近20多年來,隨著社會的進步,各類紡織品的消費量迅速增長,同時,統計表明,由于針織品為線圈結構,結構稀疏,含空氣量較多,更易燃燒,因此,這類紡織品引起的火災占有相當大的比例,且比其它原因引起的火災死亡率高。所以,紡織品的阻燃特別是針織物的阻燃對于確保安全、減少火災次數和由此造成的損失有重要的意義。為了保障生命和財產安全,世界各發達國家早在6O年代就對紡織品提出了阻燃要求,并制定了各類紡織品的阻燃標準,從紡織品的種類和使用場所來限制使用非阻燃織物。例如,美國已對窗簾、睡衣、兒童針織服裝、汽車用織物、野營帳篷、玩具等各種紡織制品,廣泛地制定了有關阻燃性的國家法令、州法令、都市條令,以及各行業自行制定的標準和規定。裝飾紡織品的阻燃可使發生火災的機率大大降低,從而阻止危及人生命的情況發生,降低火勢蔓延的危險。我國近年來也在大力開展對阻燃紡織品的研究開發,并已取得了相當進展。隨著城市現代化建設的發展,旅游、交通運輸業的發展,以及外銷紡織品的需求,阻燃紡織品存在著巨大的潛在市場。因此加速阻燃紡織品,尤其是針織品的開發以及商品化生產已刻不容緩。
阻燃技術與相關理論:
1.裝飾針織物的分類
按日常生活與使用特點大致分為服用裝飾、窗簾帷幕、家具包覆、寢具用品、鋪地、貼墻、工藝裝飾與玩具等。據統計,針織面料占家具包覆類的56%,主要有沙發外套、座椅外套和家電外套等針織面料。要求織物耐磨、彈性適當,具有阻燃性能。經編面料有色織起絨面料、拉舍爾雙層割絨面料等。掛帷類主要有窗簾、門簾、帷幕、帳縵、屏風和遮篷等。要求面料的耐光、防污、阻燃及懸垂性要好。在化學纖維大發展之前,主要由棉、麻或羊毛織物制成,而現在,其原料主要以纖維素纖維、聚丙烯腈(包括變性聚丙烯腈)和聚酯為主,基本上都經過阻燃整理,也有利用阻燃纖維制成的。阻燃整理以暫時阻燃效果為多。每次洗滌后須重新進行阻燃處理,這樣處理的成本低,操作方便。掛帷類織物的阻燃性功能,主要是以阻止火災初期的著火為目標的。床寢裝飾用針織物包括床單、床罩、枕套、涼席與枕席等。床單、床罩、枕套具有實用保護和裝飾作用,多用經斜平經編織物。近年來,床上用品已成為研究火災起因的課題之一。床上用品,通常是以棉或棉為主的纖維組成,棉織物經阻燃整理后,能滿足床上用品的阻燃性能要求。但目前,這樣還不能說是一個最佳的方案,因為床上用品和其它室內裝飾織物一樣,首先要能阻止陰燃,有些阻燃整理或阻燃纖維制品仍有陰燃;其次,必須滿足人們使用上的要求。鋪飾類主要有地面鋪飾和臺面鋪飾等針織物。地面鋪飾類織物要求有彈性、防滑、阻燃、防靜電。墻面裝飾織物或藝術墻布、壁掛可由棉、毛、麻、絲和各種合成纖維制成,對于貼墻材料,各個國家對其阻燃性能的要求各不相同。
2.阻燃機理及方法
針織品的阻燃按生產過程及阻燃劑的引入方法大致分為纖維的阻燃處理和織物的阻燃整理兩類圈。
纖維的阻燃處理的阻燃機理:纖維的阻燃處理是對一些本身是可燃的原絲如滌綸、錦綸、腈綸等加入某種阻燃劑,使其抑制燃燒過程中的游離基或是改變纖維的熱分解過程,促進水炭化;有些則是使阻燃劑分解釋放出不燃氣體覆蓋在纖維表面,起隔絕空氣作用。
