多功能阻燃織物研究進展

任元林，張佳悅，肖夢苑，周新科

（1.天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津300387；2.天津工業(yè)大學(xué)先進紡織復(fù)合材料教育部重點實驗室，天津300387）

紡織品在服裝、裝飾、醫(yī)療衛(wèi)生、化工、建筑、航空航天等各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，人們對紡織品的需求量越來越大[1]。但是由于其易燃易引起火災(zāi)事故，會造成巨大的人員和經(jīng)濟損失，使得人們對于紡織品的阻燃程度也愈加重視[2]。極限氧指數(shù)（LOI）是最常用來表示織物阻燃性能的指標，阻燃織物極限氧指數(shù)大于27%，并且極限氧指數(shù)越大，織物阻燃性能越好。單一的阻燃功能整理工藝日益成熟，如果在提高紡織品阻燃性的同時，賦予其拒水、抗靜電、抗菌、防紫外線、導(dǎo)電、防電磁干擾等性能，將使紡織品具有更高的附加值以及更廣泛的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)的織物多功能阻燃整理大多采用浸軋-焙烘法，將兩種單一功能的整理劑運用一浴法或兩浴分步法整理[3-5]，但是使用軋烘工藝整理時需要考慮單一功能整理劑之間的相容性、整理的先后順序、多種性能之間的相互影響、整理后紡織品的耐久性等問題[6]。近年來，人們在開發(fā)多功能阻燃助劑方面做出了許多努力，實現(xiàn)阻燃的同時兼具拒水、抗靜電、抗菌、防紫外線、導(dǎo)電、防電磁干擾等多功能一體化將是今后研究的重要方向。采用多功能阻燃助劑對織物進行整理，不需要考慮傳統(tǒng)多功能織物整理工藝中單一功能助劑之間矛盾性組合的問題，能夠減少所需化學(xué)品的數(shù)量和處理時間，降低處理成本。新的整理技術(shù)如溶膠-凝膠法、層-層自組裝法、表面改性法、納米粒子涂層、接枝聚合法等也可以實現(xiàn)紡織品的多功能阻燃整理。本文從多功能阻燃助劑的合成和新型整理技術(shù)的應(yīng)用2個方面，歸納總結(jié)了阻燃拒水、阻燃抗靜電、阻燃抗菌、阻燃防紫外線、阻燃導(dǎo)電、阻燃防電磁干擾等多功能阻燃整理的最新研究進展。

1 阻燃、拒水復(fù)合整理

拒水是指對紡織品進行整理，降低纖維材料的表面張力，使其在一定的時間內(nèi)排斥液體介質(zhì)，有效抵抗液體浸入的效果。織物的拒水級別測試一般采用淋水性能測試法，當一滴液體滴在織物表面上形成水滴狀，液滴邊緣與固體表面形成一個夾角，這個角就稱為接觸角。固體表面接觸角大于90°時，水就不能濕潤固體的表面而形成液珠，從織物表面滾落，這種現(xiàn)象被稱之為拒水，接觸角越大，拒水效果越好[7]。

含氟和硅的物質(zhì)既可阻燃又有拒水作用，能夠在纖維表面整齊排列，從而可以降低纖維表面能，使織物具有一定的阻燃性和疏水性。此外，長鏈烷基化合物也具有較低的表面能，將其整理到織物上，能夠降低織物的表面能，使織物具有疏水性，再通過引入阻燃磷、氮等進而達到阻燃效果。通過引入納米材料，如TiO2、SiO2、ZnO等來改變纖維表面的粗糙度也可達到拒水效果。當前，在服裝、消防、化工、航空航天、林業(yè)、冶金、軍工等行業(yè)，對于集阻燃拒水功能于一體的復(fù)合功能紡織品具有迫切的需要和廣泛的市場[6]。

1.1 阻燃拒水多功能助劑一體化整理

合成阻燃拒水多功能整理劑處理織物，使織物同時具有阻燃和拒水的功能，可以解決阻燃和拒水之間相容性差的問題。

陳迎春[8]以五氧化二磷、無水乙醇、乙醇胺和丙烯酸合成含磷和氮的丙烯酸酯阻燃單體，然后將其與甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸羥乙酯，通過乳液聚合的方式合成含磷和氟的聚丙烯酸酯阻燃拒水整理劑（PFMH），并通過浸軋法將其整理到滌綸織物上。結(jié)果表明，經(jīng)PFMH整理后的滌綸織物LOI值達到29.4%，接觸角為136.1°。Li等[9]以十八醇為原料合成了一種疏水性阻燃劑磷酸十八酯銨鹽（AMOP），并應(yīng)用于棉織物。結(jié)果表明，處理后的棉織物具有優(yōu)異的超疏水性和阻燃性，經(jīng)過質(zhì)量分數(shù)為15%的AMOP整理液處理后棉織物的LOI值達到27%，經(jīng)過質(zhì)量分數(shù)為5%的AMOP整理液處理后棉織物的水接觸角可達到161.8°。

