8-阻燃整理

第一节 阻燃整理的概述
1. 阻燃整理：是指经过阻燃整理的织物具有不 同程度地降低了可燃性，在燃烧过程中能显 著延缓其燃烧速率，并在离开火源后能迅速 自熄，且较少释放有毒烟雾。
2. 纤维的分类（按燃烧性能） （1）不燃性：玻璃纤维、石棉、钢铁纤维等。 （2）难燃性：聚氯乙烯，聚丙烯腈等 （3）可燃性：羊毛,丝，涤纶、尼龙等 （4）易燃性：纤维素纤维，硝化纤维素
有机磷化合物整理 利用Br－Sb协同效应 乙烯磷酸酯低聚物电子束辐射整理 将阻燃涤纶与棉混纺后再进行阻燃整理
第七节 阻燃效果的测试
燃烧试样法 极限氧指数 热重分析 其他测试方法
（1）燃烧试验样法
将试样置于阻燃试验仪中，固定试样，使试样下 端离火口距离为19cm，调节火焰高度为38mm ， 试 样12S取出，计算剩余燃烧时间和阴燃时间。阴燃 停止后，按规定的方法测出损毁长度（炭长）。
5.纺织品阻燃的历史
公元前83年，希腊人克劳迪亚斯首次将阻燃技术 在实践中进行应用
1735年，英国人怀尔德（Wyld）发表了关于阻 燃剂的第一篇专利
1820年，盖-吕萨克（Gay-Lussac）的研究工作奠 定了阻燃理论的基础
从20世纪30年代开始，人们开发了阻燃棉纤维 的反应型阻燃剂
到上世纪六、七十年代，纺织品阻燃技术已达到 相当的水平
散，从而达到阻燃目的。
氧气
可燃性气体
纤维材料
热量
覆盖层
例如：棉布用硼砂-硼酸进行阻燃整理 (产生类似玻璃状的物质）
130～200℃
H3BO3
-H2O
260～270℃
HBO2
-H2O
32
B2O3
325℃
500℃
B2O3
软化
熔融
玻璃 层
（2）气体论
一种是阻燃剂在燃烧温度下，分解出不燃气 体， 将可燃性气体浓度冲淡到能产生火焰浓 度以下； 另一种是阻燃剂在加热条件下，能作为活泼 性较高的自由基转移体，从而阻止了自由基 链式反应的进行。
例如: 磷—氮协同效应
卤—锑协同效应
磷-氮协同效应机理
（1） 氮原子的存在，有利于磷系阻燃剂分解生成 聚磷酸，而聚磷酸对纤维素的磷酰化和催化脱水作 用比磷酸好，它形成的粘流层有绝热和隔绝空气的 效果；
（2）含氮组分与磷酸相结合，在火焰中有吹胀作用， 可使纤维素纤维发生膨化，形成焦炭；
（3）氮与磷首先形成磷酰胺类结构，然后生成PN 键，增加了与纤维素伯羟基发生磷酰化反应的能力， 抑制了左旋葡萄糖的生成。
卤-锑协同效应
锑的氧化物是卤系阻燃剂的优良协同剂。 锑的氧化物有：Sb2O3，Sb2O4，Sb2O5，其中
Sb2O3常用。 一般认为主要是卤素与锑在固相中反应生成
挥发性的三卤化锑，然后在气相中发挥作用。
第四节 纤维素纤维的阻燃整理
1. 棉织物的热裂解过程
纤维素纤维是一种易燃性纤维。在较低温度 下热裂解时，可能发生分子链1，4一甙键的 断裂，继而残片发生分子重排，并首先生成 左旋葡萄糖。左旋葡萄糖可通过脱水和缩聚 作用形成焦油状物质，接着在高温的作用下 又分解为可燃的有机物、气体和水。
CH2OH
OH
CH2OH
OH
O OH
O OH
O
O
OH
OH
O
O
O
O
OH
CH2OH
OH
CH2OH
CH2OH
OH
CH2OH
OH
O OH
O OH
O来自百度文库
O
+
OH
OH
O
O
HO
O
OH
H2C
O
OH
CH2OH
HO
OH
OH O
H2C
O
左旋葡萄糖
CO2
CO
H2O
OH H CC
H
H2O H
-H2O
CC
OH
HO P
-H2O H3PO4
O C
O H
C
H C+ C
-H CC
-H3PO4
磷阻燃剂的脱水反应机理
2. 阻燃整理剂
暂时性阻燃整理
硼砂和硼酸 磷酸及磷酸盐 金属氧化物、卤化物 …
CH2OH P CH2OH
CH2OH + Cl
CH2OH
耐久性阻燃整理
有机磷化合物+含氮化合物
四羟甲基氯化磷（THPC）+TMM（+尿素）
2、纺织品燃烧的过程
不燃性气体
可燃气体及挥发物
裂解
火源
纤维
难挥发的裂解产物
燃烧
氧气
热量
固体含碳残渣 熔融收缩
熔体液滴落离火源
纤维燃烧的循环过程示意图 维持燃烧循环的三要素：可燃物、热和氧气
3.阻燃机理
覆盖论 气体论 热论 催化脱水论
