1前言
火災會引起嚴重的經濟損失和造成人身傷害，而紡織品常常會參與火災的發生。歐洲阻燃劑協會(EFRA)進行的一項調查表明，在歐洲,每年就有5000多人由于火災而丟失生命，這相當于每100000個居民中有1到2個人死于火災；而且，這還沒有包括火災造成的大量受傷者，其中許多受傷人員需要進行多年的生理、心理治療。除了對人生命的傷害外，火災還會造成嚴重的經濟損失。在德國火災造成的經濟損失每年就達65億德國馬克。歐盟的其他成員國，總計由火災引起的經濟損失高達國民生產總值的1%[1]。
滌綸是合成纖維的最大類屬，其產量居所有化學纖維之首，具有一系列優良性能，如斷裂強度和彈性模量高，回彈性適中，熱定形性能優異，耐熱性高，耐光性尚可。織物具有洗可穿性，優良的抗有機溶劑、肥皂、洗滌劑、漂白液、氧化劑等性能，以及較好的耐腐蝕性，對弱酸、堿等穩定。故有著廣泛的用途，尤其是外衣原料[2]。滌綸是熱熔性可燃纖維，遇熱會軟化熔融，熔融物一旦粘著人體皮膚就會造成濃度燒傷，是火災中致人死命的主要原因之一[3]。因此，如何減少因滌綸紡織品燃燒造成的火災，研究滌綸紡織阻燃劑技術，開發阻燃滌綸紡織品是非常重要的。
1.1滌綸織物的阻燃機理
織物燃燒主要由以下四個同時存在的步驟循環進行：第一，熱量傳遞給織物；第二，纖維的熱裂解；第三，裂解產物的擴散與對流；第四，空氣中的氧氣和裂解產物的動力學反應。阻燃技術就是阻止上述一個或多個步驟的進行。滌綸本屬易燃的熔融性纖維，它在300℃以上會緩緩分解成乙醛、一氧化碳、二氧化碳和少量其他氣體。熱裂解產生的固體則為對苯二甲酸齊聚物和環狀齊聚物。滌綸的阻燃技術主要是制止聚對苯二甲酸乙二酯的羰基斷裂和阻止揮發碎片形成[5]。
滌綸在受熱后，當溫度超過玻璃化溫度（Tg）時，首先軟化，當溫度達到熔融溫度（Tm）時會熔融，熔化成粘稠橡膠狀物體，產生熔融后再發生熱裂解作用，熱分解能產生有毒氣體及煙
PES熔點與外部著火溫度相差很大，可被視作不燃性纖維。如果這種纖維靠近火焰，會發生收縮，遠離火焰溫度最高區域，即纖維熔融并形成液滴，直到溫度降到熔點以下。所以這種纖維實際上不會著火燃燒。但是,如果融化和形成熔融液滴的過程被延緩或阻止，比如存在紡織助劑和染料，這種纖維也會著火燃燒。譬如在滌和棉混紡織物中，棉在燃燒過程中起“支架”的作用，阻止熔融液滴的形成[7]。因此，對于滌綸織物的阻燃整理可從消除盡可能存在的“支架”，如使所用助劑也能隨滌綸一起熔融形成液滴從而脫離火源方面考慮（這就要求我們對滌綸織物染色后整理助劑進行慎重選擇）。另外也可以從前面闡述的阻燃原理入手，選用特殊的阻燃劑，如用AflammitPE或AflammitPEconc或ATF作阻燃劑，使阻燃劑存在于纖維內部，遇熱產生不燃性氣體或熔化形成覆蓋層或本身具有高的熔點能大量吸收熱量亦或能釋放出可捕獲高能自由基的基團等。
1.2滌綸織物的阻燃劑
1.2.1暫時性阻燃整理
滌綸織物的暫時性阻燃整理應用不多。使用的主要是磷化合物阻燃劑，在多用于簾幕和車輛內有關織物。所應用的阻燃劑有：磷酸銨系、氨基甲酸酯、硫酸鹽縮合物、聚氨基甲酸磷酸酯、氨基甲酰基磷酸酯縮合物等。阻燃劑為織物的0～15%時可獲得良好的阻燃效果。工藝一般為軋—烘—焙法。
1.2.2半耐久及耐久性阻燃整理
著名的阻燃整理劑（2,3—二溴丙基）磷酸酯（TDBPP）曾廣泛用于滌綸織物。自20世紀70年代末發現其具
