阻燃抗靜電織物的制備與應(yīng)用

徐華山

（天津工業(yè)大學(xué)， 天津 300387）

阻燃抗靜電織物的制備與應(yīng)用

徐華山

（天津工業(yè)大學(xué)， 天津 300387）

隨著科技和生活水平的提高，對(duì)功能性織物的要求也不斷提高，單一功能的紡織品已逐漸失去市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。所以為滿足工業(yè)、科學(xué)、日常生活以及國(guó)防科技對(duì)紡織產(chǎn)品性能的要求，功能紡織品逐漸趨于多元化，其中，解決因紡織產(chǎn)品易燃和因靜電引起的燃燒所造成的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失的問(wèn)題，已經(jīng)刻不容緩。本文針對(duì)阻燃抗靜電織物的綜合性能不能滿足要求的問(wèn)題，重點(diǎn)介紹了阻燃紡織材料的阻燃原理、阻燃劑作用機(jī)理、制備及阻燃性能評(píng)價(jià)，并對(duì)阻燃抗靜電織物的制備方法和注意事項(xiàng)進(jìn)行了總結(jié)，以期可以對(duì)后續(xù)的阻燃抗靜電織物的制備提供一定的理論依據(jù)。

阻燃；抗靜電；復(fù)合工藝；多功能織物

隨著高新技術(shù)和新興工業(yè)的發(fā)展，人們的生活、工作條件和環(huán)境也發(fā)生了很大的變化，耐高溫和阻燃材料的使用越來(lái)越廣泛，幾乎包含了各行各業(yè)，如交通、建設(shè)、化學(xué)、機(jī)械、電子工程和航天航空等。同時(shí)在軍事應(yīng)用領(lǐng)域如裝甲、炮兵、航空兵、防化兵等，主要是軍隊(duì)人員的腐蝕和作戰(zhàn)裝備，耐高溫阻燃材料的應(yīng)用也日益增加。另外，在目前旅游業(yè)和裝飾業(yè)飛速發(fā)展的今天，對(duì)裝飾織物耐高溫和阻燃的要求無(wú)疑進(jìn)一步刺激了耐高溫阻燃材料的發(fā)展。

但是耐高溫阻燃材料基本都是合成材料，與天然材料相比最大的缺點(diǎn)就是絕緣性高，在生產(chǎn)和加工過(guò)程中容易因靜電產(chǎn)生羅拉、皮輥的纏繞、紗線起毛、經(jīng)紗開(kāi)口不清等現(xiàn)象，不但給生產(chǎn)造成很大的麻煩，還可能引發(fā)意外事故。在穿著和使用過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生粘附和纏繞肢體的現(xiàn)象，不但會(huì)影響舒適性還可能會(huì)引起人體的PH值上升、人體中鈣含量的降低以及血糖升高等等一系列的問(wèn)題，影響人體健康。在比較干燥的環(huán)境中，靜電的產(chǎn)生可能會(huì)造成儀器設(shè)備的精確度和操作安全性的降低。最為嚴(yán)重的是在消防、石化等很多易燃、易爆的危險(xiǎn)領(lǐng)域，因材料靜電產(chǎn)生的火花可能會(huì)引起燃爆災(zāi)害等事故。基于以上原因，兼具阻燃-抗靜電的材料越來(lái)越多地受到關(guān)注。

投稿日期：2016-06-01

作者簡(jiǎn)介：徐華山（1983—），男，2009年畢業(yè)于常州工學(xué)院，2010年進(jìn)入悅達(dá)紡織集團(tuán)工作。先后在紡織集團(tuán)生產(chǎn)一線、研究所、戰(zhàn)略規(guī)劃部任職。2012年攻讀天津工業(yè)大學(xué)紡織工程碩士學(xué)位。

1　阻燃概述

纖維材料的燃燒過(guò)程是，纖維材料和火源接觸后，先吸收熱量，在纖維材料內(nèi)部發(fā)生裂解反應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生大量的可燃性的氣態(tài)產(chǎn)物，此時(shí)在氧氣存在的條件下發(fā)生燃燒現(xiàn)象，氣體燃燒放出大量的熱又進(jìn)一步促進(jìn)了纖維的裂解和燃燒，形成循環(huán)的燃燒反應(yīng)（如圖1所示）。

由圖1也可以看出，若想達(dá)到阻燃的目的，須切斷由熱源、可燃物以及氧氣組成的燃燒循環(huán)，所以，紡織材料的主要阻燃途徑由以下一種或幾種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：

