第二章 防護功能整理

第一節 阻燃整理

本節知識點

1.了解紡織品阻燃整理的發展現狀

2.掌握紡織品阻燃整理的機理

3.分析各種紡織材料的燃燒特性及其阻燃機理

4.阻燃效果的評價標準及方法

一、阻燃整理概述

隨著紡織工業的不斷發展，紡織品在為人們提供美觀、舒適的同時，其易燃性也時刻威脅著人們的生命財產安全。據統計，2014年全國共發生火災39.5萬起，死亡1817人，直接財產損失43.9億多元^［1］。由紡織品直接或間接引起的火災約占火災總數的半數以上，其中床上用紡織品、室內裝飾用紡織品和衣著用紡織品為起火的主要材料。為了阻止火災發生，除采取防火措施外，廣泛使用具有阻燃性能的紡織品也是有效的措施之一，使用阻燃紡織品可以延緩火災的擴大，使人們有時間撤離或采取措施進行滅火。

紡織品阻燃整理（flame retardant finishing）是通過化學鍵合、化學黏合、吸附沉積及非極性范德華力結合等作用，使阻燃劑固著在纖維和織物上，從而使織物獲得阻燃性能的加工過程^［2］。對于再生纖維和合成纖維，可通過共聚或共混改性、阻燃整理的方法；對于天然纖維，只能采用后整理的阻燃方法，本章主要討論后整理阻燃方法。

二、紡織品的阻燃機理

關于阻燃理論的研究，1970年以前發展緩慢。近年來，隨著先進測試儀器的出現，使阻燃基礎理論的研究不斷深入，從而促進了阻燃科學的發展。

（一）紡織品的燃燒^［3］

紡織品的燃燒是一個非常復雜的過程，首先由火源提供給紡織品足夠的熱量使之分解產生可燃性氣體，然后可燃性氣體與空氣中的氧氣混合，并著火燃燒。燃燒過程中產生的熱量又使紡織品進一步裂解。在氣相、液相和固相中發生的物理和化學反應十分復雜，同時受到紡織品的種類與組織結構、周圍環境等多種因素的影響，所以，至今仍難對紡織品燃燒過程進行明確的解釋，從熱裂解或分解機理的觀點看，紡織品的燃燒過程為：

紡織品受熱首先發生水分蒸發、軟化和熔融等物理變化，繼而是裂解和分解等化學變化。物理變化與紡織纖維的熱物理常數有關，如比熱、熱導率、熔融熱和蒸發潛熱等；化學變化取決于纖維的分解和裂解溫度、分解潛熱的大小。只有當裂解和分解生成的可燃性氣體與空氣混合并達到可燃濃度范圍時才能著火。燃燒產生的熱量使氣相、液相和固相的溫度上升，燃燒才能繼續維持下去，影響因素主要是可燃性氣體與空氣中氧氣的擴散速度和纖維的燃燒熱。要使燃燒向鄰近部分蔓延，在燃燒過程中散失的熱量必須不影響鄰近紡織品達到燃燒所需的熱量條件，續燃才有可能。紡織品燃燒過程中，熱裂解是一個重要的步驟，它決定裂解產物的組成和比例，影響紡織品能否續燃。

纖維分為熱塑性纖維和非熱塑性纖維。熱塑性纖維玻璃化溫度（或熔融溫度）小于熱裂解溫度（或燃燒溫度）；非熱塑性纖維的玻璃化溫度（或熔融溫度）大于熱裂解溫度（或燃燒溫度）。這兩類纖維燃燒過程中有一個顯著區別，非熱塑性纖維在加熱過程中，不會軟化、收縮和熔融，熱裂解的可燃性氣體與空氣混合后，燃燒生成碳化物。各種天然纖維屬于非熱塑性纖維。而熱塑性纖維在加熱過程中，當溫度超過玻璃化轉變溫度時就會軟化，若達到熔融溫度就會生成黏稠橡膠狀，在燃燒時熔融物容易滴落，從而造成續燃困難；但高溫熔融物會黏著皮膚造成深度燒傷，加重災難。聚酯、聚酰胺等合成纖維屬于熱塑性纖維。熱塑性纖維與非熱塑性纖維的混紡產品燃燒時產生一種新情況，混紡產品燃燒時，非熱塑性纖維的炭化對熱塑性纖維的熔融物起骨架作用，使熔融物滴落受阻，因此，混紡織物比單獨一種纖維更容易燃燒，這種現象稱為骨架效應。