（1）環狀磷酸酯齊聚物：此類阻燃劑有美國Mobil公司的Antiblaze19/19T。我國有常州的FRC-I。該阻燃劑效果好，毒性低，色變小，具有良好的熱穩定性、低揮發性、優良的耐久性和相容性，尤其適用于聚酯織物的耐久性阻燃處理[8]。通過軋—烘—焙工藝，阻燃劑滲入滌綸內部并固著，耐洗牢度高。
（2）六溴環十二烷（HBCD）：此類阻燃劑有美國Greatlakes公司的CD75，日本日華公司的NikkafinonCG-1。我國北京及浙江有該產品生產。六溴環十二烷屬脂環烴，外觀為白色粉末，溴含量76%。六溴環十二烷溴含量高，受熱后較易分解出溴化氫，因此用量少，阻燃效果好。如與協效劑二異丙苯齊聚物及三氧化二銻合用，阻燃效果可大大增強。用作滌綸織物的阻燃整理劑，應將六溴環十二烷與協效劑、分散劑、穩定劑等混用，加一定比例的水于膠體磨中研磨，制得相對穩定的分散體系，再以軋烘焙或高溫高壓法對織物進行整理[9]。可用染浴拼用法或浸軋、焙烘法制備耐久阻燃滌綸。實踐證明，染浴拼用法更具優越性。該阻燃劑與分散染料及染色助劑之間互不干撓，可用同浴染色，織物理化指標與未阻燃的織物相近。
（3）十溴二苯醚（DBDPO）：此類產品有美國White公司的CalibanF/RP-44和F/RP-53。我國天津、上海及江蘇有同類產品生產。外觀為淡黃色粉末，溴含量83%，熔點304℃。可以作為合成纖維的添加型阻燃劑，也可與三氧化二銻復合用于滌綸織物的阻燃整理。整理劑制備時，按一定比例將十溴二苯醚和三氧化二銻混合，加入適量分散劑、穩定劑等，加水置于膠體磨中研磨至粒徑15～20μｍ。整理時要加黏合劑以提高耐洗性。整理后對織物手感有一定影響，且織物表面有“白霜”現象[4]。該阻燃劑配以粘合劑用軋—烘—焙法處理織物，視使用粘合劑的粘接牢度，可制備成半耐
1.2.3阻燃劑ATF
阻燃劑ATF，外觀為淺棕色漿狀物，密度117g/cm3(20℃),pH值為7，無毒，無味，不燃，不爆，為非危險品。屬于含溴有機化合物，是一種適用于各種滌綸產品的耐洗型阻燃劑，使用方便，可采用染色阻燃整理同浴進行，不需要增加設備和操作工人，特別適合于沒有焙烘條件的生產廠，深受廣大用戶的歡迎。ATF阻燃效果耐久，限氧化指數（LOI）可高達40%以上，阻燃效果耐洗次數達50次以上，阻燃加工過程中不產生任何刺激性氣味，整理后的織物色澤好，不減低織物的強度和手感。
當滌綸織物用ATF整理時，小分子的阻燃劑進入滌綸纖維內部。ATF分解釋放的低能自由基Br等，有效地在火焰中捕獲高能自由基（R、H和HO等），從而阻止滌綸燃燒。同時ATF使滌綸熱解機理發生變化，減少可燃性氣體的生成[3]。
1.3滌綸織物的阻燃整理
1.3.1純滌綸的阻燃方法
（1）在聚合過程中進行改性，即在聚合階段將阻燃劑與聚合物單體共聚，或在高分子鏈上引入難燃基團進行接技改性。
（2）在紡絲過程中進行改性，即在紡絲成型之前，將一定量的阻燃劑加到聚合物中，經混合加工使阻燃劑均勻地分散在聚合物熔體中。
（3）在后整理過程中進行改性，即采用浸軋、焙烘、高溫高壓浸漬、涂層等方法，使阻燃劑固著在纖維或織物上，從而獲得阻燃效果[3]。
1.3.2滌綸織物的阻燃整理
滌綸織物阻燃整理是通過吸附、沉積、滲透等作用，使阻燃劑與織物或纖維結合起來。下面介紹幾種阻燃劑的整理工藝。
（1）阻燃劑ATF的整理工藝
1、高溫高壓（染色阻燃一浴法）
工藝配方：分散染料（o.w.f）x%
阻燃劑ATF（o.w.f）10%～20%
