近年来,世界各国因纺织品引起的火灾不断增加。我国近十几年来,平均每年发生的火灾起数为3万一4万起,死亡人数2千一3千人,火灾损失折款2亿~3亿元。1985年,哈尔滨天鹅饭店大火死亡10人,受伤7人,直接经济损失24.9万元;1994年克拉玛依大火,死伤300多人,都是因纺织品燃烧引起的。
我国阻燃纤维的研究开发起步于20世纪70年代,80年代至今,上海、吉林、山东、广东、天津、四川、北京、江苏等省市的一些科研单位、院校及企业相继对阻燃纤维进行了小试研究,涤纶和丙纶已形成批量生产能力,但阻燃纤维产品仍处在研究和试验阶段。
1织物阻燃剂
目前所用的阻燃剂大多是磷、卤素的有机物或有机物加无机物,个别的用高分子物质,如环状芳香族磷酸醋、经乙基四澳双酚A(涤纶);氯化聚丙烯、六嗅
环癸烷、乙二酸(五澳苯)酉旨、磷酸三澳苯酷一氯化石蜡、六氯环戊二烯的二聚物等(丙纶);含增效剂的卤化物体系、有机磷化物(锦纶);氯乙烯、偏二氯乙烯、澳乙烯、五氧化二锑等(睛纶)及苯氧基磷睛、唆嗡磷酸醋(粘胶)等。
1.1阻燃机理
阻燃剂与燃烧有着密切的关系。最新的观点认为燃烧有四要素—燃料、热源、氧、链反应。而通常织物燃烧又分为三个阶段,即热分解、热引燃(自燃)、热点燃(燃烧传播)。对不同的燃烧阶段的四要素采用相应的阻燃剂加以抵制,就形成了各种各样的阻燃机理及中断相阻燃机理。
不同的阻燃机理产生出不同类型的阻燃剂。而不论何种阻燃剂,它的阻燃机理总要设法使织物纤维制品经阻燃处理之后,可能提高其氧指数才是目的。换言之,就是使织物燃烧的临界条件不易达到而实现阻燃的效果。其中,氧指数是一个重要的参数,氧指数越高,阻燃效果越好。通常氧指数不应小于28,公安部天津消防研究所已研制出氧指数达到90的阻燃剂。
1.2阻燃剂的分类
机阻燃剂主要在凝聚相起作用;含卤的阻燃剂主要在气相产生作用;很多的有机磷阻燃剂既在凝聚相起作用,又有中断热交换的作用。下面就这几种阻燃
剂的进展作一简述。
(l)含卤阻燃剂。有机阻燃剂:含卤有机阻燃剂的阻燃作用是通过在一定的高温下产生比空气重的卤化氢,沉积在燃烧物的外层,稀释了周围的空气,隔绝新鲜空气,使燃烧物窒息,同时卤化氢还可以捕捉氢氧自由基,从而使火焰减少。
通常只采用含嗅或含氯的化合物,美国的FMC公司生产的Kronitex46O苯基磷酸醋,加人到PMT和PET纤维中去,分别显示了良好的加工性能及热稳定性。氯系阻燃剂比澳系阻燃剂的阻燃效果差得多。这是由于C一CI键能(674卡/克分子)比C一Br键能(544卡/克分子)大的多,不易产生游离氯的缘故。目前,氯系阻燃剂多与无机阻燃剂协同使用,如美国Qxchem公司用锌一铁化合物代替三氧化锑作DechloramPlush的协同剂用在尼龙“上,取得了非常好的效果。
含卤阻燃剂由于在由火引起的烟雾中含有卤酸,可能有导致单纯由火所不能引起的电路系统开关和其他金属物件的腐蚀。对人体呼吸道和其他器官的危害更是严重,正趋于淘汰。
