阻燃功能纺织品yd10915

周翔 东华大学

第七届全国印染后整理学术研讨会大会学术报告 (2008/12)

根据（PPS）稿整理

提纲
	1、引言 2、棉阻燃 3、涤/棉混纺织物阻燃	4、阻燃机理 5、研究前沿 6、近期动态

1、引言

1-1 纺织品与人们生活质量

1-1-1 舒适

1-1-2 清洁

1-1-3 安全-抗静电或导电，阻燃，电磁波屏蔽等

1-1-4 医疗效果

1-2 阻燃功能的需求

1-2-1 交通工具-飞机、火车、轮船、汽车等；

1-2-2 室内家具装饰；

1-2-3 特定场合工作服。

1-3 阻燃功能纺织品和纺织品的阻燃功能整理

1-3-1 阻燃性纤维（金属、陶瓷、碳纤维等）

1-3-2 阻燃剂加在纺丝液中

1-3-3 与难燃纤维混纺

1-3-4 以后整理方式施加阻燃剂

1-4 聚合物（含纺织纤维）阻燃的迅速发展与存在的问题：

1970’s后期以来阻燃整理剂、阻燃整理工艺和阻燃机理的研究发展迅速。但仍存在不少问题需要深入研究、解决，例如：

1-4-1 不同阻燃剂体系的阻燃作用机理

1-4-2 作用途径

1-4-3 符合不断增加的环境保护要求的阻燃体系

1-4-4 需要不同学科人员合作

1-4-5 一些生产实际问题

2、棉阻燃

2-1 阻燃剂对纤维素的作用机理

2-1-1 许多工作的一致结果——降低焦油（tar）的生成；增加碳的生成；

2-1-2 纤维素高温分解的化学反应复杂

2-1-3 通常按温度范围可分为以各自分解产物为主的两组反应

2-1-4 被广泛接受的纤维素热解过程

2-2 阻燃剂使纤维素纤维阻燃的机理

2-2-1 改变纤维素热解方式

2-2-2 含磷阻燃剂的阻燃机理

2-2-3 纤维素磷酸酯的生成及其热解

2-3 棉耐久性举例

2-3-1 用含磷的有机化合物处理；THPOH/酰胺或氨薰

2-3-2 通过纤维素酯化反应；磷酸化作用（phosphorylation）

至今，阻燃效果耐久的、满意的棉阻燃制品仍旧是一个需要继续研究的内容。

2-3-3 存在的问题——

l 能经受50次软水或硬水热碱洗涤的检验

l 织物的物理机械性能如各类强力和透气性等下降尽可能少

l 能保持织物的良好外观和手感

l 不能影响人们身体健康

l 加工成本尽可能低

3、涤/棉混纺织物阻燃

3-1 前期研究

l 涤/棉混纺织物阻燃研究已有几十年

l 但尚未开发出生产实践能接受的加工方法

l 涤/棉混纺织物的阻燃是一个需要进一步研究的问题

l 众所周知涤/棉混纺织物热解时产生“支架”效应，使之难达到阻燃要求

l 热分解时，棉较早分解，提供起始燃料，温度升高后，涤纶组份热解再提供燃料进入气相

3-2 我们课题组的工作

下面简要介绍课题组在涤/棉混纺织物阻燃整理方面的一些研究工作：

3-2-1 试样

棉织物；涤纶织物；涤/棉（45/55）混纺织物

（说明：棉织物和涤纶织物所用纤维与涤/棉混纺织物中所用纤维非同一来源）

3-2-2 试验结果

3-2-2-1 棉、涤纶和涤/棉织物未阻燃整理热重量分析（DTG）图谱

3-2-2-2 棉、涤纶和涤/棉织物未阻燃整理热重量分析（DTG）数据

样品	最大分解速率(%/min)				最大分解速率的温度(℃)		600℃残渣量(%)
棉	28.3				355		6.6
涤纶	19.7				426		40.1
涤棉	棉		涤		棉	涤	实验值	计算值
	实验值	计算值	实验值	计算值
	15.1	15.6	7.1	8.8	363	421	9.0	21.7

3-2-2-3 棉、涤纶和涤/棉织物以耐久性阻燃剂DFR（涤）、Pyrovstex CP(棉)分别处理后热重量分析（DTG）图谱

3-2-2-4 棉、涤纶和涤/棉织物以耐久性阻燃剂DFR（涤）、Pyrovstex CP(棉)分别处理后热重量分析（DTG）数据

织物		棉组份分解峰		涤组份分解峰		600℃残渣量(%)	LOI值(%)
		最大速率(%/min)	温度(℃)	最大速率(%/min)	温度(℃)
棉	未整理	28.3	355	-	-	6.6	17.9
	CP整理	12.6	316	-	-	40.1	29.7
涤	未整理	-	-	19.7	426	12.7	29.3
	DFR整理	-	-	18.6	426	13.7	38.7
涤棉	未整理	15.1	363	7.1	421	9.0	17.7
	DFR整理	7.5	338	6.7	423	10.8	18.0
	CP整理	7.8	314	8.1	432	27.2	22.9
	DFR/CP整理	7.7	313	7.9	432	26.3	25.0