（二）紡織品的阻燃機理

紡織品的阻燃是指降低紡織品在火焰中的可燃性，減緩火焰蔓延速度，當火焰移去后能很快自熄，減少燃燒。從燃燒過程看，要達到阻燃目的，必須切斷由可燃物、熱和氧氣三要素構成的燃燒循環。

紡織品的阻燃理論可歸納為覆蓋層作用、氣體稀釋作用、吸熱作用、熔滴作用、提高熱裂解溫度、凝聚相阻燃和氣相阻燃等^［4］。

1.覆蓋層作用

阻燃劑受熱后，在紡織品表面熔融形成玻璃狀覆蓋層，成為紡織品和火焰之間的屏障，既隔絕空氣，又可阻止可燃性氣體的擴散，還可阻擋熱傳導和熱輻射，減少反饋給紡織品的熱量，從而抑制紡織品的熱裂解和燃燒反應。

2.氣體稀釋作用

阻燃劑吸熱分解后釋放出不燃性氣體，如氮氣、二氧化碳、氨、二氧化硫等，這些氣體稀釋了可燃氣體，或使燃燒過程供氧不足。另外，不燃性氣體還有散熱降溫作用。

3.吸熱作用

熱容量高的阻燃劑在高溫下發生相變或脫水、脫鹵化氫等吸熱分解反應，降低了織物表面和火焰的溫度，減慢熱裂解反應的速度，抑制可燃性氣體的生成。如三水合氧化鋁分解時釋放出水，水再由液相變為氣相，需要消耗大量的熱。

4.熔融作用

在阻燃劑的作用下，紡織品中纖維發生解聚，熔融溫度降低，增加了熔點和著火點之間的溫差，使纖維材料在裂解之前軟化、收縮、熔融，成為熔滴滴落，大部分熱量被帶走，從而中斷了燃燒產生的熱量反饋到紡織品上的過程，最終中斷燃燒。

5.提高熱裂解溫度

在纖維大分子中引入芳環或芳雜環，增加大分子鏈間的密集度和內聚力，提高纖維的耐熱性；或通過大分子鏈交聯環化、與金屬離子螯合等方法，改變纖維分子結構，提高炭化溫度，抑制熱裂解，減少可燃性氣體的產生。

6.氣相阻燃機理

氣相阻燃機理指氣相中使燃燒中斷或延緩鏈式燃燒反應的阻燃作用，氣相阻燃作用對纖維的化學結構不敏感。屬于氣相阻燃的情況有：

①阻燃材料受熱或燃燒時能產生自由基抑制劑，從而使燃燒鏈式反應中斷；

②阻燃材料受熱或燃燒時生成微小粒子，它們能促進自由基相互結合以終止鏈式反應；

③阻燃材料受熱或燃燒時釋放出大量惰性氣體或高密度蒸汽，前者可稀釋氧氣和可燃氣態產物，并降低可燃氣體的溫度，使得燃燒終止；后者則覆蓋在可燃氣體表面上，隔絕它與空氣的接觸，從而使燃燒窒息終止。

7.凝聚相阻燃機理

凝聚相阻燃機理是指在凝聚相中改變纖維大分子鏈的熱裂解歷程，促進發生脫水、縮合、環化、交聯等反應，增加炭化殘渣，減少可燃性氣體的產生。凝聚相作用的效果，與阻燃劑和纖維在化學結構上的匹配與否有密切關系。屬于凝聚相作用的阻燃有：

①阻燃劑在固相中延緩或阻止能夠產生可燃性氣體和自由基的熱分解；

②阻燃劑在受熱分解時吸收熱量，使阻燃材料升溫減緩或中止；

③阻燃材料燃燒時在其表面生成多孔的炭層，炭層難燃、隔熱、隔氧，又能夠阻止可燃性氣體進入燃燒氣相，使燃燒中斷。

燃燒和阻燃都是十分復雜的過程，涉及很多制約因素的影響，將一種阻燃體系的阻燃機理嚴格劃分為一種是很難的，實際上，阻燃體系同時以幾種阻燃機理共同起作用。

（三）紡織品的熱裂解及阻燃整理

紡織品的燃燒與組成其纖維的熱穩定性及熱裂解產物有關，自20世紀60年代開始，人們就借助熱分析技術對各種紡織纖維的耐熱穩定性進行了研究，并用氣相色譜—質譜技術對纖維的熱裂解行為及熱裂解產物進行了系統研究^［5］。