工藝流程：壞布→皂洗→染色阻燃整理，升溫到130℃，保溫40～60min→水洗→烘干→定形（185～190℃，30～45ｓ）。
2、熱熔法
工藝配方：阻燃劑ATF150～300g/L
滲透劑1g/L
工藝流程：
（2）阻燃劑AflammitPE或AflammitPEconc的整理工藝
用AflammitPE或AflammitPEconc.作阻燃劑,對聚酯纖維進行熱熔耐久阻燃整理。為了讓熱熔處理過程中阻燃劑進入纖維內部,首先必須“打開”聚酯纖維結構。所以熱溶處理溫度必須高于原來的熱定型溫度。一般地說,在190℃～210℃纖維的孔隙可以打開。聚酯織物在AflammitPE或AflammitPE溶液中浸軋,100℃～130℃烘干,隨后190℃～210℃熱熔處理30s～40s。在190℃～210℃時,纖維結構微隙打開,阻燃劑遷移進纖維內部,隨著處理溫度降低,纖維微隙結構又關閉,阻燃劑就被包圍在纖維內部。最后,在冷水中短暫沖洗被整理的織物,去除乳化劑,避免影響深色織物的摩擦牢度[11]。
1.4阻燃織物阻燃效果的測試
一般說來,燃燒測試可以分為三類：水平燃燒(如MVSS302水平燃燒試驗),垂直燃燒試驗(如FAR25852)和特殊的標準(BS5852,BS6807,EN71)[1]。
（一）常用試驗方法
燃燒試驗是最方便的一種阻燃測試方法，不需要儀器設備，操作簡單，而且也能比較和考核織物阻燃性能。試驗步驟如下：
試樣大小：2.54㎝×5.08㎝(1英寸×2英寸)
燃燒條件：火柴點燃后，放在條狀試樣下面，燃燒至火柴燒完（約15ｓ）后，如果試樣燃燒不超過5ｓ為合格，超過中線或陰燃超過15ｓ為不合格。
（二）氧指數試驗法
試驗時將試樣[12.7㎝×0.63㎝×0.32㎝(5英寸×0.25英寸×0.125英寸)]垂直放置于玻璃煙囪中間，控制氮氧混合比例，觀察能使織物燃燒所需氧氣的最小體積分數，即為試樣品的氧指數[12]。
1.5前景展望
隨著城市建設的發展，高層建筑、交通工具、公共設施的增加，各種紡織品的消
紡織品的用途很廣，其應用領域已從服裝面料擴展到建筑內裝飾以及飛機、汽車、輪船和工業用布等領域，因此在火災易發生處采用阻燃織物已越來越引起人們的重視。滌綸阻燃紡織品將以其獨特的優點,使其應用前景看好。
隨著我國阻燃法規不斷健全,加大阻燃纖維紡織產品開發力度,生產永久阻燃性織物,將會成為我國紡織品市場上的一個新熱點，阻燃新品將會不斷開發,阻燃紡織品的市場拓展一定會越趨寬廣。
2實驗部分
2.1實驗儀器
名稱廠商
烘箱廣東精湛染整設備廠
小樣定型機廣東佛山宏信機械設備廠
均勻軋車廣東精湛染整設備廠
差熱分析儀上海精密儀器有限公司
高溫高壓油浴小樣機廣東精湛染整設備廠
電子天平上海精密科天平有限公司
織物垂直燃燒測試儀寧波紡織儀器有限公司
DATAFLASH100電腦測配色儀美國DATACOLOR公司
2.2實驗材料
藥品名稱純度生產廠家
滌綸阻燃劑DM-3088工業級廣東汕頭西垅化工廠
滲透劑JFC工業級廣東汕頭西垅化工廠
醋酸工業級杭州凱明催化劑有限公司
尿素工業級浙江巨化集團有限責任公司
寶隆分散黃工業級新加坡ZFC公司
寶隆分散紅工業級新加坡ZFC公司
針織滌綸布湘潭光華印染廠
滌綸布湘潭光華印染廠
2.3實驗方法與原理
2.3.1熱熔染色整理二步法
染色處方：
寶隆分散黃2.0g/L
尿素2.0g/L
整理液處方：
阻燃劑DM-3088xg/l
滲透劑JFC1g/L
工藝流程：漂白
2.3.2染色和阻燃整理熱溶一步法