（1）覆盖论
阻燃剂在>500℃时能在纤维表面形成有隔绝作用的 覆盖层，除阻碍O2供应外，还阻止可燃气体向外扩
天然纤维 棉织物（松）
毛织物（松）
混纺织物 T/C 65/35 普通合纤 富纤(粘胶) 维尼龙 丙纶 氯纶 尼龙6 腈纶 涤纶
融点℃ —
LOI(%) 18．5
阻燃纤维 阻燃粘胶
—
23．8
阻燃维纶
— — 融点℃ — — 170 200-210
— 16．7 LOI（%） 18.9 19.7 18.6 35-37
(2)有机阻燃剂
卤系（禁用） 磷系 硫系 硼系
有机阻燃剂
四羟甲基氯化磷（THPC）
四羟甲基氢氧化磷（THPOH）
N-羟甲基-3-二甲氧机磷酰基丙酰胺
（Pyrovatex CP）
H3CO H3CO
O
O
P CH2CH2 C NH CH3OH
四羟甲基氯化磷（THPC）
+ CH2OH P CH2OH
涤纶纤维织物的阻燃剂大多是卤素和磷系阻燃剂。
一、磷系阻燃剂及其整理工艺
环膦酸酯 如美国Mobil公司的Antiblaze 19T；
日本明成化学公司的K-194等； 国内同类产品阻燃剂FRC-1 工艺流程：
二浸二轧—（轧余率70%）—烘干— 焙烘（175~200℃，30s~1min） —水洗—烘干
余燃：离开火源后保持烛状燃烧的时间 炭长：烧焦的长度
根据试样与火焰的相对位置，可以分为垂直法、 倾斜法和水平法。一般来说，垂直法比其它方法更 严厉些，垂直法适用于装饰布、帐篷、飞机内装饰 材料等；倾斜法适用于飞机内装饰用布；水平法适 用于衣用织物等普通织物。
上世纪八十年代以后,阻燃纺织品的研究开发进 入活跃时期
6.阻燃纺织品的制造方法
合成纤维 织物
◼阻燃纤维 ◼织物阻燃整理
按阻燃剂 引入方法
天然纤维织物
灵活性大
阻燃纤维的制造方法
提高成纤高聚物的热稳定性
大大分分子子上上引引入入芳芳环环 形成网络结构 与与金金属属离离子子螯螯合合
纤维改性
共共聚聚法法：：与含与阻含燃阻元素燃化元合素物共化聚合物共聚 共共混混法法：：纺丝纺时丝添时加阻添燃加剂阻燃剂 纤纤维维后后处理处法理：法接枝：共接聚枝或溶共液聚浸或泡溶液浸泡
二、溴系阻燃剂及其整理工艺
六溴环十二烷和十溴二苯醚 六溴环十二烷：采用轧烘焙工艺或高温高压
（与分散染料同浴）工艺， 如Phoscon FR-100 十溴二苯醚：借助聚丙烯酸酯类粘合剂使它 附着于织物上。
第六节 涤/棉织物的阻燃整理
在涤/棉混纺物中，棉纤维会形成支架作用， 阻止熔体滴落，而使其继续燃烧，涤纶失去 了自熄作用，且涤纶较高的燃烧热，会加速 棉纤维的燃烧，致使燃烧现象更为复杂，比 纯纺更危险，目前还没有理想的阻燃剂。
要有良好的阻燃耐久性，包括耐水洗、耐干洗、耐气候性等； 不影响或较少影响纤维和织物的色泽、外观、手感和其他物
理机械性能； 无毒、无刺激性，有生物可降解性，燃烧后发烟量少，烟雾
无毒性； 纤维用阻燃剂应有较高的热分解温度； 价格低廉，应用工艺简单。
2. 阻燃整理剂的分类
(1)无机阻燃剂
金属氧化物和卤化物 （钛、锑，使用简便） 硼砂（单独使用用量高，与硼酸1：1或7：3） 磷酸盐（磷酸锌、磷酸氢二铵，磷酸二氢铵）
例如：有机磷化合物的阻燃作用是由于它可 与纤维素分子中的羟基形成酯，阻止左旋葡 萄糖的形成，且进一步使纤维素脱水，生成 不饱和双键，促进纤维素分子间形成交联， 增加碳状物的形成，阻阴燃效果较好。当整 理剂用量提高到10%后，才能有效阻止有焰 燃烧。
第三节 阻燃整理剂
1.阻燃剂的要求
对纤维和/ 或纺织品有显著的阻燃作用，纤维和织物的阻燃性 能应满足各类阻燃标准要求；
路易斯酸 H3CO
H3CO
O
O
P CH2 CH2 C NH CH2 O Cell
Pyrovatex CP与纤维素的反应
(3)阻燃协同效应
阻燃协同效应有两种不同的概念，一种是多 种阻燃元素或阻燃剂共同作用的效果比单独 用一种阻燃元素或阻燃剂效果要强得多；另 一种是在阻燃体系中添加非阻燃剂可以增强 阻燃能力。
气体论—抑制可燃性分解产物的氧化
H· + O 2 O·+ H2
·OH+ CO
· OH + O· ·OH + H·
CO + H· 2
