纖維阻燃技術(shù)的研究進展

劉斌

摘要：介紹近幾年阻燃纖維的研究進展，尤其是天然纖維、人造纖維、合成纖維的阻燃改性技術(shù)現(xiàn)狀。指出開發(fā)無鹵、高效、低煙、低毒的新型阻燃體系，實現(xiàn)綠色阻燃，提高阻燃紡織品的綜合性能，是今后纖維阻燃技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：纖維;阻燃技術(shù);共聚反應阻燃;添加共混阻燃

纖維是天然或人工合成的細絲狀物質(zhì)，纖維具有受力時變形小、強度好、結(jié)晶能力好等特點，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，各種纖維及紡織品的應用領(lǐng)域逐漸擴大。因纖維具有易燃缺點，是引發(fā)火災的主要隱患，對其進行阻燃處理，提高阻燃性能非常必要。

一、天然纖維

采用二硫代焦磷酸酯（DDPS）作為磷系添加阻燃劑，通過共混紡織制得阻燃纖維素纖維，當DDPS在纖維中的質(zhì)量分數(shù)達到18%時，該纖維素纖維的氧指數(shù)（LOI）達到26。隨之阻燃劑含量增加，燃燒后的膜表面凸起的泡狀物質(zhì)越多，斷面孔洞增多且孔徑增大，這種泡沫層可有效防止火焰的蔓延和傳播。在溫度為70～75℃條件下用雙氰胺、甲醛原料反應合成低毒天然纖維阻燃劑，當阻燃劑的質(zhì)量分數(shù)為26%時，噴0.5mol/LNaOH溶液在棉布上測試，LOI可達31，且對棉布的柔性無影響。將納米SiO2阻燃劑添加到氫氧化鈉/硫脲/尿素/水溶液作為纖維素的容積中，與纖維素膜共混制得阻燃纖維素膜，阻燃劑的質(zhì)量分數(shù)為12%以上時，LOI達到31。

二、人造纖維

人造纖維是利用天然高分子化合物或其衍生物做原料，溶解于溶劑或制備成衍生物后溶解于溶劑生成紡織溶液，之后再經(jīng)紡絲加工制得多種化學纖維。在人造纖維中粘膠纖維較為重要，強度高的粘膠纖維，抗多次變形性好，可用在工業(yè)上使用。但粘膠纖維是一種易燃的纖維，在很多高溫場合內(nèi)使用都受到限制。所以，有必要對其進行阻燃改性。

利用烷氧基環(huán)三磷腈，采用共混的方法，制備新型無鹵、高效環(huán)保的粘膠纖維，阻燃劑質(zhì)量分數(shù)為8.2%時，共混改性纖維的LOI達到28以上。該阻燃劑兼具催化脫水作用，在290℃時促使纖維分解并脫水炭化，使阻燃粘膠纖維殘留量增加16%。采用硫代焦磷酸酯作為阻燃劑共混阻燃改性粘膠纖維，LOI達到27.5，但力學性能有所降低。以苯氧基磷腈為阻燃劑， 烷基多糖苷為乳化劑，按一定比例將制備好的阻燃劑漿料加入紡絲母液中，制得具有阻燃性的粘膠纖維，纖維斷面上有分布均勻的絨毛狀結(jié)構(gòu)，隨著阻燃計量的增加，其阻燃效果明顯增強，經(jīng)30次水洗測試仍可保持阻燃效果。在引發(fā)劑為4價鈰離子的條件下含磷、硫的阻燃共聚單體O，O二乙基—O—烯丙基硫代磷酸酯與粘膠纖維，通過自由基共聚的方式制備具有阻燃效果的接枝改性粘膠纖維，隨著接枝率的增大，其殘?zhí)柯蚀蟠笤龃螅又Ω男院蟮恼衬z纖維的阻燃性能大大提高，LOI達到28.1.

無機納米阻燃粘膠纖維將無機納米阻燃技術(shù)與粘膠纖維的高濕模量相結(jié)合，通過優(yōu)化改進紡絲液的老成和磺化等工藝紡制而成，其LOI達到27以上。

三、合成纖維

（一）滌綸

共混添加型阻燃劑和共聚反應型阻燃劑工藝簡單，成本低，見效快。共混添加型阻燃劑主要是磷系阻燃劑，各種有機磷酸酯、聚磷酸銨及磷酸三甲苯酯等含磷化合物都可用于聚酯纖維阻燃改性。其中，芳香族磷酸酯水解穩(wěn)定性好，加入到聚酯熔體中可以提高聚酯耐溫性，有較好的加工性，不會影響聚酯纖維的力學性能和散熱性能。采用環(huán)境友好型的磷氮系列新型阻燃劑和聚偏氟乙烯（PVDF），通過皮芯復合紡絲制備防水多功能PET纖維，結(jié)果表明：添加環(huán)氧樹脂包覆磷酸銨質(zhì)量分數(shù)為6%時，LOI達到30.7.PET纖維經(jīng)過PVDF改性后，接觸角增大而且具有較好的阻燃性能。采用環(huán)境友好型磷系有機阻燃劑G-77對芯層聚酯進行阻燃改性，采用自制阻燃母粒和聚偏氟乙烯對皮層聚酯進行防水改性，結(jié)果表明：有機阻燃劑G-77改性后制得的多功能阻燃聚酯纖維具有較高的阻燃性、較好的防水性等特性，同時具有良好的紡絲性能和力學性能。