1.纖維素纖維

纖維素纖維主要為碳水化合物，受熱不熔融，遇火焰后燃燒較快。纖維素受熱后產生熱裂解，裂解產物為固態、液態物質和揮發性氣體，熱裂解時可能產生如下反應：

纖維素→CO+CO₂+C→焦油（左旋葡聚糖）→可燃性氣體

纖維素的裂解是個相當復雜的過程，一般認為纖維素纖維的裂解反應分兩個方向：一個方向是纖維素脫水炭化，產生水、CO₂和固體殘渣；另一個方向是纖維素通過解聚生成不揮發的液體左旋葡萄糖，而后左旋葡萄糖進一步裂解，產生低分子質量的裂解產物，并形成二次焦炭。在氧的存在下，左旋葡萄糖的裂解產物發生氧化，燃燒產生大量熱，又引起更多纖維素發生裂解。這兩個反應始終存在于纖維素裂解的整個過程中^{［6，7］}。

對于纖維素纖維來說，所用的阻燃劑大多是含磷化合物。受熱時含磷化合物首先分解釋放出磷酸，受強熱時生成偏磷酸和聚偏磷酸，它們都是脫水催化劑，使纖維素脫去水留下焦炭。磷酸也可使纖維素磷?；?，特別是在有含氮物質存在的情況下更易進行。纖維素磷酰化（主要是纖維素中的羥甲基上發生酯化反應）后，使吡喃環易破裂，進行脫水反應。形成的焦炭層起著隔絕內部聚合物與氧接觸的作用，使燃燒窒息；同時焦炭層導熱性差，使聚合物與外界熱源隔絕，減緩熱分解反應；脫出來的水分能吸收大量潛熱，使溫度降低。這是磷化物的凝聚相阻燃機理。

磷化物在氣相中也有阻燃作用。阻燃纖維素裂解后的產物中含PO·自由基，同時火焰中氫自由基濃度大大降低，表明PO·捕獲H·。

2.蛋白質纖維

羊毛、蠶絲等蛋白質纖維中，氮和硫是阻燃元素，因此與纖維素纖維相比，蛋白質纖維不易燃燒。但由于含有氮元素，燃燒后的氣體中含有氫氰酸，毒性大。

目前蛋白質纖維阻燃主要是用鈦、鋯、鎢等絡合物處理。其對羊毛的阻燃機理還不很清楚。所用的絡合物主要是氟鋯酸鉀或氟鈦酸鉀，受熱時，氟化物逐步分解，溫度至300℃時產生的ZrOF₂和TiOF₂均為微粒，本身不能燃燒，它覆蓋在羊毛纖維表面，阻止空氣中氧氣的充分供應，同時阻止可燃性裂解氣體的逸出，從而起到阻燃作用。

3.合成纖維

（1）滌綸：滌綸的熱裂解產物主要為氣體、焦油狀高沸點物和殘渣，在不同的裂解溫度下，其裂解產物的比例不同，其中氣體組分隨溫度升高而增加，焦油狀組分在600℃時出現最大值，而殘渣則隨溫度升高而減少，氣體和焦油狀組分是決定其燃燒性的關鍵。滌綸經阻燃整理后，其阻燃劑的作用主要發生在氣相中，滌綸的裂解機理推測如下。

滌綸織物大多用鹵素類和磷系阻燃劑。鹵素類阻燃劑主要是通過阻燃劑受熱分解，生成鹵化氫等含鹵素氣體，一方面在氣相中捕獲活潑的自由基，另一方面由于含鹵素的氣體的密度比較大，能覆蓋在燃燒物表面，一定程度上起到隔絕氧氣與燃燒區域接觸的作用。溴類阻燃劑的阻燃作用比氯類明顯。銻類化合物與鹵素有阻燃協效作用。磷系阻燃劑對含碳、氧元素的合成纖維具有良好的阻燃效果，它們通過促進聚合物成炭，減少可燃性氣體的生成量，從而在凝聚相起到阻燃作用。經磷系阻燃劑改性的滌綸燃燒時，表面生成的無定形碳能夠有效地隔絕與氧氣以及熱量的接觸，同時磷酸類物質分解吸收熱量，也在一定程度上抑制了聚酯的降解反應。

