聚酯纤维阻燃技术研究进展

聚酯纤维阻燃技术研究进展

周向阳1,贾德民2,严志云1

(1仲恺农业工程学院化学化工学院,广东广州,510225;2华南理工大学材料学院,广东广州,510641)

摘要:综述了聚酯纤维阻燃化处理方法,分析了卤系和磷系阻燃剂及其对聚酯的阻燃改性作用。介绍了聚酯阻燃的新技术如纳米技术、微胶囊技术、硅系阻燃剂和复配技术。指出了今后聚酯阻燃改性的发展方向。

关键词:阻燃;涤纶;阻燃剂;纳米技术

中图分类号:TQ342

Progress i n F l a m e R etardant T echnol ogy for Po l yester F i bers

ZHOU X iang yang1,JI A De m in2,YAN Zh i yun1

(1Co ll e ge of Che m istry and Che m ica lEng ineeri n g,Zhongka iUn i v ersity o fAg riculture and Eng ineeri n g, Guang zhou510225,Guangdong,Ch i n a;2Co llege ofM ateri a ls Science and Tec hno l o gy,

South Ch i n a Un i v ersity of Techno l o gy,Guangzhou510640,Guangdong,China)

Abstract:Th is paper revie w s on the fla m e retardan tm odificati o n techn i q ues for po lyester fi b ers.The research and application o f halogen and phosphorus conta i n i n g fla m e retarders for fla m e retardant po l y ester fibers had been summ arized and ana l y zed.The nove l techno l o g i e s such as nanotechno l o gy,m icrocapsu l e s,silicone fla m e retar der processi n g and built techno logy w ere i n troduced.The develop i n g orienta ti o n of the fla m e retardantm odificati o n for po l y ester fi b er w as po i n ted ou.t

K ey words:fla m e retardation;po l y ester fi b er;fl a m e retarder;nanotechno l o gy

聚酯(PET)纤维是各种合成纤维中发展最快、产量最高、应用面最广的一种合成纤维,被誉为是21世纪的纤维之王。它以其高强度、尺寸稳定、耐化学腐蚀等优异的性能,在服装、地毯及装饰织物方面具有非常广泛的用途。但聚酯纤维属于熔融性可燃纤维,对聚酯纤维进行阻燃化处理,降低聚酯织物在火灾中的危险性,已成为一个广泛关注的研究方向。聚酯的阻燃研究始于20世纪60年代,经过几十年的发展,聚酯的阻燃技术已比较成熟,取得了不少成果,国外已经有许多产品成功商业化。我国起步较晚,目前工业化产品不多,但也取得了很大研究进展。1 聚酯纤维阻燃化方法及途径

聚酯的阻燃通过原丝的阻燃改性或表面处理改性来实现。具体方法可归纳为如下五种途径:

(1)阻燃单体共聚

在合成聚酯的单体二元酸或二元醇分子中引入阻燃元素:卤素、磷或硫,然后合成聚酯。该法的优点是阻燃性能持久且耐洗涤,缺点是工艺稍复杂,共聚型阻燃剂开发成本高,对聚酯的性能影响比较大。

(2)共混阻燃改性

此法是将普通聚酯与阻燃剂共混造粒后纺丝,由于不涉及聚合生产工艺的改变,所以简单易行,操作费用低,但纤维的阻燃耐久性比共聚改性方法

收稿日期:2010 12 14

差。但是要求添加的阻燃剂必须与聚酯的相容性要好,热稳定性要高。目前国内大多采用小分子有机物或无机物作为添加剂,添加量较多,对纤维的可纺性和力学性能影响较大。

(3)复合纺丝阻燃改性

通过改变纺丝工艺实现聚酯的阻燃,一般是纺丝时采用以阻燃聚酯为芯,一般聚酯为外皮的皮芯结构。这样可以防止阻燃剂过早分解,降低对阻燃剂热稳定性的要求,又能保持纤维原有性能。但是此法需要复杂的纺丝设备,限制了它的应用。

(4)聚酯纤维接枝改性

此法是将反应型阻燃剂接枝于聚酯纤维上(主要是表面接枝),阻燃效率取决于阻燃剂的化学结构及其接枝部位,可通过化学及等离子体法实现。但是该法对技术条件要求比较高,工艺路线复杂,难以工业化。