聚硅氧烷類阻燃拒水整理劑常利用帶活性基團的阻燃單體與聚硅氧烷反應(yīng)，使其分子上既有硅元素也有其他的阻燃元素，達到同時賦予紡織品拒水和阻燃性能的效果。馬興博等[10]以三氯氧磷、無水乙醇、烯丙基胺、端氫基硅油為原料制備了含磷、硅、氮元素的拒水阻燃劑：線性α，ω-二（氯磷酰胺）封端的聚二甲基硅氧烷（CPN-PDMS），并對棉織物進行改性。結(jié)果表明，改性后棉織物LOI值達到30.6%，接觸角為148.15°。Wei等[11]以甲基三乙氧基硅烷、氯甲基二甲基氯硅烷、哌嗪、二氯甲氧基磷等合成了一種含硅、磷、氮3種元素的聚四甲基環(huán)四硅氧烷哌嗪磷酸甲醚（PNCTSi）環(huán)狀阻燃拒水共聚物，并將其整理到棉織物上，研究了其在棉織物上的阻燃和疏水性能。經(jīng)PNCTSi處理后棉織物的LOI值高達29.8%，接觸角可達150°。Liu等[12]以三氯氧磷、季戊四醇、順式四甲基環(huán)四硅氧烷酸鉀等為原料，合成了一種含硅和磷的新型環(huán)狀阻燃拒水共聚物：聚四甲基環(huán)硅氧基螺環(huán)季戊四醇二磷酸酯（PCTSi），并對棉織物進行改性，處理后棉織物的LOI值提高到29.5%，接觸角達到了150°。

1.2 接枝法阻燃拒水整理

通過接枝反應(yīng)將阻燃和拒水的基團引入織物表面，可賦予織物阻燃性和拒水性。

Wang等[13]先將聚乙烯亞胺（PEI）接枝到氧化棉層中，然后通過層-層自組裝（LBL）技術(shù)將聚磷酸銨（APP）和聚多巴胺（PDA）依次沉積在接枝棉織物上，最后通過硫醇-烯反應(yīng)將十二烷基硫醇引入，在棉織物表面形成交替的納米涂層，使其具有阻燃和超疏水的性能，如圖1所示。結(jié)果表明，經(jīng)過APP@PDA處理后棉織物的LOI值高達28.5%，初始接觸角為152°。

圖1 APP@PDA納米涂層棉織物的示意圖[13]Fig.1 Schematic illustration of APP@PDA nano coated cotton fabric

Mohamed等[14]先以甲基丙烯酸縮水甘油酯和丙烯酸組成的納米乳液對棉織物進行接枝，對接枝后的棉織物進行氨基官能化SiO2納米粒子與ZnO納米粒子復(fù)合涂層，處理后織物均為不燃性織物，且表現(xiàn)出較強的疏水性，噴淋法評定拒水等級達到70以上。

1.3 溶膠-凝膠法阻燃拒水整理

溶膠-凝膠法是通過水解和縮合硅烷前體來實現(xiàn)疏水性的最有效技術(shù)之一。水解反應(yīng)生成硅醇基，硅醇基的進一步縮合形成具有低表面能的Si—O—Si網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。溶膠-凝膠法通過創(chuàng)建一個物理屏障充當隔絕層保護聚合物表面，從而提高被處理材料的阻燃性[15]。溶膠-凝膠可通過一步法應(yīng)用到織物上，從而達到阻燃和疏水的雙重效果。

Zhang等[16]采用自組裝和原位溶膠-凝膠技術(shù)在棉織物上制備了APP、鈉基蒙脫土（MMT）和乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）納米涂層，結(jié)果表明，經(jīng)過質(zhì)量分數(shù)分別為2.0%、1.2%、1.0%的APP、MMT、VTMS處理后涂層棉織物的LOI值高達28.3%，初始接觸角達130.2°。Nabipour等[17]采用溶膠-凝膠法合成由六偏磷酸銨（NH4-HMP）、硅酸鎂鋰（LAP）和十六烷基三甲氧基硅烷（HTMS）組成的膨脹型阻燃憎水涂層，并將其應(yīng)用于棉織物上，結(jié)果表明，LAP與NH4-HMP協(xié)同作用阻燃，處理后棉織物的LOI提高到29%，整理后棉織物的拒水機理與Si—O—Si和長鏈烷基的形成有關(guān)，織物表面的水接觸角達到138°。

1.4 層-層自組裝阻燃拒水整理

近年來，LBL技術(shù)被用于具有多功能特性的涂料中。與傳統(tǒng)方法相比，LBL技術(shù)具有對基底固有特性影響小的優(yōu)點，可以通過結(jié)合和控制不同的分子賦予基底多功能性。Li等[18]采用LBL技術(shù)在棉織物上制備了PEI包覆納米SiO2為正電荷溶膠、聚磷酸（PPA）為陰離子沉積液的膨脹型阻燃雙層涂料，采用浸軋固化工藝在沉積棉織物上進一步涂覆疏水劑（REPELLAN FF）。結(jié)果表明，SiO2-PEI/PPA/REPELLAN FF涂層的引入大大提高了棉織物的阻燃性和憎水性，棉織物的LOI值從18.2%增加到28.2%，水接觸角為142°。

2 阻燃、抗靜電復(fù)合整理

織物在使用過程中容易產(chǎn)生靜電，對人體健康造成一定危害。靜電能吸附懸浮在空氣中的灰塵，在織物上造成污漬，織物的易燃性和靜電的積聚也可能引起火災(zāi)和爆炸[19]。因此，提高織物的阻燃抗靜電性能具有十分重要的意義。

