涤纶面料阻燃整理技术的应用
王兴福孙丽华北京洁尔爽高科技有限公司技术中心主任高级工程师天津鑫利达针棉纺织品
有限公司总工程师
【摘要】本文根据涤纶面料渗透性差、易燃的特点，经过大量试验摸索出涤纶面料的加工工艺，并对阻燃的机理、阻燃测试方法及相关阻燃标准进行了阐述。
一、前言
近年来，在我国平均每年发生的火灾次数为3至4万起，死亡人数2至3千人，火灾损失折合人民币2至3亿元，而且有上升趋势。据美、英、日等国对火灾起因的调查，由纺织品引起的火灾占火灾总数的一半。所以防止由纺织品引起的火灾问题引起世界各国人们的重视。随着各类民用和产业用纺织品的消费量迅速增加，特别是各种室内装饰、舱内装饰织物和床上用品的需求量日益增加，由纺织品引起的火灾也不断增加。本世纪60年代日本、欧美等发达国家对纺织品的阻燃整理提出了要求，并制定了各类纺织品的阻燃标准，我国也制定了相应的阻燃标准、明确提出了阻燃制品的测试方法和技术指标，对纺织阻燃的质量控制提供了保证。在应用方面，从纺织品的种类和适用场所限制非阻燃织物。
由于涤纶织物来自合成材料的特性，所以具有非常易燃的特点，因而涤纶阻燃纺织品的开发显得极为重要。另外由于涤纶阻燃纤维在纺丝过程中受到阻燃材料添加量的限制，所以很难达到理想的阻燃效果。根据涤纶纤维的特点，我们采用北京洁尔爽高科技有限公司的涤纶阻燃剂ATP通过浸轧法在高温定型过程中，使阻燃材料的小分子嵌入涤纶的大分子之中，形成良好的键合，既表现出良好的阻燃效果，又有出色的耐洗性。
二、涤纶纤维的阻燃机理
涤纶纤维的种类很多，其结构也不尽相同，因此，其燃烧情况也各异。纺织品的燃烧也和其他物质一样，必须具备三个条件：热、空气和可燃物。纺织品的燃烧，都是由外来热源引起的，当热源的温度达到一定的高度时，使其分解或裂解产生可燃性气体，与空气中的氧气混合而使其着火。其间，在气相、液相和固相中发生的物理的和化学的反应十分复杂，同时受到种种因素的影响，所以，至今仍难对它进行定量分析。对纺织品燃烧的定性说明也还不很完善。
纺织品燃烧的过程包括加热、熔融、裂解和分解、氧化和着火等步骤。在各个步骤进行的速度还受到许多因素的影响。纺织品加热后，首先是水分蒸发、软化和熔融这样的物理变化，继之才是裂解和分解等化学变化。物理变化与纺织纤维的比热、热导率、熔融热和蒸发潜热等有关；化学变化又决定于纤维的分解和裂解温度、分解潜热的大小。另外，纺织品的种类、组织结构、表面形态等对其燃烧也是有影响的。
1．涤纶纤维的热裂解
纤维的热裂解在纺织品的燃烧过程中是一个至关重要的步骤，它决定裂解产物的组成和比例，对能否续燃关系极大。了解纺织品的热裂解及热裂解的产物，可以帮助我们研制阻燃剂和制定纺织品的阻燃整理工艺。通过阻燃整理使这些易燃物质减少或将其封闭，以达到阻燃的目的。
涤纶纤维是应用较广的合成纤维之一，它的燃烧与其他合成高分子材料一样，和高温热源接
触，吸收热量后发生热裂解反应，热裂解反应生成易燃气体，易燃气体在空气(氧)存在的条件下，发生燃烧，燃烧产生的热量被纤维吸收后，又促进了纤维继续热裂解和进一步燃烧，形成一个循环。合成纤维持续燃烧，必需具备下列条件：①高聚物分解，能产生可燃气体；
