维普资讯 http://www.cqvip.com 一２８一 名访捌技 ２００７年第８期 织物阻燃技术的现状及发展 李红燕，张渭源 （东华大学服装学院，上海２０００５１） 摘要：文章介绍了常规阻燃纤维改性的方法，主要有共聚法、共混法、皮芯复合纺丝法和接枝共聚法。纤 维改性中所用阻燃剂的种类主要有无机阻燃剂和有机阻燃剂，阻燃剂主要通过吸热、覆盖和脱水等机理进行阻 燃。并合理预测了常规阻燃纤维、阻燃剂和织物阻燃整理方法的发展趋势。 关键词：阻燃纤维；阻燃剂；阻燃整理 中图分类号：ＴＳ１９５．１７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—１４５６｛２００７｝０８—００２８．０５ 近年来，因织物燃烧而引起的火灾在世界各 国不断增加。我国近十几年来，平均每年因织物 燃烧引起的火灾约３～４万起，死亡人数达３千人 燃纤维原料易得、生产简便，所以仍是一般阻燃产 品最常用的纤维原料。本文分别介绍对常规纤维 进行改性的方法、现状和发展趋势。 左右，火灾损失超过２亿元。在欧洲，每年约有 ５ ０００多人丧命于因织物燃烧造成的火灾。因此， 加强对织物阻燃技术的研究成为当前学术界的一 个重大课题。大量研究表明，阻燃织物比普通织 物具有更长燃烧时间（增加１Ｏ～１５倍），燃烧时释 放的热量只有未经阻燃加工织物的２５％。织物 的阻燃技术是指通过物理或化学的方法赋予织物 １．１常规纤维阻燃改性的几种方法 １．１．１共聚法 将含磷、卤素、硫等阻燃元素的化合物作为共 聚单体（反应型阻燃剂）引入成纤高聚物的大分子 链中，然后再把这种阻燃成纤高聚物用熔融或湿 法纺丝制成阻燃纤维。聚丙烯腈和聚酯、聚酰胺 类的阻燃加工主要采用共聚法。由于阻燃剂与大 以一定的阻燃性能，降低材料的可燃性，减慢火焰 蔓延速度，其实质是破坏织物中纤维的燃烧过程。 近年来，世界各国主要从以下２个方面来开展对 织物阻燃技术的研究：一是生产阻燃纤维；二是对 分子链紧密结合，因而阻燃效果持久，但制作工艺 比较复杂，成本较高。 １．１．２共混法 共混法是将阻燃剂加入纺丝熔体中或浆液中 纺制阻燃纤维的方法。此法工艺简单，对纤维原 有性能影响小。阻燃效果的持久性与阻燃剂的选 织物进行阻燃整理。本文通过对阻燃纤维的改性 方法和阻燃剂的阻燃机理的分析，预测对织物进 行阻燃整理的方法和发展趋势。 １ 阻燃纤维的改性方法及发展趋势 择有关，如阻燃剂的粒度大小、与纺丝液的相溶性 等。由于共混法生产的纤维中，阻燃剂与大分子 阻燃纤维分为２类，一类是纤维本身就具有 阻燃性能，如聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚酰 间缺乏化学连接，故耐久性不如共聚法。目前，共 混法中常把阻燃剂、添加剂、载体混炼造粒制成阻 燃母粒，以提高成品的耐久性。 胺一酰亚胺纤维等。目前这些高性能纤维已广泛 应用于各种耐高温和阻燃的工作环境。另一类是 对常规纤维通过改性的方法来获得。由于常规阻 收稿日期－２００６—１１—２８ １．１．３皮芯复合纺丝法 以阻燃高聚物为芯，普通聚合物为皮，通过复 合纺丝制得纤维。其特点是纤维稳定性好，强度 高，均匀度高，但加工设备复杂，成本高。 １．１．４接枝共聚法 作者简介：李红燕（１９７５一），女，博士，主要从事服装舒适 性与功能面料的研究工作。 将普通纤维与含磷及卤素元素的接枝单体进 维普资讯 http://www.cqvip.com ２０ｏ７年第８期 石饽甜技 一２９一 行接枝共聚可得到具有阻燃效果的纤维。