（2）腈綸：腈綸屬易燃纖維，受熱容易燃燒。腈綸的燃燒是一個循環過程，在低溫下發生環化分解產生雜環化合物，這些化合物在高溫下發生裂解，產生·OH和H·自由基，自由基進一步引發斷鏈反應，并放出可燃性揮發氣體，這些氣體在氧的作用下著火燃燒，生成含HCN、CO、NH₃等有毒煙霧。燃燒時放出的熱量，除了部分散發外，還會進一步加劇纖維的裂解，從而使燃燒過程得以循環和繼續。

腈綸的阻燃大多利用磷和鹵素為主要阻燃成分，其阻燃作用與應用在滌綸上類似。

（3）錦綸：錦綸遇火燃燒比較緩慢，纖維強烈收縮，容易熔融滴落，而且燃燒過程容易自熄。這主要是錦綸的熔融溫度與著火點溫度相差較大的緣故。由于其熔融溫度較低，熔融后黏度較小，燃燒過程中生成的熱量足以使纖維熔融，因此錦綸比許多天然纖維容易點燃。雖然錦綸燃燒收縮，熔融滴落而具有自熄滅的性質，但當其與其他非熱塑性纖維混紡或交織時，由于非熱塑性纖維起到“支架”作用，錦綸更易燃燒。

錦綸大分子主鏈上含有氧、氮等雜原子，熱分解時由于不同鍵的斷裂形成各種產物，裂解比較復雜。真空條件下，錦綸在300℃以上裂解生成非揮發性產物和部分揮發性產物，揮發性產物主要為CO₂、CO、H₂O、C₂H₅OH、C₆H₆、C₅H₈O、NH₃及其他脂肪族、芳香族飽和與不飽和化合物等。

錦綸的阻燃也主要是通過兩種機理進行，一是凝聚相阻燃，通過促進聚酰胺燃燒向生成更多炭的方向進行，降低可燃性氣體的生成；二是通過氣相自由基捕獲機理，阻燃劑分解后與空氣中的氧結合，減少活潑自由基的生成，達到阻燃目的。

4.混紡織物

以棉和滌綸混紡織物為例，由棉和滌綸的熱裂解過程變化看，兩種纖維阻燃整理后熱裂解行為比較如表2-1-1所示。

表2-1-1 棉和滌綸阻燃整理后熱裂解行為的變化

因此，棉纖維經含磷阻燃劑整理后，由于降低了裂解起始溫度，阻燃劑在較低的溫度下分解生成磷酸，隨著溫度的升高變成偏磷酸，繼之縮合成聚偏磷酸，聚偏磷酸是一種強烈的脫水劑，促使纖維素炭化，抑制了可燃性裂解產物的生成，從而起阻燃作用；此外，分解產生的磷酸又會形成不揮發的保護層，既能隔絕空氣，又是纖維素燃燒中使碳氧化成一氧化碳的催化劑，因而，減少了二氧化碳的生成。由于碳生成一氧化碳的生成熱（110.46kJ/mol）小于二氧化碳的生成熱（394.97kJ/mol），這樣有效抑制了熱量的釋放，能防止纖維素的續燃產生，故其阻燃作用主要是發生在凝固相部分。

但是，滌綸經阻燃整理后，其裂解溫度和產物基本不變，殘渣中不含阻燃劑成分，因此，認為燃燒是遵循連鎖反應，過程為：

a.形成過氧化物 RH+O₂→ROOH

b.生成游離基 ROOH→R·+·OOH（或RO·+·OH）

c.鏈增長

反應可以在分子內或分子間進行，所以，在滌綸燃燒的氣相中有大量高能量的游離基，如R·、·OOH、·OH等，阻燃劑是一種受熱后生成低能量游離基的化合物，如鹵化物的游離基·X，能在火焰中捕獲高能量游離基而產生鏈轉移反應，由于少量鹵素游離基能有效奪取滌綸燃燒中鏈增長的高能量游離基，故能延緩燃燒作用，若與火焰中·OH等游離基作用，會生成鹵化氫，在火焰中能反復發揮阻燃作用，如下式：