②燃烧产生的热量，足以加热高聚物，使之连续不断地产生可燃气体；③产生的可燃气体能与氧气混合，并扩散到已点燃的部分；④燃烧部分蔓延到可燃气体与氧气的混合区域中。针对这四个条件，人们提出了阻燃的基本原理：减少(或者基本没有)热分解气体的生成，阻碍气相燃烧的基本反应，吸收燃烧区域的热量，稀释和隔离空气。
2．涤纶纤维阻燃机理
材料的阻燃性，常通过气相阻燃、凝聚相阻燃及中断热交换阻燃等机理实现。抑制促进燃烧反应链增长的自由基而发挥阻燃功能的属气相阻燃；在固相中延缓或阻止高聚物热分解起阻燃作用的属凝聚相阻燃；将聚合物燃烧产生的部分热量带走而导致的阻燃，则属于中断热交换机理类的阻燃。但燃烧和阻燃都是十分复杂的过程，涉及很多影响和因素，将一种阻燃体系的阻燃机理严格划分为某一种是很难的，实际上很多阻燃体系同时以几种阻燃机理起作用。涤纶纤维织物的阻燃整理改性方法工艺简单、成本低，从流通的多样性及对阻燃要求程度多方面的适应性来看，较原丝改性方法有利。但阻燃剂如果用量多，则对织物的手感和色泽影响较大。聚酯纤维织物阻燃整理的方法大致有以下三类：
1)将阻燃剂设计成象分散染料那样的吸附型结构，采用整理-染色一浴法工艺。如阻燃剂JLSUN?ATF。
2)用热溶法将与聚酯纤维亲和性很大的阻燃剂固着在纤维上。适合于这种方法的阻燃剂品种不多，对手感影响小，耐洗牢度好。如阻燃剂JLSUN?ATF。
3)溶出型阻燃剂使用方便，阻燃效果良好，适用于天然及化学纤维织物和纸张的不耐洗涤阻燃整理，还适用于宾馆、汽车等使用的内装饰材料的阻燃整理。
三、阻燃整理工艺
阻燃织物可以由阻燃纤维直接织造而成，由于该法是通过在合成纤维熔融纺丝过程中添加阻燃材料制成阻燃纤维，所以它要受到阻燃材料的种类、物理特性和添加量的影响，否则会直接影响到纤维阻燃的效果和纤维纺丝过程的实施。由于受阻燃材料添加量的限制(一般添加量为3％)，所以此种阻燃纤维一般不会达到理想的阻燃效果，因此此法用的很少。一般的阻燃加工过程是采用织物阻燃后整理的方法。根据阻
燃剂的特性和涤纶织物的品种以及织物的用途，采用不同的整理方法。
1．非耐久性阻燃整理
涤纶织物的非耐久阻燃整理与棉织物相似，也是用一定浓度的硼砂、硼酸、聚磷酸铵等的溶液进行整理，整理后的织物通过调节增重一般都能达到所要求的阻燃效果。较难处理的是薄型涤纶织物，通常在相同的增重下，单位面积质量越大的织物，阻燃效果越好，因此稀薄织物往往需要较高的增重率。而薄织物对阻燃剂的吸附不能象厚织物一样充分，阻燃剂易于在织物表面形成白霜，产生阻燃剂渗出的现象，影响外观和手感。所以，薄型涤纶织物的阻燃整理要兼顾织物的阻燃性能和整理效果。典型产品有北京洁尔爽高科技有限公司的SCJ-968等。
阻燃剂SCJ-968使用方便，阻燃效果良好，适用于天然及化学纤维织物和纸张的阻燃整理，还适用于宾馆、汽车等使用的内装饰材料的阻燃整理。SCJ-968外观为无色透明液体，含固量大于20％，能与水互溶，PH值=7-8。特别适用于棉织物的非耐久阻燃整理。
工艺流程为：
(1)喷撒处理：SCJ-968 50-80％直接喷洒到窗帘、壁纸、沙发、地毯等装饰织物和吸收性材料上，晾干后即可获得良好的阻燃效果。
(2)浸轧法：(SCJ-968 50-80％)→烘干→定型拉幅。此法可以和其它整理同浴完成，如柔
软整理等。
2．耐久阻燃整理工艺
使用北京洁尔爽高科技有限公司的JLSUN?ATP可以达到国家阻燃标准B2级指标，可以耐洗30次以上。
(1)前处理过程