抗靜電整理就是要降低織物的電阻率，在纖維表面形成導(dǎo)電層，增加靜電逸散和疏導(dǎo)，同時減少織物表面摩擦，減少電荷積累[6]。織物的抗靜電性能常采用織物表面比電阻法、半衰期法和摩擦帶電電壓法進行測試：當織物表面比電阻小于1011Ω時，織物具有較好抗靜電性，表面比電阻越小，抗靜電性能越好；感應(yīng)電壓半衰期是織物感應(yīng)到的靜電壓衰減到初始感應(yīng)靜電壓的1/2時所需要的時間，感應(yīng)電壓半衰期越短，抗靜電效果越好，感應(yīng)電壓半衰期小于10 s時，表示織物抗靜電性較好；摩擦帶電電壓是指在一定張力條件下，使織物與標準布摩擦一定時間內(nèi)的峰值電壓，峰值電壓不超過2 500 V表示織物具有抗靜電性，峰值電壓越小，抗靜電性能越好[20]。

織物抗靜電整理方法包括加入抗靜電劑、導(dǎo)電填料或?qū)Τ衫w高聚物添加抗靜電劑或引入親水極性基團，而賦予纖維抗靜電性。有機硅、磷酸酯和季銨鹽物質(zhì)都能提高抗靜電性，摻雜SiO2、TiO2、ZnO等半導(dǎo)體物質(zhì)和導(dǎo)電離子也能有效提高織物的抗靜電性。

2.1 阻燃纖維、抗靜電纖維混紡

阻燃纖維與抗靜電纖維混紡織成的織物可以同時具有阻燃和抗靜電性。Kim等[21]研究了由改性腈綸（Kanekaron）、改性粘膠纖維（ExcelR）和抗靜電PET（Belltron）3種紗線組成的針織物的阻燃性和抗靜電性能。結(jié)果表明，由改性腈綸與改性粘膠纖維及抗靜電PET纖維織成的針織物其LOI值＞30%，在與羊毛織物摩擦時，摩擦電壓低達40 V，優(yōu)于棉混紡改性腈綸及100%棉針織物。

2.2 阻燃抗靜電多功能助劑一體化整理

后整理法工藝簡單，操作容易，加工靈活，將合成的阻燃抗靜電整理劑對織物進行涂層附著，可以一步實現(xiàn)織物的多功能整理。李祥等[22]以雙三羥甲基丙烷、三氯氧磷和乙二胺為原料，合成多功能阻燃劑雙三羥甲基丙烷磷酸酯乙二胺鹽，并對錦綸織物進行后整理。當整理劑質(zhì)量濃度為300 g/L、焙烘溫度為150℃、焙烘時間為90 s時，整理后錦綸織物的損毀炭長不超過15 cm，感應(yīng)電壓半衰期不大于0.27 s。Gu等[23]選用N，N-雙（2-羥乙基）氨甲基膦酸二乙酯（Fyrol-6）、2，7-二（N，N-二甲胺基）-1，6，3，8，2，7-八氫二惡二唑二次膦酸（ODDP）和Exolit-OP550作為水性聚氨酯涂料的阻燃劑，采用逐步聚合反應(yīng)合成了3種含磷氮協(xié)同增效阻燃的水性涂料，并選擇乳膠膜LOI值高的涂層（FO2涂層、DPO3涂層和HFD3涂層）處理棉織物和聚酯織物。磷氮協(xié)同增效阻燃涂料顯著提高棉織物和聚酯織物的阻燃性能，其中HFD3涂料表現(xiàn)最好，經(jīng)HFD3處理后聚酯織物的LOI值為26.9%，提高了45%，感應(yīng)電壓半衰期為1.29 s，降低到了10 s以下。

2.3 溶膠-凝膠法阻燃抗靜電整理

采用溶膠-凝膠法將SiO2、TiO2、ZnO等無機物附著在織物的表面，能夠形成一層連續(xù)的導(dǎo)電薄膜，散逸電荷，賦予織物良好的抗靜電性能。肖有游[24]通過溶膠-凝膠技術(shù)，采用羥基亞乙基二膦酸和氨基磺酸作為阻燃劑，摻雜到硅水溶膠里，制備出磷-氮-硅協(xié)效的整理劑。當硅溶膠濃度為0.7 mol/L時，整理后的滌綸吊裝帶LOI值達到30.2%。同時，由于羥基亞乙基二膦酸是多元醇的酸，具有良好的吸濕效果，形成導(dǎo)電薄膜，使整理后的滌綸表面比電阻達到了109Ω。Xing等[25]以四乙氧基硅烷為前驅(qū)體、乙醇為溶劑、鹽酸為催化劑，用溶膠-凝膠法制備Fe2+摻雜二氧化硅溶膠，并將其應(yīng)用于真絲織物改性。結(jié)果表明，與未處理的絲織物相比，經(jīng)Fe2+摻雜的硅溶膠處理后真絲織物具有良好的阻燃、抗靜電性能，織物LOI值為28.5%，具有更小的感應(yīng)電壓半衰期（2 s）、靜態(tài)電壓（0.08 kV）和垂直電阻（2.3×107Ω）。