其工艺 流程为：纤维（预处理）一接枝共聚一洗涤一烘干 １００等。 １．２．３阻燃聚酰胺纤维 锦纶产量仅次于涤纶，具有高强、耐磨、弹性 一阻燃纤维。接枝法的优点是接枝单体价格便 宜，生产成本低，阻燃耐久性好，缺点是接枝后纤 好、易染色等优点，主要采用共聚法和共混法进行 阻燃改性。如日本尤尼吉卡公司研制的Ａｐｙｉｌ聚 酰胺纤维用共聚法制造，极限氧指数达到３０％一 ３２％。国内代表性共聚阻燃剂是山西化纤研究所 生产的ＮＦ一８７０２型聚酰胺纤维阻燃剂。用于聚 维断裂强度降低。 １．２常规阻燃纤维改性的现状分析 １．２．１阻燃粘胶纤维 工业上制造耐久性阻燃粘胶纤维的方法可用 共混法和接枝共聚法制得，但主要采用共混法。 用于阻燃粘胶纤维的阻燃剂主要有卤系阻燃剂、 烷基或芳基膦酸衍生物、聚膦酸酯等。国内用于 粘胶纤维的阻燃剂主要是瑞士Ｓａｎｄｏｚ公司的 ＳａｎｄｏｆｌａｍｅＳ０６０焦磷酸酯类有机化合物。如唐山 三友集团成功开发了阻燃粘胶短纤维，具有良好 的可纺性、阻燃性，且阻燃性能持久。国外对阻燃 粘胶纤维开发较早，已经实现工业化生产。如奥 地利Ｌｅｎｚｉｎｇ公司用磷酸类阻燃剂生产的Ｖｉｓｃｏｓａ ＦＲ阻燃粘胶纤维，芬兰Ｋｅｍｉｒａ公司的Ｖｉｓｉｌ系列 复合阻燃粘胶纤维；日本东洋纺公司的Ｐｏｌｙｎｏｓｉｃ 粘胶纤维等都是已工业化的产品。 １．２．２阻燃聚酯纤维 阻燃聚酯纤维是目前用途最广，消费量最大 的品种。对聚酯纤维的改性方法包括共聚法、共 混法、皮芯复合纺丝改性法、接枝改性法和对织物 进行整理的改性法。其中共聚法和共混法简便易 行、阻燃效果持久，广泛用于聚酯纤维的改性。国 外主要采用共聚法，如美国杜邦公司的Ｄａｃｒｏ一 ９００Ｆ纤维、德国Ｈｏｅｃｈｓｔ公司的Ｔｒｅｖｉｒａ ＣＳ纤维、意 大利Ｓｎｉａ公司的Ｗｉｓｔｅｌ ＦＲ纤维和日本东洋纺公 司Ｈｅｉｍ纤维等均采用共聚法制造。用于聚酯纤 维的阻燃剂分为卤系和磷系２大类。由于卤系阻 燃剂在纺丝过程中腐蚀性大，燃烧时释放毒烟，所 以目前主要采用磷系阻燃剂。国内的磷系阻燃剂 产品较少，有青岛大学研制的磷系反应型阻燃剂 羧酸烷基膦酸（ＳＦ—ＦＲ Ｉ１）和北京理工大学基于 苯基二氯化膦（ＤＣＰＰ）合成的系列反应型有机膦 阻燃剂。国外用于聚酯纤维的磷系阻燃剂有日本 东洋纺公司的环状膦酸酯、Ｈｅｉｍ阻燃纤维所采用 的聚苯基膦酸二苯砜酯齐聚物阻燃剂和美国 Ｓｏｌｕｔｉａ公司用于ＰＥＴ的共聚阻燃单体Ｐｈｏｓｇａｒｄ ＰＦ 酰胺共混改性的阻燃剂有含磷化合物、氯代聚乙 烯、三氧化二锑等。如日本字部公司开发的阻燃 聚酰胺纤维，以一种有机磷化合物作阻燃剂。 １．２．４阻燃聚丙烯纤维 丙纶成本低廉，极限氧指数为１７％一１８％。 聚丙烯纤维的阻燃改性主要是通过共混法和阻燃 后整理的方法制备。它的共混法改性是在聚丙烯 切片中添加高浓度的阻燃剂及其它助剂，经过共 混制造阻燃母粒，然后与常规聚丙烯切片纤维熔 融纺丝成形，制备具有阻燃性的聚丙烯纤维。江 苏省纺织研究所以ＰＰ粉为载体，以八溴醚一三 氧化二锑为阻燃剂，制成阻燃母粒，研制并成批 生产了阻燃丙纶。可用于聚丙烯的阻燃剂有溴 系、磷氮系、磷系、氢氧化铝、氢氧化镁等。国外如 美国Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ公司的ｅｘｐｏｉｌｉｆｒ系列、大湖公 司的ＣＮ一３２９、ＣＮ一１１９７及意大利Ｍｏｎｔｅｄｉｓｏｎ公 司的Ｓｐｉｎｆｌａｍ ＭＦ８２等产品均为聚丙烯用磷氮系 阻燃剂。 １．２．５阻燃聚丙烯腈纤维 聚丙烯腈纤维主要采用共聚法和共混法进行 阻燃改性。