺。

该法原料成本低，工艺简单，是一种半持久的阻燃整理工艺，产品有一定的耐洗性，但强力损失较大。

2）Pyrovatex CP法（即汽巴法）。

浸轧液中除Pyrovatex CP（N-羟甲基二烷基磷酸基丙酰胺）外，含有交联剂甲醚化的三羟甲基三聚氰胺TMM，催化剂氯化铵及游离甲醛捕捉剂尿素。

该法所用阻燃剂毒性低、阻燃效果较好，工艺简单，产品耐洗，手感较柔软，国内外都广泛采用。

但织物的强力、吸湿性明显降低，特别是耐磨强力下降较大。

3）THPC（四羟甲基氯化磷）/酰胺法。

浸轧液中除THPC外，还含有三羟甲基法、THPOH/三聚氰胺TMM、尿素和三乙醇胺等。

在该法的基础上，又发展了THPS/NH3酰胺法和Proban法等。

4）Proban法。

该法是英国Albrightant-Wilson公司的子公司Proban公司提出的，它用氨固化法代替热固化法，改变了通过纤维素大分子中羟基与交联剂呈网状结构的传统工艺，是THPC的一大发展。

工艺流程为：浸轧，烘燥，氨熏，氧化，水洗。

该法使得阻燃处理过的织物手感柔软，强力降低很少，基本上保持了纤维素纤维的优良性能。

而且由于阻燃剂存在于原纤中的间隙中，耐洗性大大增强。

4．粘胶纤维用阻燃剂阻燃剂按主要成分可以分无机阻燃剂和有机阻燃剂。

有机阻燃剂又分为有机磷系阻燃剂、有机卤系阻燃剂[3]；无机阻燃剂主要产品有氢氧化铝、氢氧化镁、；磷酸一铵、磷酸二铵、氯化铵、硼酸锌等[5]。

粘胶纤维用的阻燃剂通常为磷系阻燃剂，有些还含有卤素、氮、锑、硅或硫等阻燃元素，利用这些阻燃元素的协同效应可大大提高阻燃效果[1]。

表2列出了几类常用阻燃剂的性能比较[5]。

表2 几类常用阻燃剂的性能比较[5]阻燃剂代表产品阻燃机理毒性价格主要缺点有机卤系十溴二苯醚、六溴环己烷等抑制链反应放出有毒、腐蚀性气体适中燃烧烟雾大、放出有毒腐蚀性气体有机磷系磷酸酯、含卤磷酸酯等覆盖作用、抑制链反应低毒、低腐蚀适中挥发性大、抗水性差、阻燃性不足无机系氢氧化铝、氧化锑、无机磷化物、硼酸锌等吸热作用、覆盖作用、不燃气体的窒息作用低毒、低腐蚀较低添加量较大,填充量高影响材料的物理机械性能按阻燃剂与阻燃基材的作用关系，阻燃剂可分为反应型和添加型两大类。

前者是将阻燃剂添加到粘胶溶液中，阻燃剂与纤维素黄酸酯发生反应，结合到纤维的主链或侧基上，反应型阻燃粘胶纤维的稳定性好，但其加工工艺复杂；而后者是在粘胶纤维进行纺丝时将阻燃剂成分加入，与纤维不发生化学反应，其加工简单，成本较低，只要阻燃剂的筛选合适，就可以取得良好的阻燃效果[8]。

目前研究较多、已经工业化生产的阻燃粘胶纤维主要是采用添加阻燃剂法[1]。

表3列出了几种较为成熟的粘胶原液添加阻燃剂[8]。