X·+·OH→HX+O·

X·+H·→HX

因此，滌綸的阻燃作用主要是發生在氣相部分。

三、阻燃整理劑及整理工藝

（一）紡織品常用阻燃整理劑

阻燃劑是一種能降低高分子材料燃燒性能的物質。用于紡織品阻燃劑的主要是元素周期表中第Ⅲ族中的硼和鋁，第Ⅳ族中的鈦和鋯，第Ⅴ族中的氮、磷和銻，第Ⅵ族中的硫以及第Ⅶ族中的鹵素的化合物。按其化學成分可以分為有機阻燃劑和無機阻燃劑兩大類，有機阻燃劑按阻燃元素分主要有鹵系、有機磷系及鹵—磷系、磷—氮系；無機阻燃劑主要有銻系、鋁鎂系、硼系、鉬系。

按使用方式和在聚合物中的存在形態，阻燃劑分為反應型和添加型兩大類。添加型阻燃劑主要是將阻燃劑分散到聚合物中或涂布在聚合物表面，屬于物理分散性的混合，不發生化學反應；反應型阻燃劑通過化學反應在高分子材料中引入阻燃基團，從而提高材料的抗燃性，阻燃劑能夠長期穩定地存在于材料內部而不滲出流失。在阻燃劑類型中，添加型阻燃劑占主導地位，使用廣泛，約占阻燃劑的85%^［8-10］。

（二）阻燃劑的阻燃機理

1.磷系阻燃劑的阻燃機理

無機磷系阻燃劑在燃燒時生成磷酸、偏磷酸、聚偏磷酸等，由于它們具有強脫水性，可使聚合物炭化形成致密的炭化層，聚偏磷酸則呈現黏稠熔融玻璃狀覆蓋在未燃材料的表面，這種固體或液體膜既能阻止自由基的逸出，又能隔絕氧氣，起到阻燃作用；有機磷系阻燃劑在燃燒時與聚合物基體或其分解產物反應生成P—O—C鍵，形成了保護層，或發生交聯反應生成熱穩定性好的多芳結構網狀化合物，從而起到阻燃作用。另外，磷系阻燃劑的阻燃作用還表現在捕獲游離基上，其過程反應式為：

H₃PO₄→HPO₂+PO·

H·+PO·→HPO·

H·+HPO·→H₂+PO·

OH·+PO·→HPO·+O·

在燃燒中分解生成PO·和HPO·等自由基，在氣相狀態下捕捉活性H·自由基或OH·自由基。此外，磷系阻燃劑還能夠促進燃燒物表面形成多孔質的發泡炭化層，隔絕熱和氧。

2.氮系阻燃劑的阻燃機理

氮系阻燃劑受熱分解，釋放出氨氣、氮氣、氮氧化物、水蒸氣等不燃性氣體，阻燃劑分解時吸熱（包括阻燃劑的升華吸熱）帶走了大部分熱量，降低了聚合物的表面溫度。不燃性氣體不僅起到了稀釋空氣中的氧氣和高聚物受熱分解產生的可燃性氣體濃度的作用，還能與空氣中的氧氣反應，消耗材料表面的氧氣，達到阻燃目的。

3.有機硅阻燃劑阻燃機理

當高分子材料燃燒時，有機硅分子中Si—O鍵形成—Si—C—鍵，生成的白色殘渣與炭化物構成復合無機層，阻止燃燒生成的揮發物外逸，隔絕空氣，防止熔體滴落，達到阻燃目的。

4.鹵素化合物的阻燃機理

鹵素的阻燃效果順序為氯<溴<碘，含鹵阻燃劑主要是有機化合物，其中以溴化合物為多，其阻燃作用是在燃燒氣體中生成的鹵元素游離基，與高能量游離基產生鏈轉移反應而阻止燃燒進行，其中生成的鹵化氫氣體本身有稀釋作用，也能起一定抑制燃燒功能，因而，這類阻燃劑的作用主要是在氣相中進行的。