无机阻燃剂:无机阻燃剂的主要作用是吸热作用,其主要优势就是价格便宜。无机阻燃剂的发展趋势是提供更优质的产品,一方面向精细、超精细颗粒发展,另一方面是向改善尺寸分布方面发展。Lonza公司通过从镁硅盐水中制备Mg(OH)2得到直径7拌m一10拌m颗粒。而对锌、硼类阻燃剂,美国Humphony化工公司把硼酸锌同钥化合物相混合,阻燃效果更佳。
(2)有机磷阻燃剂。有机磷阻燃剂的机理同无机磷阻燃机理相同。但由于对织物材料的结构及物理性能影响比较小而大放异彩。并且,有机磷阻燃剂所具有的诸如流动性强、发烟量大、易于水解和热稳定性差等缺点也逐渐得到克服。有机磷阻燃剂主要包括卤磷系和非含卤磷系。
含卤磷酸醋:由于同时含有卤素和磷两类元素,使阻燃剂在气相和凝聚相同时发挥作用,阻燃效果非常理想,含卤磷酸醋具有挥发性低、无色、无嗅、耐水解性等优点,但耐热性差。例如,美国的FMC公司的新星DB一460是一种嗅代磷酸醋(含4%P和60%Br),由于它的高效性和对力学性能的维护作用以及消除了锑类协同剂的使用而倍受青睐。
对于热稳定性的改进,美国AKZO公司研制成功一种新型的澳代磷酸酷产品—Fyrol,这种阻燃剂是由五嗅二苯氧化物与苯基磷酸醋混合制成,含澳50肠,可提供极好的热稳定性和抗焦性。
含卤磷酸醋:由于含卤磷酸醋化合物所引起的环境影响,导致人们的研究逐渐向非含卤磷酸醋转移。例如美国Monanto公司开发出的新产品磷酸芳基烷
醋,Santieizer2148,是一种低烟增塑剂,可以用于PVC汽车座垫、织物、墙壁涂层、家具等的阻燃剂。跟普通的芳香型增塑剂(如TPP)相比,Santieizer2148是一种更有效的消烟阻燃剂。另外,它还有着比以往产品的烷基、芳基化合物更高的热稳定性。原有的含卤有机物的阻燃领域正在被无卤有机磷化合物所占据。
无卤有机磷阻燃剂另一个特点就是磷、氮协同作用和最好的发泡成碳系统。综合上述条件看,有机含卤阻燃剂是逐渐处于劣势,而应用于织物阻燃的非含卤有机磷酸醋类的性能是比较优良的,处于主导地位。
2阻燃剂的应用
2.1棉织物的阻燃整理
棉织物的阻燃整理发展很快,目前国内比较成熟,阻燃剂基本可以自给,可以工业化生产。纯棉耐久性阻燃整理大体有下列三种方法:
(1)Proban/氨熏工艺,Proban法是英国WIISon公司首先用于工业化生产,传统的Proban法是阻燃剂THPC(四轻甲基氯化仿)浸轧后烘焙工艺,改良的工
艺流程为:浸轧阻燃整理一烘干~氨熏~氧化~水洗~烘干。国内已有北京光华、江阴印染厂、鞍山棉纺印染厂等引进国外的助剂和设备进行生产。这是目前公认的阻燃效果好、织物降强小、手感影响少的工艺。但由于设备问题限制了其推广。
(2)pyrovatexCP整理工艺。国内已有上海农药厂、常州化工研究所、天津合成材料研究所、华东理工大学、青岛纺织服装学院等单位生产该助剂。产品的阻燃性能较好,耐久性好,可耐家庭洗涤50次甚至20次以上,手感良好,但强力降低稍大。国内使用该类阻燃剂的厂家有二、三十家。
(3)纯棉暂时性、半耐久性阻燃整理—电热毯、墙布、沙发布等织物的阻燃耐洗次数要求不是很高,这类产品做暂时性或半耐久性阻燃整理即可。即能耐1一15次温和洗涤,但不耐皂洗。主要有硼砂一硼酸工艺、磷酸氢二钱工艺、磷酞胺工艺、双氰胺工艺等。