(5)聚酯织物的阻燃整理

聚酯织物浸渍或浸轧在含有阻燃剂的溶液里,然后进行交联使织物外层形成一层薄膜以达到阻燃效果,但阻燃耐久性不高,织物手感较差;同时对纤维的物理性能有一定损害,且加工成本较高。

前三种方法属原丝的阻燃改性,后两种方法属表面处理改性[1]。目前后整理法仍是涤纶阻燃的重要方法之一,尤其是含磷共聚型阻燃剂以其效率高、发烟量低、无毒等特点,近年来越来越受到人们的重视[2]。

2 聚酯纤维阻燃剂及其阻燃改性

2 1 聚酯纤维阻燃整理剂

聚酯纤维阻燃整理剂研究较早,工艺较成熟,国内外均有不少已商品化的牌号。

按其与纤维结合原理可分为以下几种:

(1)反应型聚酯纤维阻燃整理剂,在纤维表面上相互反应形成皮膜固着在纤维上,如环氧乙烷基的卤代烷基磷酸酯以及一些特殊的环状膦酸酯化合物。

(2)具有分散染料吸尽结构的阻燃整理剂,如卤代烃基膦酸酯,多溴代脂肪烃等。

(3)与涤纶亲和力很大的固态整理剂可以用热溶法将其固着在纤维上,如溴化双酚A的双羟乙基衍生物。

(4)非水溶性固体阻燃剂可用粘合剂固着在纤维表面上。通常用三氧化二锑,聚磷酸铵等无机化合物与溴代芳香族化合物(如十溴二苯醚)等非水溶性固体阻燃剂加上聚丙烯酸或聚氨酯、聚乙烯基乙醚、丁苯胶等粘合剂一起分散于水中,然后用涂布和浸轧 干燥 热定型方法固着。

2 2 共聚型聚酯纤维阻燃剂

此类阻燃剂属反应型阻燃剂,分子中带有可反应的双官能团 OH基、 COOH基,作为共聚单体结合进聚酯大分子链中,反应需在酯交换釜或缩聚釜中进行。

2 2 1 共聚型卤系阻燃剂

用于涤纶阻燃处理的卤素化合物以溴代物为主。溴类阻燃剂添加量小,阻燃效果好,是目前应用较为广泛的阻燃剂。最早研究成功并商业化的是Du Pont公司的Dacr on900F纤维,它是以四溴双酚A双羟乙基醚为共聚单体制得,后来意大利Snia公司将其发展为共聚阻燃体系,以1 磺酸钠 3,5苯二甲酸二甲酯为辅助共聚单体加上三氧化二锑和磷酸钠制成了著名的W istel FR[3]。

卤素阻燃剂虽然阻燃效果令人满意,但也有一系列的缺陷:在涤纶纺丝过程中对设备和喷丝板有严重的腐蚀作用;常使涤纶的耐光牢度降低2 3级,且当染料受光照作用后同溴化物反应,引起纤维变黄,颜色恶化。含卤素的阻燃材料在燃烧时易放出有刺激性和腐蚀性的卤化氢气体,特别是一些含卤素类阻燃体系在高温裂解及燃烧时,产生有毒的多溴代二苯并呋喃(PB DF)及多溴代二苯并噁烷(PBDD),这对生命与财产安全构成严重威胁,因此,阻燃材料的无卤化在全球的呼声甚高[4,5]。

2 2 2 共聚型磷系阻燃剂

随着人们对火灾和阻燃材料研究的深入以及环保意识的增强,特别是自上世纪90年代以来,具有低烟、低毒的磷系阻燃剂受到普遍重视。据报道[6],使涤纶产生自熄行为所需的磷的质量百分含量为5%,而在同样的情况下所需的溴的质量百分含量在17%左右。就阻燃聚酯纤维的综合性能而言,磷系阻燃剂不仅能克服卤素阻燃剂带来的纤维耐光牢度降低、颜色恶化和脆性增加等不良影响,通常还能改善纤维的色泽和染色性能。目前磷系阻燃剂主要有磷酸酯、膦酸衍生物、膦酸酯类或氧化膦类。