阻燃處理方法:提高成纖高聚物的熱穩定性在成纖高聚物的大分子鏈中引人芳環或芳雜環,增加分子鏈的剛性、大分的密集程度和內聚力,然后將這種高熱穩定性的高聚物用濕法紡絲制成纖維;通過纖維中線形大分子鏈間交聯反應變成三維交聯結構,阻止碳鏈斷裂不收縮,不熔融的阻燃性纖維;將纖維在200—300℃的空氣氧化爐中停留幾十分鐘或數小時,使纖維大分子發生炭化,成為具有阻燃性的纖維。原絲阻燃改性:共聚法:在成纖高聚物的合成過程中,把含有磷、鹵素、硫等阻燃元素的化合物作為共聚單體(反應型阻燃劑)引入到大分子鏈中,再把這種阻燃性強的物質加到纖維中;共混法:與共聚法同屬原絲改性,是將阻燃劑加入紡絲熔體或紡制阻燃纖維的方法;接枝改性:用放射熱、高能的電子束或化學引發劑使纖維或織物與乙烯的阻燃單體發生接枝共聚,是獲得有效而持久的阻燃改性方法。接枝阻燃改性纖維阻燃性與接枝單體中阻燃元素的種類及接枝部位有關,接枝部位對阻燃效果的影響順序為:芯部接枝>均勻接枝>表面接枝。
織物的阻燃整理的阻燃機理:在紡織品的后整理加工過程中對織物進行表面處理,從而使織物具有阻燃性能網。覆蓋層理論——阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩定泡沫覆蓋層,具有隔熱隔氧氣、阻止可燃氣體向外逸出,起到阻燃作用。不燃氣體理論——阻燃劑受熱分解出不燃氣體,將纖維素分解出來的可燃氣體濃度沖淡到燃燒下限以下。吸熱理論——阻燃劑在高溫下,發生吸熱反應,降低溫度阻止燃燒蔓延。此外,織物整理后能將熱量迅速傳出,致使纖維素達不到著火燃燒的溫度。化學反應論(催化脫水論)——阻燃劑在高溫下,作為路易斯酸與纖維素發生反應,使纖維催化脫水炭化,減少可燃氣體的產生。
阻燃整理方法:浸軋焙烘法——阻燃整理工藝中應用最廣的一種工藝。工藝流程為浸軋一預烘—焙烘—后處理。浸軋液一般由阻燃劑、催化劑、樹脂、潤濕劑和柔軟劑組成,配制成水溶液或乳液進行整理。浸漬—烘燥法——又稱吸盡法,是將織物在阻燃液中浸漬一定時間后,再干燥焙烘使阻燃液被纖維聚合體吸收。有機溶劑法——該法是使用非水溶性的阻燃劑,其優點是阻燃整理時的能耗低。但在實際操作中,要注意溶劑的毒性和燃燒性。涂布法——將阻燃劑混入樹脂內,靠樹脂的粘合作用使阻燃劑固著在織物上。根據機械設備的不同分為刮刀涂布法和澆鑄涂布法。
目前,市場上廣泛使用的阻燃方法是以成品經過阻燃劑后整理處理為主,工藝簡單,使用纖維也較單一。不管應用哪種方法進行阻燃加工,都要達到預期的阻燃性能。阻燃織物的阻燃性能通常用極限氧指數LOI 值表示,它表示試樣在由氧氣(02)和氮氣(N2)組成的混合氣體中維持燃燒所需氧氣的最低濃度。LOI值高表示織物可燃性小,因為纖維需要更多的氧才能維持燃燒;相反,LOI值越低,纖維燃燒所需氧越少,維持燃燒越容易。表1為常見纖維的LOI值。阻燃織物除了考慮阻燃性外,還要考慮到所謂第二安全性和第三安全性,即阻燃制品的毒性和熔融性,以測試對人體及環境的影響以及燃燒后有無熔融物滴落。
3.常用阻燃劑的種類及發展方向