5.協同阻燃的阻燃機理

不同的阻燃元素或阻燃劑之間，往往會產生協同阻燃效應，如氮—磷、磷—鹵、鹵—銻可以產生協同阻燃效應，協同阻燃的機理比較復雜。例如，磷、硅、氮三種元素協同阻燃，其阻燃機理通常認為：含磷基團能使聚合物炭化形成致密的炭化層；含氮阻燃劑受熱放出CO₂、NH₃、N₂等不燃性氣體，稀釋可燃性氣體，覆蓋或環繞在聚合物的周圍，使聚合物與空氣隔絕，并且使炭化層膨脹，同時氮氣還可以捕獲自由基，抑制聚合物燃燒連鎖反應發生；含硅化合物分解產生SiO₂或Si覆蓋在膨脹炭層的表面，賦予炭層較高的熱穩定性和抗氧化性，發揮較好的阻燃作用^［5］。

（三）紡織品阻燃整理工藝^{［3，5］}

紡織品常用阻燃整理工藝有四種，即浸漬烘燥法、浸軋焙烘法、涂層法和噴霧法。

浸漬烘燥法是將織物用含阻燃整理劑的整理液浸漬一段時間后再烘燥，使阻燃整理劑滲透到纖維內部并附著，阻燃整理劑與纖維分子間靠范德華力吸附，因此，浸漬烘燥法所獲得的阻燃效果不耐久，水洗后阻燃劑容易脫落，織物失去阻燃效果。

浸軋焙烘法工藝流程為：

浸軋→烘燥→焙烘→水洗后處理

浸軋液一般由阻燃劑、交聯劑、催化劑、添加劑及表面活性劑等組成，軋液率根據織物種類、阻燃性能要求確定，烘燥溫度一般在100℃左右，焙烘溫度根據阻燃劑、交聯劑和纖維種類確定，后處理主要是去除織物表面沒有反應的阻燃劑及其他試劑，改善織物的手感。浸軋焙烘法獲得的阻燃效果可耐多次水洗，是耐久整理工藝。

涂層法是將阻燃劑混入涂層液中，經過涂層機將涂層劑敷于織物表面，烘干后涂層劑交聯成膜，阻燃劑均勻分布在涂層薄膜中，起到阻燃作用，當阻燃劑不溶于水或阻燃劑不能和纖維大分子形成交聯時可使用涂層法工藝。

噴霧法主要用于不能在普通設備上加工的產品，如大型幕布，地毯以及表面蓬松的花紋、簇絨、絨頭起毛的織物等，一般采用噴霧法。

1.棉織物的阻燃整理工藝

棉織物的阻燃整理分為暫時性阻燃整理、半耐久性阻燃整理和耐久性阻燃整理，暫時性或半耐久性阻燃整理主要是將磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、尿素、硼砂、硼酸、聚磷酸銨等用浸漬烘燥法或浸軋焙烘法處理到織物上，典型的耐久性阻燃整理工藝是Proban整理。

Proban整理工藝：

工藝處方：

三羥甲基膦鹽（Proban） 430g/L

NaOH（100%） 10g/L

滲透劑 2g/L

工藝流程：

浸軋（軋液率90%）→烘干（105℃）→氨熏→氧化（10%H₂O₂，40℃，30s）→水洗（清洗至中性）→烘干

2.蛋白質纖維織物的阻燃整理工藝

羊毛和蠶絲具有較高的回潮率和含氮量，屬難燃纖維，但若要滿足更高的阻燃標準，則需要進行阻燃整理。金屬絡合物是目前羊毛織物普遍應用的阻燃整理方法之一，主要有鈦、鋯、鎢等金屬絡合物整理。六氟鈦酸鉀和六氟鋯酸鉀為常用的氟絡合物阻燃劑，在處理液中可離解出氟鈦或氟鋯離子，在酸性條件下能被帶正電的羊毛分子吸收：

MF^2-₆+2H⁺₃N—羊毛羊毛—NH⁺₃MF^2-₆H⁺₃N—羊毛

金屬絡合物整理時加入一定比例的α-羥基羧酸，如檸檬酸，可提高阻燃效果。

絲織物阻燃研究工作不多，人們利用棉織物的阻燃方法對真絲綢進行阻燃，或用有機錫化合物處理。單獨用鈦、鋯絡合物處理真絲織物達不到滿意的阻燃效果，但用溴化雙酚A衍生物處理后再用鈦、鋯絡合物處理，可得到耐久性良好的阻燃真絲織物。