它的共聚法改性主要是在聚丙烯腈纤 维中引入含有卤素或磷元素等的共聚单体，如氯 乙烯、二氯乙烯等。目前，阻燃聚丙烯腈纤维大都 采用共聚法制造。如日本钟渊公司和钟纺公司生 产的阻燃聚丙烯腈纤维即以共聚法制得。由于共 混法制取阻燃聚丙烯腈纤维对阻燃剂的要求很 高，所以工业化生产的共混阻燃聚丙烯腈纤维品 种很少。意大利Ｓｎｉａ公司生产的阻燃聚丙烯腈纤 维以丙烯腈与偏二氯乙烯的共聚体为阻燃剂，通 过共混法制得。 １．３常规阻燃纤维的发展方向 ①单一阻燃元素向多种阻燃元素发展。如阻 维普资讯 http://www.cqvip.com 一３Ｏ一 名访甜技 ２００７年第８期 燃腈纶正朝着引入含磷和多元协同体系的方向发 展。由二氨基间苯二酸一对苯二酸和特别的化合 物聚合的ＰＢＯ纤维，具有极好的热稳定性、高强、 高弹、高焦化性、不可燃性。 ②低污染阻燃纤维。开发无卤、低烟、低毒的 阻燃纤维有利于环境的保护，将是未来优先发展 的阻燃纤维品种。 ③无熔滴阻燃纤维。常规阻燃纤维均存在燃 烧时有熔滴，对人体造成烫伤或引起火灾的蔓延， 是常规纤维的一大缺陷，因此，开发无熔滴阻燃纤 维势在必行。 ２阻燃剂的阻燃机理分析及应用趋势 ２．１常用阻燃剂的分类 常用阻燃剂按其化学成分可以分为无机阻燃 剂和有机阻燃剂２大类。其中有机阻燃剂又分为 磷系和卤系２个系列。 ２．１．１无机阻燃剂 无机阻燃剂的热稳定性好，具有高效的阻燃 效果，且能抑烟、防熔滴、填充安全和对环境基本 无污染。所以在发达国家无机阻燃剂的应用远超 过有机阻燃剂。它的主要品种包括氢氧化铝、氢 氧化镁、红磷、氧化锑、氧化锌等，其中以氢氧化 铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑的应用最为广泛，尤其 是氢氧化铝、氢氧化镁不仅可以起到阻燃作用，而 且可以起到填充作用。 ２．１．２有机磷系阻燃剂 有机磷系阻燃剂具有良好的阻燃性能，其燃 烧的分解产物及其阻燃的高聚物的热裂解和燃烧 产物中腐蚀性和毒性物很少，很多品种还同时具 有增塑、热稳定等作用，对提高高分子材料的综合 性能十分重要，因此成为近年来阻燃剂的研究热 点。磷系阻燃剂主要有磷酸酯阻燃剂，有机磷杂 环化合物阻燃剂，磷酸酯聚合物阻燃剂，有机磷酸 盐阻燃剂等。但由于有机磷系阻燃剂使用时的发 烟量较大，且要求被阻燃结构中含有大量Ｈ、０元 素才能脱水形成碳化层，因而其应用受到了一定 的限制。 ２．１．３有机卤系阻燃剂 卤系阻燃剂主要包括溴系和氯系２大类。溴 系阻燃剂在火焰中受热分解释放出自由基Ｂｒ’，与 燃烧产物反应生成的ＨＢｒ作为一种难燃气体，覆 盖在燃烧表面，隔绝空气，起到阻燃作用。溴的阻 燃效能一般比氯高２．５～４倍，且添加量少，对产 品性能影响小，溴化物热分解后腐蚀性和毒性相 对较小，所以是含卤阻燃剂中最重要和有效的一 种。溴系阻燃剂的主要产品有十溴二苯醚、四溴 双酚Ａ、溴化环氧树脂和六溴环十二烷等。 氯系阻燃剂由于价格便宜，目前仍大量使用。 如氯含量最高的氯化石蜡是工业上重要的阻燃 剂，但由于其热稳定性差，仅适用于加工温度低于 ２００ ｏＣ的复合材料，氯化脂环烃和四氯邻苯二甲 酸酐热稳定性较高，常用作不饱和树脂的阻燃剂。 目前含氯阻燃剂正朝着无污染、高纯度、高热稳定 性、高含氯量方向发展。 ２．２阻燃剂的阻燃机理分析 吸热理论：即在受热过程中，阻燃剂和纤维在 同样的温度下分解，阻燃剂吸收燃烧过程产生的 热量。 不燃气体窒息理论：燃烧过程中阻燃剂释放 不燃性气体，或可燃性很小的气体，阻止或冲淡纤 维表面氧与火焰的接触。 