3-2-2-5 不耐久阻燃剂SFR对棉、涤纶、涤/棉织物分别处理后的热重量分析（DTG）图谱

3-2-2-6 不耐久阻燃剂SFR对棉、涤纶、涤/棉织物分别处理后的热重量分析（DTG）数据

织物		棉组份分解峰		涤组份分解峰		600℃残渣量(%)	LOI值(%)
		分解速率(%/min)	温度(℃)	分解速率(%/min)	温度(℃)
棉	未整理	28.3	355	-	-	6.6	17.9
	SFR	6.7	218	-	-	37.2	47.1
涤纶	未整理	-	-	19.7	426	12.7	29.3
	SFR	-	-	14.0	429	12.1	51.3
涤棉	未整理	15.1	363	7.1	421	9.0	17.7
	SFR	5.3	215	7.4	432	25.1	39.2

3-2-3 以上试验结果说明：

l 未阻燃整理涤棉织物中涤或棉的最大分解速率温度有一定位移（与纯涤、棉比）。说明两组份的相互影响。

l 600℃残渣量计算值明显大于实验值，表明两组份有相互促进热分解的作用。

l 棉/CP整理分解温度下降，分解速率降低，残渣量增多，LOI值从约18%增加到约30%。（凝聚相）

l 涤纶/DFR整理。热重分析数据无明显变化，LOI值从约29%增加到约39%，阻燃效果明显。（气相）

l 涤棉/DFR整理。涤纶给份热裂解基本无影响，棉组份有影响，最大分解速率降低50%左右，分解峰温降25℃。

l 涤棉/CP整理。CP的影响比DFR明显，棉组份分解峰温度降49℃（比纯棉明显），残渣量增加多。涤组份分解峰温提高11℃，分解速率有提高。

l 涤棉/DFR/CP整理。LOI从约18%提高至25%，其余热裂解数据与单独用CP的接近。表明DFR/CP体系中起作用的主要是CP，DFR似乎只对LOI值有助。

l 阻燃剂SFR整理。效果好。

棉：凝聚相 LOI 47%

涤：气相 LOI 51%

涤棉： LOI 39%

4、阻燃机理

4-1 物理作用

阻燃剂体系中的添加剂在受热分解时吸收热量降低基质周围的温度分解生成的惰性气体可稀释可燃性气体和氧；在基质表面形成固态或气态保护层，从而起阻燃作用。

4-2 化学作用

4-2-1 气相机理：

l 至今普遍接受的气相机理是认为阻断了燃烧反应链。在气相起作用，基本不改变基质的分解方式。

l 含卤素的阻燃剂与燃烧过程中产生的氢自由基（H·）反应。

l HX是清除H·的有效成分，使燃烧反应终止。 H·+ HX = H2+X· HBr比HCl有效得多。

l 气相机理中尚不清楚的问题举例：

l 在锑-溴阻燃体系中，有Sb2O3存在，为何最大阻燃效果必须是Br:Cl=1:1?有解释是，当火焰中生成Br·和Cl·，它们可能结合成极性的、活泼的Br-Cl分子，该分子与H·反应生成另外的HX，增进了对H·的清除作用。但需实验证明。

l 为什么聚合物中生成的NH4Br的阻燃效果强于其他含溴脂肪族或芳香族阻燃剂？

4-2-2 凝聚相机理

l 阻燃剂在基质上起作用，改变基质的分解方式。

l 至今对该机理的提出仍比较概略和定性

l 凝聚相机理中也有许多问题需进一步研究，

l 如关于高温反应的化学，含动力和活化能等，不够清楚；基质（聚合物）没有阻燃剂或有阻燃剂的热解和燃烧时的化学反应也不够清楚；关于char形成过程、结构和性质需要进一步开展研究等。

5、研究前沿

5-1 关于气相机理和凝聚相机理

在前面气相机理和凝聚相机理部分述及的需要进一步深入研究的内容

5-2 纤维超分子结构与阻燃性的关系

l 纤维的结晶度和取向度与纤维的燃烧性有关，特别是纤维素纤维

l 结晶度高的棉或粘胶纤维在热解时生成更多的左旋葡聚糖

l 取向度高的纤维，真空热解速率快，有空气条件下，相反

l 纤维大分子的聚合度高，则热解速率慢

l 改变纤维的超分子结构如用纳米复合体，是一个可能会赋予织物一定阻燃性的途径，值得深入研究

5-3 纳米复合体的应用

在阻燃剂体系中加入纳米复合体，可增进该体系的阻燃效果，降低阻燃剂总加上量。

纳米复合体如nanoclay和多壁碳纳米管可降低聚合物的最大热释放速率。

5-4 近期动态

l 常用的含溴整理剂，已于近期通过REACH法规程序

l 要重视含溴阻燃剂的排放问题

l Sb2O3与含卤素阻燃剂一起应用，有协同作用。“Flame Retardants 2008”会议上公布了对Sb2O3的评估结果

l 阻燃体系的研究开发越来越重视环境友好

谢谢！