在阻燃整理前最好做碱减量处理，以改变涤纶纤维吸水性差，带液低的弱点，有效去除织物表面的杂质，防止其他助剂存在，提高阻燃整理效果。
工艺配方：NaOH 20-30g／L
阴离子渗透剂0.2-0.5g／L
处理温度与时间：95-100℃20-60分钟
处理过的织物充分水洗，去除残碱后烘干
(2)阻燃整理过程
阻燃剂ATP的使用量随织物的厚度不同而作相应的调整。
A处方：ATP阻燃剂90-180g／L
5-10％NaOH调pH值至6-6.5
配方也可以加入交联剂、防泳移剂、柔软剂，以进一步提高效果，但要求进行配伍性实验。
B化料操作：
先加入少量软水，再加入所需的ATP，充分溶解。用5-lO％NaOH溶液滴加至溶液的pH值至6-6.5，加入80％水，再加入其他助剂后搅拌，并用水稀释至规定刻度。配制好的工作液应尽快使用。
C工艺流程
二浸二轧(轧液率50-70％)→烘干(100℃／1-2min)→焙烘(185-195℃／1.5-2min) →水洗→烘干
注意事项：
上述工艺配方和工艺过程根据具体加工条件作适当调整。
(a)加入其他助剂应进行必要的小试试验
(b)焙烘温度必须严格控制，否则影响耐洗性和阻燃效果
(c)对一些特殊的染料，生产前应做色光变化小试。
四．阻燃纺织品的有关标准
目前国际上阻燃纺织品的标准很多，如英国BS、德国DIN、加拿大GCSB、美国FS、瑞士SNV、日本JIS、法国ANF、瑞典SIS、中国GB以及国际标淮IS0等。某些国家的地区和组织，如美国的纽约、波士顿、加利福尼亚等大城市或州，以及商务部(DOCFF)、运输部(DOT)和军事机构等；各团体、学会或协会，如国家防火协会(NFPA)、纺织化学家和染色家协会(AATCC)、材料试验学会(ASTM)等，均有一套自己的标准和测试方法。不同类别的纺织品专门的品种或成品，就有不同的测试方法。
1、我国常用的阻燃纺织品标准
(1)GB 17591《阻燃机织物》
该标准规定了阻燃机织物的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则及包装和标志。标准将阻燃机织物的阻燃性能分为2个级别：1)Bl级：损毁长度≤150mm，续燃时间≤5s，阴燃时间≤5S；2)B2级：损毁长度≤200mm，续燃时间≤15s，阴燃时间≤10s。阻燃性能的测试方法按照GB／T5455。根据产品用途或由供需双方协商确定考核级别，一般B1级适用于服用和特殊需要的装饰用布，B2级适用于各种装饰布。
(2)GB8965《阻燃防护服》
该标准规定了阻燃防护服的技术要求、试验方法、检验规程、标志、包装、运输和储存，只
适用于劳动者从事有明火、散发火花、在熔融金属附近操作和在易燃物质并有发火危险的场所穿用的阻燃服。其衣料的阻燃性能应根据GB／T5455进行测试，并达到GBl759l中所规定的Bl级要求。
(3)GB50222《建筑内部装修设计防火规范》
该标准对家庭内装饰织物(如窗帘、帷幕、床罩、家具包布等)的阻燃要求以及测试方法都做了相关规定。根据GB／T5455垂直法进行测试，地下民用建筑中的装饰织物都必须达到B1级要求，高层民用建筑中的装饰织物都必须达到B1级要求，高层民用建筑中的住宅和旅馆的床罩都要达到B1级要求，而窗帘、帷幕和家具包布根据建筑物和场所的不同也要达到B1级或B2级要求。
2．阻燃织物常用的测试方法