（二）錦綸

用于聚酰胺纖維的阻燃劑較多，如有機硅、硼酸鋅及三氧化二銻和氯化石蠟混合阻燃體系對聚酰胺進行阻燃改性，阻燃性效果較好。采用納米黏土作為阻燃劑與聚酰胺共混進行阻燃改性，納米黏土的質(zhì)量分數(shù)為2%～3%，結(jié)果表明：在熱降解過程中，體系中的黏土顆粒被降解產(chǎn)生的氣體推向表層，形成一種海島型絮狀的保護層，縮減了熱釋放的量。

Nexylon FR 是一種具阻燃性的聚酰胺纖維，該聚酰胺纖維具有常規(guī)PA 纖維的性能，由于該纖維內(nèi)部還有磷系添加阻燃劑，故阻燃效果持久和耐水性，且不含鹵素，煙生成的速率緩慢，不含有毒成分，LOI為28。

（三）維綸

以乙炔和醋酸為原料加工成醋酸乙烯，經(jīng)聚合成聚醋酸乙烯，加醇分解的聚乙烯醇纖維。聚乙烯醇（PVA）由C、H、O元素組成，阻燃性能差，其LOI僅為19.7。采用聚乙烯醇作為成纖劑，將PVA 與三聚氰胺甲醛（MF）溶液復合，通過常規(guī)濕法紡絲得到MF—PVA 阻燃纖維，具有較好的力學性能，熱分解溫度為300℃，耐熱性比PVA纖維好，LOI達到35。以三聚氰胺、甲醛、聚乙烯醇水溶液為原料反應制得紡絲原料，通過濕法紡絲得到三聚氰胺甲醛—聚乙烯醇（MF—PVA）纖維，加入硼酸可以抑制MF樹脂溶出，隨著添加量的增大，斷裂強度變大，斷裂伸長率減小，LOI達到40。

（四）丙綸

阻燃丙綸（PP）多以鹵系阻燃劑為主，但在燃燒過程中伴隨著大量的濃煙，同時有毒氣體也會在燃燒過程中釋放出來。近年來，隨著人們對環(huán)境保護意識的提高，出現(xiàn)了用環(huán)境友好的無鹵阻燃劑代替鹵素阻燃劑的發(fā)展趨勢，其中，膨脹型阻燃不含鹵素且阻燃效率高。用五氧化二磷（P2O5）、季戊四醇（PT）和三聚氰胺（M）按比例混合制備膨脹型阻燃劑，結(jié)果表明：隨著膨脹型阻燃劑中P2O5比例增加，阻燃性明顯提高，IFR在PP中分散性增強，具有良好的可加工性且燃燒時煙霧少，生產(chǎn)的炭層能有效阻止聚合物的熔滴等優(yōu)點，證明是假塑性流體。以季戊四醇螺環(huán)磷酸酯雙蜜胺鹽（MPP）無鹵阻燃劑通過共混紡絲，制備無鹵阻燃PP纖維，采用低能電子輻照對無鹵阻燃PP纖維進行改性，結(jié)果表明：MPP質(zhì)量分數(shù)為8%，pp纖維LOI為24.5，但斷裂強度有所下降;隨著低能電子輻照量的增大，PP纖維的LOI增加到33.8.PP纖維起始分解溫度和殘?zhí)柯时燃働P纖維均有較大幅度增加，燃燒形成連續(xù)致密的炭層。

（五）腈綸

由于共混阻燃腈綸中阻燃劑含量不能太高，所以要選用高效的阻燃劑，且阻燃劑在紡絲原液中的溶解性和均勻穩(wěn)定分散性要好，以及與聚丙烯腈的相容性，紡絲過程中的保留率，耐洗滌性及毒性等。因此，阻燃劑的選擇難度較大。采用銅離子處理腈綸，在與水合肼及氫氧化鈉和精煉劑組成的混合水溶液反應，制備了阻燃性能和力學性能良好的阻燃腈綸，結(jié)果表明：水合肼加入量20mL，5%的氫氧化鈉4.7mL，10%的精煉劑9.4mL，熱處理溫度為160℃，熱處理180 min 條件下，能夠獲得阻燃性能和力學性能良好的腈綸，LOI為32.83。

四、結(jié)語

隨著我國阻燃織物的應用范圍越來越廣，阻燃纖維開發(fā)的力度不斷加大，纖維阻燃技術(shù)的發(fā)展應逐漸向多功能化發(fā)展，在提高阻燃效率的同時也要提高纖維其他方面的性能。如研究阻燃纖維的復配技術(shù)，以減少阻燃劑的用量，降低對人體安全和環(huán)境的危害;研究超細化納米技術(shù)以及超細粒子等技術(shù)提高阻燃劑在纖維中的相容性;研究新阻燃改性中的應用。開發(fā)無鹵、高效、低煙、低毒的新型阻燃體系，實現(xiàn)綠色阻燃和提高阻燃紡織品的綜合性能，是今后纖維阻燃技術(shù)的發(fā)展方向。