2.4 接枝法阻燃抗靜電整理

接枝技術(shù)可以通過引入新的功能性基團來修飾纖維表面并賦予纖維新的性能。Hassan等[26]采用羊毛角蛋白纖維與苯乙烯磺酸鹽（PSS）直接接枝共聚的方法，將羊毛織物與PSS接枝共聚，以提高其阻燃性，并通過AgNO3進一步處理來改善織物的抗靜電性能。結(jié)果表明，經(jīng)過PSS接枝后羊毛織物的阻燃性能有了顯著提高，接枝25%（質(zhì)量分數(shù)）PSS后羊毛織物的LOI最高，達到28.0%，經(jīng)Ag+進一步處理后PSS接枝織物的表面電阻和體積電阻均變小，抗靜電性能提高。

3 阻燃、抗菌復(fù)合整理

人們對一般衛(wèi)生、接觸性疾病傳播和個人防護的認識促進了抗菌纖維的發(fā)展，用以保護服用者免受細菌和疾病的侵擾。微生物引起的問題包括織物中產(chǎn)生難聞的氣味、污漬和變色，織物的機械強度降低和污染可能性增加。因此，無論是日常生活還是在醫(yī)院、實驗室等對抗菌要求較高的場所，織物兼具阻燃和抗菌性很有必要[27]。

紡織品抗菌處理是利用抗菌物質(zhì)處理纖維和織物，殺滅或抑制紡織品中的細菌、真菌等，防止其繁殖傳播，減少對人體的危害[25]。抗菌性的檢測原理是紡織品與檢測菌液接觸一段時間，然后比較接觸前后織物上的活菌菌落數(shù)，最常用的測試方法為振蕩法。抗菌性的評價為對金黃色葡萄球菌及大腸桿菌的抗菌率不低于70%時，表示樣品具有抗菌效果[28]。

具有抗菌性的有機化學(xué)物質(zhì)包括咪唑類、吡啶類、二苯基醚類、胍類、季銨鹽類的衍生物、氮-鹵代胺類化合物和單寧等。另外，無機離子和功能基元素如銀、銅、鋅等均具有抗菌性。

3.1 抗菌阻燃多功能助劑一體化整理

3.1.1 含有胍基基團的抗菌阻燃助劑整理

胍類有機抗菌劑具有高效、耐高溫、作用周期長和無毒等優(yōu)點，使得胍類有機抗菌劑在紡織品中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。通過合成含有胍基基團和阻燃元素的抗菌阻燃助劑處理織物，可以同時賦予織物良好的抗菌和阻燃效果。

陳兵[29]以雙氰胺、二乙醇胺、五氧化二磷為原料，合成一種含有雙胍基基團的新型棉用抗菌阻燃復(fù)合功能助劑：N，N-二（磷酸乙基）雙胍（DPG），將其一步整理到棉織物上，經(jīng)過整理后的棉織物具有較好的阻燃、抗菌和耐水洗性，LOI值達到31.2%，對大腸桿菌（E.coli）和金黃色葡萄球菌（S.aureus）的抑菌率均達到99%以上。Wei等[30]以甲基三乙氧基硅烷、氯甲基二甲基氯硅烷、哌嗪、雙氰胺合成了一種用于棉織物的新型環(huán)四硅氧烷大分子（四甲基環(huán)硅氧烷哌嗪）四胍（GNCTSi）。結(jié)果表明，GNCTSi是一種優(yōu)良的棉織物阻燃抗菌劑，經(jīng)250 g/L GNCTSi處理后棉織物的LOI值達30.1%，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有良好的抗菌活性。Dong等[31]以乙醇胺、氰胺、三氯化磷和三氯化氰為原料，合成了一種新型的抗菌阻燃劑：一氯三嗪三亞磷酸三乙酯胍（MCTPG）。經(jīng)MCTPG處理后的棉織物具有良好的抗菌和阻燃性能，300 g/L MCTPG處理后棉織物的LOI值為31.2%，棉織物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制區(qū)分別達到2.9 mm和2.8 mm。

3.1.2 天然生物質(zhì)阻燃抗菌整理

蛋白質(zhì)和植物性天然生物質(zhì)可發(fā)揮凝聚相阻燃作用，而植物提取物中含有的單寧、金屬離子、氨基酸和鞣質(zhì)等有抗菌作用。天然單寧通過與細菌細胞中所含蛋白質(zhì)形成氫鍵、疏水力和共價鍵，破壞細菌質(zhì)膜抑制細菌生長。

Basak等[32]采用石榴皮提取物（PRE）作為一種新型的纖維織物多功能整理劑處理棉織物。經(jīng)過400 g/L PRE處理后，織物的燃燒速率比未處理棉織物低15倍，LOI值達到32%，PRE中存在的單寧、多酚類化合物、金屬離子和氨基酸等成分使得處理后的織物對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均為97.5%。Yang等[33]以薯蕷塊莖為原料提取縮合單寧，將其作為一種新型環(huán)保阻燃劑，在弱酸性條件下，采用浸漬法將縮合單寧應(yīng)用于真絲織物。結(jié)果表明，處理后的真絲織物具有顯著的凝聚相阻燃效果，LOI值＞27%，續(xù)燃時間和陰燃時間均為0 s。縮合單寧對織物的抗菌性能也有一定的提高，即使經(jīng)低濃度的縮合單寧處理，處理后樣品的抗菌活性也大于99%。