(1)限氧指数(LOI)法
限氧指数法是指织物在氧气和氮气混合气体中发生燃烧时，维持织物烛状燃烧所需要的最低氧气浓度，限氧指数越大，说明产品的阻燃效果越好，反之则阻燃效果越差或不阻燃。限氧指数法虽具有灵敏度高的优点，但对试验条件以及操作人员的要求较高，而且试验中的氧浓度与织物实际使用条件相差较大，因此限氧指数法非常适合作为科研中的测试手段，而不常在产品生产过程中应用。
(2)垂直燃烧法
垂直燃烧法是指利用特定点火源(火焰高度40mm±2mm),在离织物底边20mm中心处对固定在U型夹中的垂直织物进行燃烧，在规定的燃烧时间内，通过考核织物的燃烧状态、续燃时间阴燃时间、损毁长度等指标来测试织物阻燃性能的一种方法。我国及大部分国家对纺织品阻燃效果测试采用垂直燃烧法居多，日本用于测试服装类纺织品的阻燃性能，美国、英国和德国则用于测试儿童内衣、防护服、装饰布的阻燃性能。在国内外垂直燃烧法是最为完善的阻燃性能测试方法之一，大部分标准已在各行各业中起到了规范指导的作用，如我国的GB8965 98《阻燃防护服》GBl7591 1996《阻燃机织物》、GB50222 95《建筑内部装饰设计防火规范》、HB5470 96《民用飞机舱内非金属材料燃烧性能要求》、GB8410-87《汽车内装饰材料》，日本的JISDl20l FMVSS302《汽车装饰织物》、’TCL1008 69《飞机装饰织物》，美国的NFPA701《窗帘阻燃性能》等。
(3)45°斜面燃烧法
在规定条件下，试样斜放呈45°，对试样点火，时间1s，将试样有焰向上燃烧一定距离所需的时问作为评估织物燃烧剧烈程度的方法，通过测得的续燃和阴燃时间、损毁面积和损毁长度来衡量织物阻燃效果。
(4)平面燃烧法
在规定条件下，对水平方向的织物试样点火，时间15s，测定火焰在试样上的蔓延距离和蔓延该距离所用的时间，通过测量得到的火焰蔓延时间及火焰蔓延速率来衡量织物的阻燃效果。阻燃性能的测试在阻燃整理研究中是非常重要的环节。常用的织物阻燃测试方法有两种：垂直燃烧法和氧指数法。在国家标准GB5455-85中对垂直燃烧法有详尽的定义和规范。一般来说，氧指数法比较适合相同材料、相同织物结构的试样阻燃性的横向对比。单独凭借限氧指数值(LOI)的高低，不足以说明该样品阻燃性的好坏；而垂直燃烧法所测得的损毁炭长，则可以客观地描述织物阻燃性。但与垂直燃烧法相比，氧指数法测得数据准确，重现性好。因此，氧指数法更适合用于工艺过程实验使用；垂直燃烧法则可以评价织物的最终阻燃性能。
五、结语
结合纺织品阻燃要求，开发阻燃、性能优异的阻燃制品，加强消防安全监督管理，可从根本上预防纺织品的火灾威胁，给人民生命财产提供安全保证。
纺织品对阻燃功能的迫切要求使许多国家制订了相应的纺织品阻燃标准及测试方法：有些国
家还将纺织品燃烧性能标准结合有关法律强制执行。在这种背景下，各国的工业部门和研究部门竞相进行纺织品阻燃研究，并在国际市场上形成剧烈竞争，从而推动了阻燃整理的发展。目前，阻燃整理已经成为纺织科学的重要组成部分，也是印染后整理中的一个突出课题。织物的阻燃技术也将随着新材料的开发，化工技术和纺织技术的不断进步而逐渐完善，真正成为人类生命和财产的忠诚“卫士”。
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