（1）提高紡織材料的裂解溫度；

（2）提高材料的成炭率，減少揮發(fā)性可燃?xì)怏w的生成；

（3）在燃燒過(guò)程中隔絕氧氣與材料的進(jìn)一步接觸或稀釋氧氣的濃度。

通常為了滿足紡織產(chǎn)品對(duì)阻燃性能的要求，可以通過(guò)對(duì)紡織材料直接進(jìn)行阻燃處理的方法實(shí)現(xiàn)，該方法比較簡(jiǎn)單易行，但制備出的紡織材料隨洗滌次數(shù)多增加，阻燃性能也會(huì)隨之降低，甚至還有可能會(huì)消失。也可以通過(guò)直接生產(chǎn)阻燃纖維的方法獲得永久性阻燃性能的紡織產(chǎn)品，在該種阻燃方法還可以分為纖維本身的大分子鏈就存在阻燃性的基團(tuán)的本質(zhì)阻燃和改性處理后獲得阻燃的改性阻燃兩種。

1.1 阻燃劑

通常使用的用來(lái)提高紡織產(chǎn)品阻燃性能的阻燃劑有內(nèi)用型、外用型、反應(yīng)型、非反應(yīng)型、低分子型、高分子型以及單一型、復(fù)合型等很多種類型。從材料上分又可以分為無(wú)機(jī)阻燃劑和有機(jī)阻燃劑，無(wú)機(jī)阻燃劑主要是通過(guò)吸收熱量的方式達(dá)到阻燃的目的，該類阻燃劑具有穩(wěn)定性能好、不易揮發(fā)、煙氣的毒性較小以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是耐洗性能較差。有機(jī)阻燃劑主要有含鹵阻燃劑和磷系阻燃劑兩種。含鹵阻燃劑處理的紡織材料在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生比重較空氣重的含鹵氣體，通過(guò)稀釋和隔絕空氣來(lái)達(dá)到阻燃的效果，同時(shí)，鹵化物氣體具有很強(qiáng)的腐蝕性和毒性，加上燃燒過(guò)程中產(chǎn)生大量的煙霧，會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重危害，所以含鹵阻燃劑正在逐漸被淘汰；磷系阻燃劑主要包含鹵-磷系阻燃劑和非鹵-磷系阻燃劑兩種，鹵-磷系阻燃劑中兼有溴-磷或溴-磷-氮原子，并在阻燃性能方面具有協(xié)同增效的作用，在該類阻燃劑中計(jì)入適量的溴可以有效改善一般磷酸酯類阻燃劑揮發(fā)性大、抗遷移性差和抗熱老化性欠佳的缺點(diǎn)，主要產(chǎn)品有二溴辛戊二醇（DBNPG）、二溴辛戊二醇磷酸酯以及二溴辛戊二醇磷酸酯氰胺鹽等，鹵-磷系阻燃劑的阻燃效果理想，又具有揮發(fā)性低、無(wú)色、無(wú)臭、耐水解性好等優(yōu)點(diǎn)，但其耐熱性差。

隨著阻燃材料的不斷研究，發(fā)現(xiàn)了很多新型的阻燃方法包括納米阻燃、微膠囊阻燃、超細(xì)化、表面改性、消煙、交聯(lián)、大分子技術(shù)等。新型阻燃方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)阻燃方法的某些方面的不足，如對(duì)無(wú)機(jī)阻燃劑進(jìn)行改性，增強(qiáng)其與合成材料的相容性，可以降低阻燃劑用量，改善力學(xué)性能的下降。

1.2 阻燃纖維材料

對(duì)于不同的材料（表1），按照用途可以分為抗燃和阻燃兩種，抗燃材料一般為無(wú)機(jī)類的纖維材料，如玄武巖纖維、玻璃纖維、碳纖維等，該類材料在火焰中不燃燒，也有部分為抗燃性能較好的合成纖維，如聚酚醛（PF）纖維和聚苯硫醚 （ PPS） 纖維，可耐瞬時(shí)極高溫或可在較高溫度下保持一定強(qiáng)度，此類纖維僅用于要求很高的產(chǎn)業(yè)用紡織品。

阻燃纖維又可分為本質(zhì)阻燃纖維和化學(xué)改性阻燃纖維。本質(zhì)阻燃纖維中一般含有芳香或階梯狀雜環(huán)鏈結(jié)構(gòu)，代表性產(chǎn)品有芳綸1313，其綜合性能，包括阻燃性能、耐高溫性能、可紡性能、染色性能、耐老化性能以及各種物理機(jī)械性能等，均令人滿意，因此是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的合成耐高溫纖維材料之一。

表1　纖維燃燒性分類

聚（酰胺-酰亞胺）（Kermel）纖維，是又一類重要的耐高溫阻燃纖維。其優(yōu)異的阻燃和隔熱性能、出色的機(jī)械強(qiáng)度和抗化學(xué)腐蝕性能和耐高溫性能以及適中的價(jià)格，在阻燃纖維材料領(lǐng)域占有一席之地。目前這種產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，作為一部分消防戰(zhàn)斗服的面料。但是，由于Kermel纖維的染色問(wèn)題一直沒(méi)有得到很好的解決，限制了其在勞動(dòng)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