3.2 納米粒子涂層阻燃抗菌整理

應(yīng)用納米材料可以開發(fā)出多功能、高附加值的紡織產(chǎn)品。Li等[34]采用簡單的浸漬工藝，將一步合成的新型雜化涂料處理棉織物，并在沒有外部還原劑的情況下，用AgNO3與PDA的鄰苯二酚結(jié)構(gòu)發(fā)生部分原位還原反應(yīng)，將銀納米粒子引入涂層中。未經(jīng)處理的棉織物樣品點燃后立即著火并劇烈燃燒成灰燼，而處理后的織物既沒有強烈的燃燒，也沒有陰燃，具有良好的阻燃性。經(jīng)過處理后的棉織物（涂布率7.2%）具有顯著的抗菌性，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌率達99.99%。Rehan等[35]先用殼聚糖（Cs）作為形成納米銀粒子（AgNPs）的穩(wěn)定劑，通過紫外光還原法制備AgNPs吸附在Cs表面的Cs/AgNPs納米復(fù)合材料，再通過Cs、AgNPs和鈉基蒙脫土的相互作用形成三組分包合物Cs/AgNPs/粘土納米復(fù)合材料，并采用一步法將其整理到棉織物上。結(jié)果表明，經(jīng)Cs/AgNPs/粘土納米復(fù)合材料處理的棉織物具有阻燃性及抗菌性，LOI值為26.81%，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為99.95%和98.3%，對白色念珠菌的抑菌率也達到91%。

3.3 層層自組裝阻燃抗菌整理

在LBL組裝過程中，分別選擇不同的功能性陽離子和陰離子聚電解質(zhì)層是一種可行的阻燃抗菌整理方案。Li等[36]以三聚氰酸、氯丙基三乙氧基硅烷和三甲胺為原料制備了聚[3-（氰尿酸丙基）-硅氧烷-共-三甲基氯化銨丙基硅氧烷]（PCQS），并且與植酸通過LBL技術(shù)整理到棉織物上。結(jié)果表明，整理后的棉織物具有良好的阻燃性能和一定的抗菌性，組裝30層后棉織物的LOI值達到28.5%，與細菌接觸30 min后可以使金黃色葡萄球菌減少92.19%，大腸桿菌減少47.74%。Fang等[37]將環(huán)境友好型抗菌劑聚六亞甲基胍磷酸酯（PHMGP）和海藻酸鉀（PA）水溶液作為陽離子和陰離子沉積溶液，采用LBL技術(shù)制備阻燃抗菌棉織物。涂層后織物的殘?zhí)亢扛哂谖赐繉涌椢铮?jīng)PHMGP-PA涂層處理后，織物的放熱速率峰值和總熱釋放率均有所降低，有效地消除了陰燃現(xiàn)象。涂層織物在5 min和30 min內(nèi)分別能使100%大腸桿菌和金黃色葡萄球菌滅活。

4 阻燃、防紫外線復(fù)合整理

紫外線（UV）是指太陽光中200～400 nm內(nèi)的電磁波，由長波紫外線UV-A（320～400 nm）、中波紫外線UV-B（280～320 nm）和短波紫外線UV-C（200～280 nm）組成，這些輻射以不同的數(shù)量存在于太陽光中，其中一部分UV-B和絕大部分UV-C被臭氧層吸收[38]。防紫外輻射主要是針對UVA和UVB，到達地球表面的紫外線對人類生活有顯著影響，能夠?qū)е氯梭w皮膚變黑老化，誘發(fā)皮膚癌變等問題。紫外線防護整理的目的就是要提高織物對紫外線的反射和吸收，減少透過光，使到達皮膚上的紫外線量降低。

評定織物的防紫外線性能主要是測試織物的紫外光防護系數(shù)（UPF），紫外光防護系數(shù)是指無防護時計算出的紫外線輻射平均效應(yīng)與有織物防護時計算出的紫外線輻射平均效應(yīng)的比值。UPF可以通過紡織品防紫外性能測試儀和紫外可見分光光度計測試，UPF大于40，表明紡織品具有良好的防紫外線性能，UPF值越高，織物的抗紫外線性能越好[39]。

滑石粉、碳酸鈣、氧化鋅、二氧化鈦等無機陶瓷粉末或金屬氧化物能增加織物表面對紫外線的反射能力。有氫鍵和共軛結(jié)構(gòu)的酚羥基、羰基和其他發(fā)色團能夠吸收紫外線，如二苯甲酮類和苯并三唑類[38]。

4.1 阻燃抗紫外線多功能助劑一體化整理

使織物具有多功能的一體化處理具有很強的吸引力，一些無鹵的綠色環(huán)保天然生物分子既具有阻燃性，也含有抗紫外線的成分，可對織物進行阻燃抗紫外線多功能整理。Shukla等[40]以木質(zhì)素磺酸鈉（SLS）作為阻燃整理劑，對棉織物進行整理。經(jīng)過SLS處理后織物具有良好的阻燃和防紫外線效果，經(jīng)質(zhì)量分數(shù)為30%的SLS處理后棉織物的LOI值為28.5%，最小損毀長度為4 cm。與空白樣品相比，SLS處理織物的UPF值非常高，達到630.3。Teli等[41]采用綠色環(huán)保的天然廢棄椰殼提取物（CSE）作為整理劑，對羊毛織物進行染色、阻燃和防紫外線多功能整理，如圖2所示。結(jié)果表明，經(jīng)過CSE整理后羊毛織物的阻燃性能顯著提高，并表現(xiàn)出優(yōu)異的紫外線防護性能，經(jīng)濃縮CSE染色處理后羊毛織物的LOI值為38%，損毀長度為2 cm，UPF值為364.97。