覆盖理论：在热和能量的作用下，阻燃剂转变 成熔融状态，在织物表面形成不能渗透的覆盖层， 使空气不易与纤维表面接触，也阻止从纤维表面 释放可燃气体。 形成自由基理论：根据燃烧的链反应理论，维 持燃烧所需的是自由基。阻燃剂吸热转变成气 体，该气体能捕捉燃烧过程中的自由基，使燃烧区 的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至 终止。 脱水理论：以纤维素为例，阻燃剂使纤维素发 生脱水反应，在一定程度上抑制热裂解反应，如磷 酸阻燃剂可以使纤维素脱水成碳而导致可燃物大 大减少，达到阻燃效果。 阻燃机理有时单独作用，有时是同时起作用。 因此为获得最佳阻燃效果，应使这些机理尽可能 共同起作用。 ２．３阻燃剂在阻燃纤维中的应用趋势 阻燃剂总的应用趋势是：卤系阻燃剂将会继 续使用，但产品结构会有所调整，特别是随着人们 维普资讯 http://www.cqvip.com ２０ｏ７年第８期 名访捌技 对环保的重视，开发无卤系阻燃剂将成为阻燃剂 发展趋势，无毒、抑烟的无卤无机阻燃剂将进一步 得到开发。下面分别就３类阻燃剂的应用趋势进 行分析。 ２．３．１无机阻燃剂的应用趋势 无机阻燃剂的特点是无毒或低毒、燃烧时无 熔滴、不产生烟雾或有抑烟作用，缺点是在高分子 材料中添加量大（一般在５０％以上）。研究表明， 阻燃剂颗粒越细，对所添加材料的物理和机械性 能的影响越小，甚至可以达到增强的效果。因此， 阻燃剂粒径的超细化将是无机阻燃剂的发展趋势 之一。此外，由于无机阻燃剂的亲水性与高分子 材料的亲油性相矛盾，影响了无机阻燃剂在高分 子材料中的添加，所以，用表面化学方法来处理无 机阻燃剂，使其增加与高分子材料的亲和力是它 的另一发展趋势。除此之外，开发高效复合型阻 燃剂，可增强阻燃效果，减少用量，亦是无机阻燃 剂的重要应用趋势。 ２．３．２有机磷系阻燃剂的应用趋势 有机磷系阻燃剂的应用主要朝３个方向发 展。一是发展高分子量的有机磷系阻燃剂，此类 阻燃剂具有熔点高、热稳定性好，常温下为固体， 不易挥发的优点，使用方便。二是大力发展反应 型有机磷系阻燃剂。此类阻燃剂可作为材料的一 部分，不迁移，能够提高材料的综合性能。三是发 展膨胀型有机磷系阻燃剂。该类阻燃剂以磷和氮 为阻燃元素，属无卤阻燃剂，含此类阻燃剂的材料 燃烧时，在表面产生一层均匀的多孔炭质泡沫层。 该泡沫层隔热、隔氧、抑烟，防熔滴产生，阻燃和抑 烟性能均好，是实现阻燃剂无卤化的一条有效 途径。 ２．３．３有机卤系阻燃剂的应用趋势 有机卤系阻燃剂中，溴系阻燃剂因阻燃效果 好、添加量少而在有机阻燃剂中占有重要地位。 相比之下，氯系阻燃剂的使用量呈下降趋势。溴 系阻燃剂主要朝３方面发展：一是开发挥发性低、 热稳定性好的阻燃增效剂；二是开发能与热塑性 塑料反应形成交联结构的阻燃剂，使其发挥阻燃 作用的同时，还能改善塑料的机械性能；三是开发 性能独特、毒性低、挥发性低的高溴含量的阻 一３１一 燃剂。 ３织物阻燃整理的方法及发展趋势 ３．１整理方法 织物的阻燃整理是通过吸附沉积、化学键合、 黏和作用使阻燃剂覆在织物上。织物阻燃整理的 方法主要有４种： 涂层法：将阻燃剂混入树脂内，靠树脂的黏合 作用使阻燃剂固着在织物上。这种方法常用在起 毛织物上，如地毯或窗帘。 浸渍一烘燥法：将织物在阻燃液中浸渍一定 时间后，再干燥焙烘使阻燃液被纤维聚合体吸收。 这种方法可以保证阻燃剂的均匀分布。 ，浸轧焙烘法：这种方法的处理过程为浸轧一 预烘一焙烘一后处理，是一种广泛应用的阻燃整 理工艺。