聚苯并咪哇（PBI）纖維，是一種優(yōu)異的耐高溫和耐化學(xué)試劑腐蝕纖維，具有一系列特殊的優(yōu)異性能，如良好的紡織加工性、杰出的阻燃性能、高吸濕性能（吸濕率可達(dá)13%-15%）、良好的染色性、出色的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，是制作阻燃抗熱防護(hù)服的理想材料。只是這種纖維的耐光性稍差，再加上價(jià)格較為昂貴，限制了它的普及與應(yīng)用。

我國(guó)自行研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用的阻燃芳砜綸纖維，其阻燃、耐熱、不熔融、電絕緣和耐腐蝕性能均可以接近或達(dá)到美國(guó)杜邦公司的Nomex纖維和日本帝人公司的Conex纖維，在阻燃抗熱防護(hù)服裝領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

其他本質(zhì)耐高溫或阻燃合成纖維還包括聚醚醚酮（PEEK）纖維、三聚氰胺纖維和聚四氟乙烯纖維等。

1.3 阻燃效果評(píng)定

評(píng)定織物的阻燃性能是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，影響因素有很多，但主要考慮的有兩方面：一是表示材料起火難易程度的易點(diǎn)燃性和著火點(diǎn)，另一個(gè)是材料的燃燒性能。對(duì)于織物可燃性能的測(cè)試有很多種，具體分類與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2　織物可燃性能測(cè)試方法

2 阻燃抗靜電材料的制備

目前，國(guó)內(nèi)在研制和生產(chǎn)具有單一抗靜電性能或單一阻燃性能的織物方面已取得進(jìn)展，但兼具雙重防護(hù)功能的織物性能卻有待進(jìn)一步的研究。因此，為確保相關(guān)企業(yè)安全生產(chǎn)和員工的生命安全，研制兼具抗靜電和阻燃性能的織物，具有十分重要的意義。國(guó)內(nèi)外研制阻燃抗靜電功能織物一般都是通過(guò)運(yùn)用整理劑對(duì)織物進(jìn)行阻燃抗靜電功能整理、運(yùn)用隔熱阻燃纖維與導(dǎo)電纖維混紡或采用阻燃纖維混紡紗與導(dǎo)電長(zhǎng)絲交織所得織物再經(jīng)阻燃劑處理這三種方法。最常使用的是后整理的方法，在該方法的處理過(guò)程中主要存在著耐久性差、強(qiáng)度損失大、不透氣、手感差、舒適性差等缺點(diǎn)，同時(shí)，抗靜電劑與阻燃劑之間的綜合作用也比較難達(dá)到平衡。

為了切實(shí)保障紡織品同時(shí)具備阻燃性以及抗靜電性，則應(yīng)當(dāng)切實(shí)保障實(shí)際選取的阻燃劑與抗靜電劑物質(zhì)之間具備較好的理化性質(zhì)相容性，要保證添加劑能夠長(zhǎng)期而穩(wěn)定地均勻分布于纖維材料中。在阻燃劑、抗靜電劑共同相互作用時(shí)應(yīng)避免相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，防止阻燃劑、抗靜電劑在復(fù)合過(guò)程中引起其作用效果互相削弱的現(xiàn)象，甚至使其失去抗靜電效果。因此，應(yīng)避免胺類抗靜電劑與含鹵阻燃劑進(jìn)行復(fù)合，除了保障高分子材料阻燃抗靜電性能的良好發(fā)揮之外，還能保障材料在實(shí)際使用的過(guò)程中具備較好的耐持久性，保障材料即使在經(jīng)歷過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的洗滌處理的前提下，依然具備較好的綜合性能，這一點(diǎn)對(duì)于阻燃抗靜電纖維材料的研究與應(yīng)用工作具備著極其深遠(yuǎn)的實(shí)踐意義。

表3　阻燃抗靜電織物的三種制備方法

3 總結(jié)

目前，阻燃-抗靜電纖維在國(guó)內(nèi)的研究尚不成熟，沒(méi)有形成一定的理論體系，所以需要對(duì)阻燃和抗靜電劑進(jìn)行進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和研究，增加阻燃抗靜電材料的市場(chǎng)和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。首先應(yīng)該考慮，制備同時(shí)具有阻燃性和抗靜電性能的纖維材料是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，需要阻燃劑和抗靜電劑共同發(fā)揮作用，所以需要對(duì)阻燃劑和抗靜電劑的協(xié)同復(fù)配技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究，提高復(fù)配效果，降低產(chǎn)品的成本；在開(kāi)發(fā)無(wú)鹵阻燃的同時(shí)對(duì)阻燃和抗靜電劑進(jìn)行適當(dāng)?shù)木?xì)化處理，提高分散性能的均勻性與耐久性，制備環(huán)保阻燃抗靜電纖維材料；同時(shí)還應(yīng)不斷完善阻燃纖維與抗靜電纖維的混紡和交織技術(shù)，在降低成本的同時(shí)生產(chǎn)出手感和服用性能優(yōu)異的紡織產(chǎn)品。

［1］ 陳 沁， 趙 濤. 阻燃纖維及紡織品的研究進(jìn)展［J］. 印染， 2015（5）∶49-54.