4.2 涂覆高性能聚合物

圖2 CSE整理羊毛織物示意圖[41]Fig.2 Schematic illustration of CSE finishing wool fabric

通過在傳統(tǒng)織物上涂覆高性能聚合物來提供功能性是獲得功能性紡織品的方法之一。SEZER等[42]以苯四甲酸二酐（PMDA）和4，4′-氧化二苯胺（ODA）在二甲基乙酰胺中進行低溫聚合反應(yīng)，合成了聚酰胺酸（PAA），再采用填充技術(shù)將其涂覆在棉/滌綸機織物上。最后，通過簡單的涂覆工藝和低溫亞胺化反應(yīng)，制備了聚酰亞胺（PI）涂層的多功能棉、滌綸織物。結(jié)果表明，所開發(fā)的織物具有阻燃、防水和防紫外線性能，PI涂層的棉織物和滌綸織物的接觸角分別高達111.43°、113.40°，涂層后棉和滌綸織物的損毀長度為12 cm，涂層樣品的續(xù)燃時間比未涂層樣品長，陰燃時間比未涂層織物短，即PI涂層的織物具有自熄性能。在PI涂布后，聚酯織物在400 nm下的透射率由28.94%下降至2.12%，棉織物在400 nm處的透射率從34.55%下降至3.87%。Yan等[43]采用快速氧化聚合法在真絲織物上包覆PDA涂層，然后用硫酸亞鐵浸漬處理后的織物，得到具有疏水性、阻燃性和防紫外線性能的真絲織物，如圖3所示。當Fe2+濃度為40 mmol/L，處理24 h后真絲織物的接觸角可達156.6°，滑動角約為8°，絲織物難以繼續(xù)燃燒，損毀長度僅為11.2 cm，F(xiàn)e2+包裹的涂層真絲織物的透光率大大降低，UPF值由未處理的3.84顯著提高到38.77。

圖3 真絲織物多功能整理示意圖Fig.3 Schematic illustration of multi-functional finishingsilk fabric

4.3 溶劑銀紋化引入ZnO

溶劑銀紋化是一種節(jié)省時間、能源和化學(xué)品消耗的新方法。溶劑銀紋化是通過應(yīng)力誘導(dǎo)吸附將能夠賦予織物阻燃和抗紫外線性能的氧化鋅引入，對聚合物產(chǎn)生體積增塑效應(yīng)。Kale等[44]利用溶劑銀紋化技術(shù)，首先將ZnCl2在丙酮中溶解至最大溶解度，通過拉伸使其在滌綸中分散和沉積，然后在拉伸條件下，將滌綸織物浸入NaOH溶液中，使ZnCl2在織物內(nèi)部和表面析出ZnO。結(jié)果表明，在聚酯基體中分散沉積氧化鋅，可以獲得阻燃、防紫外線多功能整理效果，經(jīng)過質(zhì)量分數(shù)為10%的ZnCl2處理后滌綸織物的LOI值達到29%，UPF值為699。

5 阻燃導(dǎo)電、阻燃防電磁干擾復(fù)合整理

導(dǎo)電織物本身具有電磁干擾（EMI）屏蔽和電加熱能力，在抗靜電包裝、電磁屏蔽、執(zhí)行器、可穿戴顯示器、生物醫(yī)學(xué)傳感器、防輻射服、便攜式電源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[45]。意外火災(zāi)對導(dǎo)電織物的影響較大，研究開發(fā)具有阻燃、導(dǎo)電多功能的織物具有重要意義。表征織物導(dǎo)電性能的主要指標是織物的表面電阻率或電導(dǎo)率。電導(dǎo)率是用來描述織物中電荷流動難易程度的參數(shù)。導(dǎo)電纖維通常要求纖維的電阻率小于107Ω·cm，即電導(dǎo)率小于10-5S/m。電阻率越小，電導(dǎo)率越大，導(dǎo)電性越強[46]。

電磁污染對鄰近的電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，危害人體健康，開發(fā)能夠保護人體或敏感電子設(shè)備免受電磁波影響的電磁干擾屏蔽材料顯得尤為重要。電磁干擾屏蔽材料通過吸收和反射來衰減電磁能量，從而避免電磁干擾和污染。材料的屏蔽性能常用屏蔽效能SE來表示，國家防電磁屏蔽的最低防護標準為10 dB，屏蔽效能值越大，表明屏蔽效果越好[47]。

利用導(dǎo)電聚合物如聚苯胺、聚吡咯、聚（3，4-亞乙基二氧基噻吩）和聚二甲基硅氧烷等能夠改善紡織纖維的導(dǎo)電性能，而且導(dǎo)電聚合物也是很好的阻燃劑。導(dǎo)電織物還可以通過直接由纖維編織金屬線，或在織物上覆蓋一層導(dǎo)電材料，如金屬、石墨烯、碳納米管（CNT）或?qū)щ娋酆衔锏葋韺崿F(xiàn)。