MX
M’ + X·
MX
M’ + HX
RH + X·
R· + HX
H·+ HX
H2 + X·
HO·+ HX
H2O + X·
（其中：M’分解残留物；R·活泼性较低）
(3)热论
阻燃整理
张晓莉
主要内容
第一节 阻燃整理的概述 第二节 织物燃烧机理及阻燃机理 第三节 阻燃剂的分类 第四节 棉织物阻燃 第五节 涤纶织物阻燃 第六节 混纺织物阻燃 第七节 阻燃性能测试方法
由纺织品燃烧引起的火灾是现代社会中重大 灾害之一，严重威胁人类生命财产安全
在国内随着“消防法”的认真贯彻，公安部 关于“公共场所阻燃制品燃烧性能要求及标 识”的标准制定，使得阻燃制品的应用更为 迫切与普及，由此阻燃剂的生产得以迅猛的 发展。
提高热裂解 温度
7.阻燃纺织品分类
暂时性阻燃纺织品：1次，沙发布、电热毯 半耐久性阻燃纺织品： 1-15次，窗帘、幕布 耐久性阻燃纺织品：50-200次，服用织物和床
上用品
第二节 织物燃烧机理及阻燃机理
1、燃烧现象：
有焰燃烧（气相） ：纤维热裂解时形成的气体 或挥发性液体的燃烧。
无焰燃烧（固相）：残渣（碳）的氧化（阴燃） 。
Cl
CH2OH
CH2OH
+ + PH3 4 CH2O HCl
[P(CH2OH)4] Cl
Proban工艺：（奥布莱-威尔逊）
浸渍－烘干－氨熏－氧化－水洗
四羟甲基氢氧化磷（THPOH）
CH2OH P CH2OH
CH2OH
+
OCHl -
CH2OH
(HOCH2)4P+
+ + (HOCH2)3P CH2O
3. 阻燃整理目的
降低织物的燃烧性
火焰蔓延速度慢 离开火源后能自行熄灭
不发生阴燃
一颗烟头可以毁掉整片森林
4、阻燃纺织品的要求
阻燃纺织品，是用来防止火灾的发生和保护人体免 受烧伤。 第一个要求重点针对装饰织物, 第二个要求是指阻燃防护服. 从实际使用要求出发,装饰织物耐洗性可以差一点, 有熔融特性的不一定是坏事。 但是,阻燃服装就要求耐洗,燃烧时没有熔融,阻燃剂 对人体无害,处理织物与皮肤长期接触不会发生皮炎 或引发癌症，至于在燃烧时释放有毒气体或浓烟的, 它危及救援人员,也在禁用之列。
阻燃丙纶 氯纶 阻燃涤纶 阻燃涤纶 阻燃腈纶 特殊纤维 丙烯腈氧化纤维
215
20
丙烯腈碳纤维
215
18.2
塔氟纶
250
22
玻璃纤维
阻燃体系 P，S
磷溴锑
溴锑 氯 溴 磷 氯，锑 阻燃元素 C，N C F SiO2
LOI(%) 27-29
28-31
27-29 35-37 27 28-33 27 LOI（%） 35-55 100 95-99 100
H+
使整理品的强度下降，工作液不稳定
+ (HOCH2)4PCl NaOH
THPC
+ (HOCH2)4P(OH) NaCl
THPOH
Pyrovatex CP
整理工艺：
H3CO H3CO
O
O
+ P CH2 CH2 C NH CH2 OH
Cell OH
浸轧→烘干→焙烘→皂洗→水洗
170℃，1.5min；160 ℃，3-4min； 150 ℃，4.5-5min
热论是通过消耗热量以降低燃烧材料的温度，来 阻止火焰的蔓延，达到阻燃作用。
不燃性气体散热降温 吸热作用 熔滴作用
例如：氢氧化铝的阻燃
(3)催化脱水论
改变纤维的热裂解过程 阻燃剂能使纤维素分子链在断裂前发生迅速
而大量的脱水，阻止左旋葡萄糖的生成，使 固体碳含量大大增加，可燃性气体和挥发性 液体量大大减少，从而抑制了有焰燃烧。
(HOCH2)4P+Cl 四羟甲基氢氧化膦（THPOH） +TMM（+尿素）
PyrobatexCP
O CH3O P CH2CH2CONHCH2OH CH3O
第五节 涤纶织物的阻燃整理
涤纶纤维受热分解时产生大量的可燃性物质、热和 烟雾。在受热初期，分子内通过链端的-OH进攻分 子链中的-C=OH或通过交联生成环状低聚物，经过 分子内 β-H转移过程生成羧酸和乙烯基酯，生成的 对苯二甲酸通过脱羧生成苯甲酸、酸酐和二氧化碳 或者苯等，乙烯基酯分子链之间发生经过聚合反应 和链脱离过程生成环烯状交联结构，同时还可以经 过进一步的降解直接生成小分子的酮类物质、一氧 化碳、乙醛、酸酐等，依然可能产生活泼的自由基。