纺织品的阻燃整理技术及其应用

3.1纺织品阻燃整理生产工艺纺织品的阻燃性能,可以通过三种方法获得。一种是对纺织品进行阻燃后处理,使其达到 阻燃目的,但其阻燃性会随时间和洗涤次数的增加而逐渐减弱或消失。对于棉、麻、毛等天然纤维,只能采用后整理的方法,即通过吸附沉积、化学键合、非极性范德华力结合及粘合等作用。另一种方法是直接生产阻燃纤维,由这种纤维制成的纺织品具有永久阻燃性。涤纶、维纶等合成纤维大多采用这种方法。第三种方法是根据生产中的实际需要,把这两种方法有效结合起来生产阻燃纺织品。阻燃织物除了考虑其阻燃性外,还要考虑到阻燃制品的毒性和熔融性,以尽量减少对人体和环境的损害。

(1)阻燃纤维生产工艺

阻燃纤维的制造主要有涂层法、共混法、共聚法和接枝改性法以及皮芯复合纺丝法。涂层法是纤维在制成或生产过程中使用阻燃剂对其进行物理吸附或化学性结合,使阻燃剂附着于纤维上而达到阻燃目的的方法。但物理吸附易引起吸湿、毒性等问题,化学吸附则会引起织物强力下降,手感变硬等缺陷。而且这种阻燃方法的处理范围有限,有赖于后整理工厂的技能,处理效果不稳定,耐久性差。这种方法一般用于天然纤维织物及其与合成纤维混纺织物的阻燃加工,也可用于纯聚酯、聚丙烯腈等织物的处理,但应用并不普遍。共混法即是在纺丝切片制造过程中添加阻燃剂或是将阻燃剂加入到纺丝熔体而制得阻燃纤维的方法。以制造阻燃丙纶纤维为例,加入阻燃剂的方法有两种:①全造粒法:将聚丙烯、阻燃剂、稳定剂进行共混,然后挤出造粒。用这种料粒进行纺丝,就可制得具有阻燃性能的聚丙烯纤维。②母粒法:将阻燃剂、载体、稳定剂等进行共混造粒,这种料粒即母粒。纺丝时,将母粒按一定比例加入聚丙烯切片中混合均匀,然后纺丝制得具有阻燃性的聚丙烯纤维。这种方法采用较普遍,降低了纺丝温度,改善了丙纶的可纺性,对丝的强力、伸长等品质影响很小。共聚法即是在高分子聚合物的聚合过程中加入阻燃剂作为单体之一参与共聚而制得分子链中含有阻燃化学单元纺丝切片的方法。用这种方法改性的聚合物,其阻燃性耐久。这种方法主要用于加聚型(聚丙烯腈)和缩聚型(聚酯、聚酰胺)。接枝改性法是用放射热、高能的电子束或化学引发剂使纤维与阻燃单体接枝共聚,使其获得有效而持久的阻燃改性方法。接枝阻燃改性纤维的阻燃性与接枝单体中的阻燃元素及接枝共聚的部位有关。皮芯复合纺丝的阻燃改性方法应用不太普遍,主要是因为需要复杂的纺丝设备。近年来用复合纺丝法制备阻燃聚酯纤维,多采用皮-芯型结构,即以共聚型或添加型阻燃聚酯为芯、普通聚酯为皮层复合纺制而成。这样既可以防止卤素阻燃剂过早分解卤化氢离开火焰而影响阻燃效果,又可防止某些含磷阻燃剂不耐高温的缺点,还可使纤维保持原有的外观、白度和染色性。

(2)阻燃纺织品生产工艺

织物进行阻燃整理的加工工艺主要有以下几种。

a.浸轧焙烘法

该方法是阻燃整理方法中应用多的一种,工艺流程为:浸轧—预烘—焙烘—后处理。

它的浸轧液为阻燃剂溶液,适用于纤维素纤维织物的阻燃整理。

b.浸渍烘燥法工艺流程为:浸渍—干燥—后处理。

它是将织物放在阻燃液中浸渍一定时间,取出烘干即可,有时阻燃整理可与染色工艺同时进行。

c.涂布法

它是将阻燃剂混入树酯内进行加工。根据机械设备的不同分刮刀涂布法、浇铸涂布法和压延涂布法。不同的产品采用不同的加工方法。

刮刀涂布法:将混有阻燃剂的浆料用刮刀直接涂布在织物上。阻燃剂大多先做成溶液或乳液后应用。浇铸涂布法:是将高聚物浇铸膜加压附着在织物上。适用于阻燃剂含量高的大型帷幕和土木工程用品。压延涂布法:将高聚物在压延机上制成薄膜,再与织物贴合,一般采用聚氯乙烯树酯、聚偏氯乙烯树酯及这类树酯的共聚物与阻燃剂混合。工程帐幕的阻燃整理主要采用这种方法。

d.喷雾法

凡不能用普通设备加工的厚幕布、大型地毯等商品,都可在后一道工序做手工喷雾法的阻燃整理。对于膨松性表面有花纹、簇绒、绒头起毛的织物,如果用浸轧法会使表面绒毛花纹受到损伤,故一般都采用连续喷雾法。