浸轧液一般由阻燃剂、催化剂、树脂、润 湿剂和柔软剂组成，再配制成水溶液或乳液进行 整理。 有机溶剂法：该法是使用非水溶性的阻燃剂， 其优点是阻燃整理时的能耗低。但溶剂的毒性和 燃烧性需要注意。 ３．２ 发展趋势 传统的阻燃技术虽然使纺织品具有一定的阻 燃性能，但也造成织物手感和强力的降低。可通 过混纺技术、复合阻燃剂等方法提高阻燃纺织品 的综合性能。 随着世界各国对阻燃织物研究的深入，出现 了一些新的阻燃技术。如绿色阻燃技术，以绿色 化学和阻燃技术为基础，以可再生资源或可循环 使用的材料为原料生产阻燃材料，尽力实现阻燃 材料的低毒、低烟和无污染性。此外还有一种阻 燃剂微胶囊技术，是将阻燃剂粉碎成微粒后，用有 机物或无机物包裹，形成微胶囊阻燃剂；或以比表 面积很大的无机物作载体，将阻燃剂吸附在这些 无机载体的空隙中，形成蜂窝式微胶囊阻燃剂。 此技术可防止阻燃剂迁移，有利于组分之间复合 增效及制造多功能阻燃材料。 随着科技的发展和理论研究的不断深入，阻 燃技术将不断克服现有技术缺点，向高效、安全、 环保的方向迈进，并开发出兼具多功能的阻燃织 物以满足各种工作场合的需要。 维普资讯 http://www.cqvip.com ３２一 一名访甜技 ２０ｏ７年第８期 【６］ 邹振高。王西亭，施楣梧，等．常规阻燃纤维的技术现状与发 参考文献： 常涛，胡延新．浅谈阻燃织物［Ｊ］．天津纺织科技，２００２（１）： ３７—４２． 展趋势［Ｊ］．纺织导报。２００６（３）：４５—４９． ［７］ 欧荣庆，周政懋．磷酸酯类和聚磷酸酯类阻燃剂的现状与进 展［Ｊ］．阻燃材料与技术，２００４（１）：ｌ４一ｌ５． ｎ Ｍ．Ｆｌａｍｅ ｒｅｔａｒｄａｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ： ［８］ ＬｅｖｉＰｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ，１９７５． ［２］ Ｌｙｏｎｓ Ｊ Ｗ． ｅ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ ｕｓｅｓ ｏｆ ｆｉｒｅ ｒｅｔａｒｄａｎｔｓ［Ｍｊ．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｗｉｌｅｙ Ｉｎｔｅｒ・ｓｃｉｅｎｃｅ．１９７０． ［３］ 王勇，梁清泉。魏兆春．纳米技术在阻燃材料领域中的应用 前景［Ｊ］．消防科学与技术，２００３（６）：５１８—５２０． ［４］ 彭治汉．材料阻燃新技术新品种［Ｍ］．北京：化学工业出版 社．２００４． ［９］ Ｐｅｋｋａ Ｖａ ａａｏｋｓａ．Ｉｎｔ．Ｔｅｘ．Ｂｕｌｌｅｔｉｎ［Ｊ ｊ．Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｘｔｉｌｅｓ。１９９４（２），５６—５８． ［１Ｏ］ 崔晓萍，杨健．丙烯酰胺接枝改性液体过滤用熔喷聚丙烯非 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Ｎ。本产品可全自动执行单管或最多２４个纱管进行强力测试。配备大范围可互换的负载 原件及一系列的气动或机械夹具后，该仪器可用于测试不同种类纱线和缕纱，亦可执行布片的牵 伸、压缩、撕裂、粘附及缝合力测试，并可全自动进行强力包芯纱的测试。ＡＵＴＯＤＹＮ一３００使用多 元化的简易操作软件，全部测试数据自动进行分析及制成统计图表，结果可储存在数据库中。