［2］ 方志勇. 我國(guó)紡織品阻燃現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］. 染料與染色， 2005， 42（5）∶46-48.

［3］ 姚培建. 阻燃纖維及阻燃紡織品發(fā)展趨勢(shì)［J］. 中國(guó)個(gè)體防護(hù)裝備， 2006（2）∶41-44.

［4］ 凌 海. 阻燃纖維與紡織品的研究發(fā)展概述［J］. 輕紡工業(yè)與技術(shù)， 2010， 39（3）∶69-70.

［5］ 怡 靜. 阻燃纖維的現(xiàn)狀［J］. 紡織裝飾科技，2012（2）∶25-26.

［6］ 石 紅. 阻燃纖維性能及其變化探析［J］. 山西化工，2014， 34（6）∶56-57.

［7］ 程士潤(rùn)， 沈 妍， 王 紅. 淺談阻燃纖維的分類和發(fā)展［J］. 中國(guó)纖檢， 2013（1）∶84-86.

［8］ 張洪昆. 紡織品阻燃綜述［J］. 印染助劑， 2009， 26（2）∶7-11.

［9］ 李利君， 李 風(fēng). 耐高溫阻燃防護(hù)服研究進(jìn)展［J］. 消防技術(shù)與產(chǎn)品信息， 2009（4）.

［10］ 張捷民， 馬 峰. 棉織物抗靜電與阻燃兼容處理的應(yīng)用研究［J］. 棉紡織技術(shù)， 2003， 31（7）∶27-29.

［11］ 馬 峰， 張捷民， 馬新安，等. 合成纖維防靜電與阻燃兼容的耐久性研究［J］. 紡織高?；A(chǔ)科學(xué)學(xué)報(bào)，1996（1）∶9-12.

［12］ 周盾白， 黃險(xiǎn)波， 賈德民. 阻燃材料測(cè)試與表征方法簡(jiǎn)述［J］. 上海塑料， 2006（2）∶46-46.

［13］ 孔慶嶺. 阻燃消防防護(hù)纖維及織物的研究［D］. 青島大學(xué)， 2007.

［14］ 王冬青. 阻燃整理對(duì)純棉與純滌綸織物性能影響的研究［D］. 青島大學(xué)， 2012.

［15］ 陳 兵. 纖維阻燃技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］. 絲綢技術(shù)，1999（3）∶31-35.

［16］ 張兆蘭. 織物的阻燃整理［J］. 印染助劑， 1985（1）.

［17］ 王 勇， 梁清泉， 魏兆春. 納米技術(shù)在阻燃材料領(lǐng)域中的應(yīng)用前景［J］. 消防科學(xué)與技術(shù)， 2003， 22（6）∶518-520.

［18］ 賈少晉， 張志成， 王正洲，等. γ-輻射制備阻燃HDPE電纜材料的動(dòng)態(tài)燃燒研究［J］. 高分子材料科學(xué)與工程， 2001， 17（6）∶126-128.

［19］ 張 麗. 阻燃抗靜電織物的研制［J］. 產(chǎn)業(yè)用紡織品，2004， 22（4）∶17-21.

［20］ 孫 萌. 阻燃抗靜電聚氨酯的制備及性能研究［D］. 青島科技大學(xué)， 2014.

Preparation and application of flame retardant and antistatic fabrics

XU Hua-shan
（Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387，China）

With the technology and the improvement of living standards of functional fabric requirements are also rising，textile single function has been gradually losing market advantage. Therefore， to meet the industrial， scientific， national defense science and technology on everyday life and performance requirements of textile products， functional textiles becoming more and more diversified， which address the flammability of textile products and economic loss of property due to static electricity caused by combustion problems desperately needed. In this paper， the overall performance flame-retardant anti-static fabric can not meet the requirements of the problem， the first focuses on the principles of flame retardant textile materials， flame retardant mechanism of action， preparation and evaluation of flame retardant，anti-static and flame retardant fabric preparation and precautions are summarized in order to provide a theoretical basis for preparing subsequent flame-retardant anti-static fabric right.

flame retardant；antistatic；composite technology；multi-functional fabrics

A

TS195.59