e.有机溶剂法

用有机物将阻燃剂溶解,然后进行阻燃整理。它能使整理时间缩短,在操作过程中,必须注意溶剂的毒性和燃烧性。

3.2纺织品阻燃整理技术的应用

3.2.1棉织物的阻燃整理

在各种纺织材料中,棉是具有燃烧危险性的一种,它的含氧指数只有18,不仅燃烧速度快,而且具有很大的助燃性。加上棉织物又是纺织品中应用广泛的一种,因此棉织物的阻燃整理研究进行得比较早,目前发展得也比较成熟。传统棉织物的阻燃性主要是通过织物浸轧阻燃剂,使阻燃剂均匀地渗透到纤维内部,并且与纤维发生化学反应而牢牢地附着在纤维上。阻燃织物的阻燃剂遇到高温或高热以后,能快速产生阻滞燃烧过程中OH基团所反应的气体,以降低释放出的热能,致使燃烧不能继续发展,从而使织物产生阻燃的积极作用。其工艺简单,成本较低,并能获得良好的、耐久的阻燃效果。近年来,随着阻燃整理技术的不断进步与发展,以及为了满足市场对于阻燃棉织物越来越高的要求,对棉织物的阻燃整理也逐渐探索出了各种新型的阻燃整理技术,如:纳米阻燃技术、催化阻燃技术、绿色阻燃技术、微胶囊阻燃技术、复配阻燃技术等。

3.2.2羊毛织物的阻燃整理

羊毛是物理、化学结构均较为复杂的天然蛋白质纤维。其手感柔软、质地坚牢,有良好的弹性和保暖性,光泽自然、柔和。在建筑、服用、家纺等领域应用十分广泛。这就对其后整理提出了更高的要求。羊毛极限氧指数约为25左右,闪点为570～600℃,高燃烧温度为680℃,为天然难燃纤维。其燃烧时不会熔化或滴落,所产生的泡沫灰烬具有良好的绝缘性。羊毛回潮率较高为15%,相对湿度为60%,含氮15%～16%,含硫3%～4%,还含有6%～7%的氢。高的含氮量决定了其本身具有较好的阻燃特性,若再对其进行阻燃整理,则可开发出更高性能的产品。羊毛纤维的阻燃整理初是利用无机硼酸、磷酸及其盐。这种整理方法为非耐久性整理,不耐水洗,仅用于剧院的帷幕等;后来利用改性的四羟甲基氯化磷(THPC)及其衍生物、氨基磺酸盐对羊毛进行阻燃整理,可达半永久水平;此后又发展到利用钛、锆的氟络合物、羧酸络合物处理羊毛,此法可达永久水平。近年来为了满足更高要求,又开发出羊毛与其他耐燃纤维混纺的耐高温织物。

3.2.3涤纶织物的阻燃整理涤纶是各种合成纤维中发展快、产量高、应用范围广的一种合成纤维,其纤维纺织品大量用于衣料、窗帘、幕布、床上用品、室内装饰及各种特殊材料。涤纶的极限氧指数在21左右,随着涤纶纤维织物的广泛应用,其火灾的潜在危险也日益突出。

我国从20世纪80年代初开始进行阻燃涤纶的研究工作,大体可分为三个阶段:阶段利用含溴共聚单体与聚酯单体进行三元共聚;第二阶段是80年代中期,辽阳石化研究院利用美国大湖公司提供的十溴联苯醚为主的阻燃剂,生产共混型阻燃切片。但这两种方法都由于种种原因没能继续工业化生产;第三阶段是80年代后期开始,国内纺织高等院校开始介入阻燃涤纶研究,对该项工作的进展起到了很大的推动作用,使这一研究领域,从产品到理论都有较大的进展。按生产过程和阻燃剂的引入方式,涤纶的阻燃改性方法可归纳为以下五种:(1)在酯交换或缩聚阶段加入反应型阻燃剂进行共缩聚;(2)在熔融纺丝前向熔体中加入添加型阻燃剂;(3)以普通聚酯与含有阻燃成分的聚酯进行复合纺丝;(4)反应型阻燃剂在涤纶或织物上进行接枝共聚;(5)涤纶织物进行阻燃后处理。用于生产阻燃涤纶织物的有机阻燃剂多为卤系和磷系阻燃剂,目前卤系阻燃剂的使用占大多数。随着人们对火灾和阻燃材料研究的深入以及环保意识的增强,特别是自上世纪90年代以来,具有低烟、低毒的磷系阻燃剂受到普遍重视。虽然磷系阻燃剂在使用过程中不会产生有毒物质,但是阻燃剂的各种中间体及生产过程都具有一定的毒性,人们也将逐渐重视硅系阻燃剂及其他无机阻燃剂的研究与应用。无机阻燃剂具有无烟、无毒、无腐蚀性、安全和廉价等优点,如硼酸、云母、陶瓷和碳黑等无机物也可用于涤纶的阻燃改性。