5.1 共聚法阻燃導(dǎo)電處理

通過共聚法實現(xiàn)織物的多功能阻燃處理具有工藝簡單、易操作的優(yōu)點。Liu等[48]將吡咯（Py）聚合到棉織物表面形成聚吡咯層，再用化學(xué)氧化法摻雜植酸（PA），制備了具有導(dǎo)電阻燃雙功能的棉織物。結(jié)果表明，隨著植酸濃度的增加，織物的導(dǎo)電性和阻燃性均增加，經(jīng)過濃度均為0.3 mol/L的吡咯和植酸整理制備的棉織物電導(dǎo)率最高可達28 S/m，而且LOI由18%提高到37.6%。

5.2 先涂層后還原法阻燃導(dǎo)電處理

采用先涂層后還原的方式能夠?qū)⒕哂凶枞己蛯?dǎo)電作用的物質(zhì)在織物表面進行沉積。Ji等[49]將氧化石墨烯（GO）溶膠通過環(huán)保的干涂料方法沉積在織物上，然后在L-抗壞血酸溶液中還原，批量制備出功能性真絲織物。此方法可將均勻沉積在真絲織物表面的還原GO片（rGO）與纖維牢固結(jié)合，帶有rGO涂層的真絲織物同時具有優(yōu)異的阻燃性能和較高的導(dǎo)電性，單面沉積19.5%的rGO后真絲織物的LOI值為43.5%，面電阻降低到0.13 kΩ/sq。

5.3 層層自組裝技術(shù)阻燃導(dǎo)電處理

Chen等[50]以聚六亞甲基胍磷酸酯（PHMGP）和海藻酸鉀碳納米管（PA-CNTs）為涂層材料，采用LBL技術(shù)在棉織物上制備多功能涂層。PHMGP/PA-CNTs涂層通過膨脹型阻燃機理和物理阻隔機理，提高了棉織物的耐高溫性能。碳納米管作為一種本征導(dǎo)電材料，同時也是一種新型的無機阻燃劑，在燃燒過程中起著物理屏障的作用，在織物表面形成碳納米管網(wǎng)絡(luò)，可賦予織物優(yōu)異的導(dǎo)電性能。經(jīng)20層涂層處理后，電導(dǎo)率提高到10-2S/m；經(jīng)過涂層的棉織物在燃燒過程中沒有出現(xiàn)陰燃現(xiàn)象，燃燒后殘?zhí)勘Ａ袅送暾目椢锝Y(jié)構(gòu)，并且殘?zhí)康馁|(zhì)量隨涂層數(shù)的增加而增加。

5.4 阻燃紗線+金屬線制備阻燃防電磁屏蔽織物

阻燃防電磁屏蔽織物可以直接采用阻燃紗線和金屬線進行編織。Peng等[51]發(fā)明了一種包芯紗喂紗裝置，該裝置以芳砜綸（PSA）粗紗為包覆材料，以不銹鋼絲為芯材，制備導(dǎo)電包芯紗，解決了金屬絲容易暴露在織物表面的問題。用導(dǎo)電包芯紗制備導(dǎo)電織物并經(jīng)疏水處理，形成超疏水阻燃EMI織物，如圖4所示。結(jié)果表明，疏水處理在織物表面形成一層薄膜，織物表面接觸角可達155°，燃燒過程中無明顯的收縮、開裂和滴落，燃燒后織物呈現(xiàn)碳化現(xiàn)象，保持了良好的織物結(jié)構(gòu)，陰燃和續(xù)燃時間均為0，平均燃燒損毀長度小于40 mm。當經(jīng)緯紗均采用導(dǎo)電包芯紗時，導(dǎo)電織物在0～3 000 MHz范圍內(nèi)的電磁干擾屏蔽效能（EMI-SE）大于30 dB，屏蔽效率為99%。

5.5 LBL+浸涂法阻燃防電磁干擾整理

圖4 疏水/阻燃/電磁干擾屏蔽織物制備示意圖[51]Fig.4 Schematic illustration of preparing hydrophobic/flame retardant/EMI shielding fabrics

通過LBL技術(shù)和浸涂法相結(jié)合處理織物，從而使織物具有阻燃和防電磁干擾功能。Zhang等[52]以普通棉織物為骨架，通過LBL技術(shù)在織物內(nèi)表面構(gòu)建聚乙烯亞胺/植酸（PEI/PA）阻燃涂層，通過浸涂法在織物外表面浸涂銀納米線（AgNWs）構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，制備多功能織物，如圖5所示，圖5中1BL是指層一層自組裝（LBL）中一層正電荷和一層負電荷組成的電解質(zhì)自組裝膜。結(jié)果表明，外接結(jié)構(gòu)良好的阻燃層和相互連接的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使得該織物具有優(yōu)異的阻燃性能和電磁屏蔽性能。PEI/PA層有效地抑制了火焰的傳播，結(jié)構(gòu)良好的AgNWs網(wǎng)絡(luò)形成了一層導(dǎo)電性良好的金屬膜。棉織物上PEI/PA層與AgNWs網(wǎng)絡(luò)的緊密結(jié)合，使其成為具有優(yōu)良防火性能的電磁干擾屏蔽織物。棉-8層PEI/PA-AgNWs浸漬4次處理后織物的LOI值為37%，熱導(dǎo)率可達0.103 1 W/（m·K），電導(dǎo)率值為2 416.46 S/m，EMI-SE平均值可達32.98 dB，可逃逸99.9%以上的電磁波。經(jīng)過防火處理后，纖維保持其固有的熱性能，表現(xiàn)為導(dǎo)電織物的燃燒長度小于40 mm。