按所含阻燃元素分類可分為:含鹵阻燃劑——熱解過程中,分解出捕獲傳遞燃燒自由基的x·及 HX,HX能稀釋纖維裂解時產生的可燃氣體,或隔斷與空氣的接觸。含磷阻燃劑——燃燒過程中產生磷酸酐或磷酸,促使紡織品脫水炭化,阻止或減少可燃氣體產生。此外,磷酸酐在熱解時形成類似玻璃狀的熔融物覆蓋在織物上,促使其氧化生成二氧化碳,起到阻燃作用。含氮阻燃劑——氮的化合物能和纖維素作用,促進交鏈成炭,降低織物的分解溫度,產生的不燃氣體,起到稀釋可燃氣體的作用。按阻燃織物的耐久程度可分為:非耐久性阻燃整理劑——暫時性阻燃整理劑。大部分為水溶性或乳液的無機鹽。處理時先將阻燃劑溶于水,織物經浸漬烘干即可使用也有二浴浸軋的,第二浴用氨水或純堿,使金屬氧化物沉積在織物上。該法工藝簡單,價格較低,但織物的手感較差,洗滌后阻燃效果大幅度下降。半耐久性阻燃整理劑——其阻燃產品能耐一次溫和洗滌,但不耐高溫皂洗。該法有尿素—磷酸法、磷酸尿酯法等。耐久性阻燃整理劑——采用化學法在纖維內部表面進行聚合或縮合反應,形成不溶于水的聚合物,一般要求耐洗程度30次以上。不同材質的針織物應該選用不同類型的阻燃劑,從而獲得較好的阻燃效果。裝飾織物以其華麗的外觀和舒適性能深受消費者的喜愛,因此織物在進行阻燃整理的同時,要充分考慮阻燃劑對織物的色澤、外觀、手感和其他物理機械性能的影響。
阻燃劑的發展方向:可持續發展的理念及其戰略成為當今各個國家的必然選擇,而生態文明及生態產業、生態產品就是可持續發展戰略在社會經濟發展中自然的、內在的、重要的選擇和體現。生態針織品和功能性針織品都是以環保、安全和健康為自己的旗幟的,也是人們在新世紀里對針織品品質新的追求標志。其中,功能性針織品則是以健康為追求目標來滿足人們的需求。阻燃劑的選擇是織物阻燃整理的核心。目前,大部分織物經過阻燃整理后,都會產生甲醛等有害氣體。因此,綠色環保型阻燃劑及技術的開發是未來阻燃整理發展的主要趨勢問。隨著人們對阻燃體系作用機理的深入研究,新的阻燃理論和技術被逐漸認識,如化學改性阻燃、高效阻隔炭化層阻燃、交聯接枝阻燃和協同阻燃體系等,都極大地豐富了阻燃領域的內容和阻燃劑的多功能性。在今后一段時期內,溴系和磷系阻燃劑仍將占主導地位。新型阻燃劑之間的復配、協同作用機理的研究將日趨活躍,新的物理化學分析方法將不斷應用于阻燃科學技術的研究領域。可以預見,隨著阻燃科學及相關學科的發展,阻燃技術將日趨完善。
如今針織品正向著方便、舒適、功能特殊、回歸自然的方向發展。針織品在裝飾上的應用范圍越來越廣泛,社會需求量不斷增加。預計每年大中型公共建筑、新建住宅等所需的地毯、墻布、窗簾、帷縵、家具布等裝飾工程量將達到幾十億元,這無疑對后整理加工提出了更高的要求。然而目前我國所消耗的阻燃針織品的相當部分要依賴進口。所以,以國產替代進口,推廣阻燃針織品的使用已刻不容緩。雖然紡織用阻燃劑研究己歷經半個世紀,取得了較大的成果,但仍然存在一些問題,如成本高、阻燃劑有毒或阻燃織物燃燒時伴隨有毒物質產生、抑煙性差等。因而,研究和開發裝飾用阻燃針織品將會帶來極大的經濟效益和社會效益。