3.合成纖維織物的阻燃整理

（1）滌綸織物的阻燃整理：美國Mobil Cherm Co推出一種Antiblazel 9T阻燃劑，適于純滌綸織物，結構如下：

工藝處方：

Antiblazel 9T 100g/L

pH（磷酸氫二鈉調節） 6.0～6.5

潤濕劑 0.2g/L

工藝流程：

浸漬→烘干（100℃，5min）→焙烘（190℃，1.5min）→水洗→烘干

（2）錦綸織物的阻燃整理：錦綸織物的阻燃整理相對來說研究得不多，磷、鹵系阻燃劑對于錦綸阻燃效果不理想，相反，在低溫時會使織物更快燃燒，目前還沒有關于錦綸的理想阻燃劑。

硫系阻燃劑能降低錦綸的熔點和熔體黏度，使熔滴脫離火源。常用的硫系阻燃劑有硫脲、硫氰酸銨、氨基磺酸鈉等，其中硫脲對錦綸的阻燃效果較好，當錦綸6用硫脲處理增重7%時，極限氧指數從24%增至34%。聚硼酸酯也可作為錦綸6的阻燃整理劑。用羥甲基脲樹脂對錦綸進行阻燃整理，含脲量高時阻燃效果好；加入含硫阻燃劑可提高阻燃效果，脲和硫通過促進錦綸燃燒時滴落達到阻燃的目的。

工藝處方：

硫脲 200g/L

尿素 20g/L

工藝流程：

浸軋（軋液率85%）→烘干→焙烘（170℃，3min）

（3）腈綸織物的阻燃整理：腈綸織物比滌綸和錦綸容易燃燒，極限氧指數僅18%～18.5%，是一種易燃纖維。但腈綸燃燒后殘渣較多，可達58.5%，這又相對降低了腈綸的可燃性。腈綸的阻燃整理，有效而理想的方法不多，目前主要是研究阻燃腈綸。

4.混紡織物的阻燃整理

在混紡織物中，一種纖維組成在85%以上，混紡織物的可燃性與該纖維基本相似，可根據主要成分纖維的特性進行阻燃處理；如果兩種纖維組分均低于85%時，需對兩種纖維分別選擇合適的阻燃劑和阻燃工藝。

以滌棉混紡織物為例，滌綸和棉纖維燃燒性能不同，混紡后使燃燒過程更為復雜。棉纖維燃燒后炭化，而滌綸燃燒時熔融滴落，由于棉纖維成為支撐體，能使熔融纖維集聚，并阻止它滴落，使熔融纖維燃燒更加劇烈，即形成“支架效應”；滌綸和棉兩種纖維以及裂解產物的相互熱誘導，加速了裂解產物的逸出，因此滌/棉織物的著火速度比純滌綸和純棉要快得多，使滌/棉織物的阻燃更加困難。

滌/棉織物阻燃整理舉例：

工藝處方：

有機膦阻燃整理劑 100g/L

尿素 50g/L

滲透劑 5g/L

工藝流程：

浸軋整理液（二浸二軋，軋液率80%）→預烘（90℃，5min）→焙烘（165℃，3min）→皂洗→水洗→烘干

四、阻燃整理效果的評價

紡織品燃燒性能的測試方法有多種，阻燃性能測試方法有垂直法、傾斜法、水平法、氧指數法等。水平法要求最低，垂直法要求最高^［11］。

（一）垂直法

國家標準GB/T 5455—1997紡織品燃燒性能測試方法為垂直法。該方法是將試樣（300mm×80mm）垂直放置在試樣箱中（圖2-1-1），在試樣下方用規定的燃燒器點燃，

圖2-1-1 垂直燃燒實驗儀構造圖

調整火焰高度為（40±2）mm，點火時間為12s，測定規定點火時間后，試樣的續燃時間（在規定的實驗條件下，離開火焰后材料持續有焰燃燒的時間）、陰燃時間（在規定的實驗條件下，當有焰燃燒終止后，或者移開火源后，材料持續無焰燃燒的時間）及損毀長度（在規定的實驗條件下，在規定方向上材料損毀面積的最大長度。試樣在火焰中燃燒后，樣品原長和剩下未燃燒長度之差。也叫炭長），同時注意是否有熔融、滴落物引起試驗箱底部脫脂棉的燃燒或陰燃，此方法是最為常用的測定阻燃性能的方法之一。