圖5 棉織物的層-層自組裝處理和浸涂[52]Fig.5 LBL treatment and dip-coating on cotton fabrics

6 其他阻燃多功能化整理

除上述阻燃多功能之外，研究者還在保證阻燃性能的同時，在拒油、自清潔[38]、隔熱、隔音、抗皺等方面進行了嘗試。

6.1 阻燃拒水拒油整理

拒油整理同拒水一樣是使織物表面張力下降，但對表面張力比水更小的油也產(chǎn)生較大的接觸角。孟衛(wèi)東等[53]采用乳液聚合的方式將自制的單體1H，1H，2H，2H-全氟辛基丙烯酸酯和烯丙基磷酸二乙酯以及丙烯酸十八烷酯和2-羥乙基丙烯酸酯聚合形成丙烯酸酯共聚物，將此共聚物乳液應(yīng)用于棉織物的整理，整理后織物對水的接觸角經(jīng)測定達到了148°，拒油性能達到5級，并且LOI值為21%，具有一定的阻燃性。Vasiljevic等[54]以1H，1H，2H，2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（SiF）與P，P-二苯-N-（3-（三甲氧基硅基）丙基）膦酰胺（SiP）為前體，采用溶膠-凝膠法制備了雙組分無機-有機雜化涂料，并應(yīng)用在棉纖維表面，如圖6所示。雙組分涂層在棉纖維表面表現(xiàn)出協(xié)同作用，涂4層后棉織物表現(xiàn)出良好的超疏水性、高憎油性和較好的熱穩(wěn)定性，水和正十六烷靜態(tài)接觸角分別為150.1°和114.2°，能夠完全阻止燃燒，形成了厚而致密的殘?zhí)俊?/p>

圖6 納米復(fù)合等摩爾雙組分無機-有機雜化涂層SiF-SiP在棉纖維表面的化學(xué)結(jié)合和取向[46]Fig.6 Hypothetical chemical bonding and orientation of nanocomposite equimolar two-component inorganic-organic hybrid coating，SiF-SiP on cotton fibre surface

6.2 阻燃隔熱隔音防紫外線整理

在織物上引入具有低導(dǎo)熱性和高近紅外反射性的隔熱屏障涂層在防熱織物的開發(fā)中是必不可少的。Pakdel等[55]利用TiO2納米粒子和中空玻璃微球（HGMs）在棉織物上形成新型多功能雙層涂層。結(jié)果表明，涂層織物具有隔熱、隔音、阻燃、防紫外線等性能。經(jīng)過TiO2和20%HGMs涂層后織物的耐熱性提高了78%，UPF值為237.5，降噪系數(shù)（NRC）為0.303，損毀長度從未處理棉的15 mm減少到2 mm。

6.3 阻燃抗皺整理

織物抗皺整理既能改善織物服用性能，也能提高其附加值[56]。通過化學(xué)改性對織物進行整理能夠使織物具有阻燃和抗皺性。馬吉宏等[57]從硅烷偶聯(lián)劑（APTES）入手，對多元羧酸進行改性來提升棉織物的免燙和阻燃性能。含磷多元羧酸可以使棉織物獲得比較理想的抗皺效果，并具有一定的阻燃性。采用硅烷偶聯(lián)劑改性檸檬酸整理棉織物，硅烷偶聯(lián)劑的氨基與檸檬酸的羧基反應(yīng)生成酰胺鍵，檸檬酸剩余羧酸基團在整理過程中與棉纖維發(fā)生交聯(lián)，提高了純棉織物的抗皺性能和阻燃性能，APTES質(zhì)量濃度為100 g/L時，織物的陰燃時間趨于0，改性織物的折皺回復(fù)角大于200°，獲得了較好的整理效果。

7 結(jié)束語

對紡織品進行多功能阻燃整理是近年來阻燃研究的一大熱點。紡織品在阻燃的同時兼具其他功能將擴大其應(yīng)用范圍，增加附加值，縮短加工步驟，降低加工能耗，節(jié)約整理成本。單一阻燃功能的整理較為成熟，但有關(guān)紡織品的阻燃多功能化整理研究尚處在研發(fā)階段，對于多功能阻燃助劑和新型整理工藝的研究還有待于更深層次的探索。未來阻燃多功能整理的發(fā)展會傾向于以下3個方面：

（1）多功能阻燃助劑與新型阻燃整理工藝相結(jié)合，不斷加強機理研究，拓展功能的開發(fā)，滿足多方面需求；

（2）多功能阻燃助劑將符合更加無害、環(huán)境友好、可再生及綠色無污染的可持續(xù)發(fā)展理念；

（3）提高多功能阻燃整理的耐用性，并適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。