（二）氧指數法

國家標準GB/T 5454—1997紡織品燃燒性能測試方法為氧指數法，該方法是將試樣夾于試樣夾上垂直放在燃燒筒內，點燃點火器，調整火焰高度為15～20mm，在向上流動的氧、氮氣流中，點燃試樣上端，點火時間控制在10～15s，待試樣上端全部點燃后，移去點火器，觀察試樣燃燒特性，并與規定的極限值（續燃時間或陰燃時間為2min，損毀長度為40mm）比較其續燃時間或損毀長度。通過在不同氧濃度中的一系列試驗，可以測得維持試樣燃燒時氧氣的最低濃度值（limited oxygen index，簡稱LOI）。氧指數測定儀結構示意圖見圖2-1-2。

圖2-1-2 氧指數測定儀裝置示意圖

1—燃燒筒 2—試樣 3—試樣支架 4—金屬網 5—玻璃珠 6—燃燒筒支架 7—氧氣流量計 8—氧氣流量調節器 9—氧氣壓力計 10—氧氣壓力調節器 11、16—清凈器 12—氮氣流量計 13—氮氣流量調節器 14—氮氣壓力計 15—氮氣壓力調節器 17—混合氣體流量計 18—混合器 19—混合氣體壓力計 20—混合氣體供給器 21—氧氣鋼瓶 22—氮氣鋼瓶 23、24—氣體壓力計 25—混合氣體溫度計

極限氧指數（LOI）是指試樣在氧氣和氮氣組成的混合氣體中維持燃燒所需氧的最低值。

一般來說，易燃性織物的LOI在20%以下，阻燃織物的LOI為20%～26%，難燃織物的LOI在30%以上。

（三）傾斜法

傾斜法有兩種方法：一種是測定損毀面積和接焰次數（GB/T 14645—1993）；另一種是測定燃燒速率（GB/T 14644—1993）。前者適用于測定阻燃紡織品；后者適用于測定易燃紡織品穿著時，一旦點燃后燃燒的劇烈程度和速度，不適用于阻燃紡織品。

1.損毀面積的測定

將試樣放入試樣夾，與水平呈45°角放置在試驗箱中，在試樣下端施加規定的點火源，火焰高度為（45±2）mm，點火時間為30s，點火時間結束后，測量織物的續燃時間、陰燃時間、損毀面積及損毀長度。

2.接焰次數的測定

此方法適用于測定遇火熔融收縮的紡織品。每塊試樣長100mm，質量為1g，將試樣卷成筒狀塞入試樣支撐螺旋線圈中，螺旋圈與水平呈45°角放置在燃燒箱中，用規定的點火器對試樣下端點火，火焰高度為（45±2）mm，測量織物燃燒距實驗下端90mm處需要接觸火焰的次數。

（四）水平法

我國行業標準FZ/T 01028—1993紡織品燃燒性能測試方法為水平法。實驗時，將試樣放在試樣夾上，水平放置于試驗箱中，在試樣的頭端點火15s，測定火焰在試樣上蔓延的距離以及蔓延此距離所用的時間，計算出燃燒速率，水平法主要用于對汽車內部裝飾材料進行考核。

思考題

1.紡織品的阻燃機理。

2.現有兩個阻燃整理織物樣品，它們的某些測試數據如下表：

試分析兩個阻燃整理的樣品，各自遵循的阻燃機理有何不同？為什么？

參考答案：

1.（1）覆蓋層作用；（2）氣體稀釋作用；（3）吸熱作用；（4）溶滴作用；（5）提高熱裂解溫度；（6）凝聚相阻燃；（7）氣相阻燃。

2.阻燃整理樣品1其阻燃機理是縮合相機理。

縮合相阻燃機理的實質是改變材料的裂解方式，減少可燃性氣體的產生，增加炭化殘余物。以含磷阻燃劑對纖維素纖維的阻燃機理為例，阻燃劑受熱分解，在高溫下分解成酸性物質，對纖維素具有強烈的催化脫水作用，使纖維炭化，炭生成量增加，且阻燃劑保留在被阻燃物中，殘渣含量大。

阻燃整理樣品2其阻燃機理是氣相機理。

氣相阻燃機理的實質是改變材料的燃燒機理，降低燃燒產生的熱量，使回到織物表面的熱量減少，進而起到阻燃作用。在此過程中，殘余物的量沒有明顯變化。因此，阻燃與非阻燃織物殘渣含量基本不變。