實驗處方：
寶隆分散黃(o.w.f.)2.0g/L
阻燃劑DM-3088xg/L
尿素2g/L
滲透劑JFC1g/L
工藝流程：漂白布→室溫二浸二扎（染料和阻燃劑的混合液）→預烘(100℃×2min)→焙烘→皂洗→水洗→烘干
2.3.3高溫高壓法染色整理二浴法
染色處方：
寶隆分散紅(o.w.f.)0.2%
尿素2g/L
pH(磷酸二氫銨和醋酸調pH)4～5
浴比1:50
整理處方：
阻燃劑DM-3088(o.w.f.)y%
浴比1:50
工藝流程：漂白布→染色（120℃×30min）→皂洗(40℃×15min)→水洗→烘干→阻燃整理→120℃×30min→皂洗(40℃×15min)→水洗→烘干。
2.3.4染色和阻燃整理高溫高壓一浴法
實驗處方：
寶隆分散黃(o.w.f.)0.2%
阻燃劑DM-3088(o.w.f.)x%
尿素2g/L
pH(磷酸二氫銨和醋酸調pH)4～5
浴比1:50
工藝流程：漂白布→染色、阻燃同浴整理→皂洗(40℃×15min)→水洗→烘干。
2.4測試方法
2.4.1K/S值
采用SCT測配色系統（datacolor），對染色樣折4層在大孔下，采用D65光源/10o，測定400-700nm波長范圍內反射率R與波長的關系曲線。通過計算機得出K/S。表面深度K/S值[16]：根據庫貝耳卡"蒙克（KubelkaMunk）函數式計算K/S值，即：K/S=(1-R)2/2R，K=光吸收系數S=光散射系數R=反射率。
2.4.2垂著燃燒法
采用GB/T8746-1988方法，用YG815B織物阻燃性能測試儀測試織物的阻燃效果。B1級：炭長≤12cm，續燃時間≤5s，陰燃時間≤5s；B2級：炭長≤20
2.4.3織物強力的測試
在HD026N型電子織物強力儀上，用剪切條樣法按GB-3219-1982標準測定織物的斷裂強力，測試5次，取平均值。
2.4.4耐久燃燒測試
采用BS5651—1978方法，加家用洗衣粉5g／L，浴比為1：1O，溫度在5O-53℃，洗30min，相當于家用洗滌5O次,最后烘干，測試其阻燃耐洗性。
2.4.5DSC熱分析
采用GB/T15814.3-1995方法，用上海精密科學儀器有限公司生產的差動熱分析儀對整理后樣品進行DSC差熱分析
3結果與討論
3.1熱熔工藝
3.1.1阻燃劑用量
表1阻燃劑用量對未染色織物阻燃性能的影響
實驗方法一步法
阻燃劑濃度/g/L150250300
焙烘溫度/℃185℃185℃185℃
焙烘時間/min2min2min2min
續燃時間/s4.8s3.8s3.2s
陰燃時間/s0.2s0.1s0.1s
損毀長度/cm9.08.87.8
注：未染色織物的阻燃整理,焙烘:190℃×1min。
表2阻燃劑用量對染色織物阻燃性能的影響
二步法一步法
阻燃劑濃度/g/L150250300150250300
續燃時間/s4.13.11.44.62.71.2
陰燃時間/s0.10.20.10.10.10.1
損毀長度/cm8.46.33.38.66.74.4
K/S2.1872.1782.1811.9751.6741.295
注：寶隆分散黃2.0g/L,焙烘:190℃×1min。
從表1、2中可以看到隨著阻燃劑用量的增加，不論是染色織物還是未染色織物的續燃時間和損毀長度逐漸降低。說明織物的阻燃性能隨著阻燃劑用量的增加而加強，阻燃劑固著在纖維上后，纖維改變了軟化、熔融，裂解的過程和速度，使燃燒性能發生明顯變化。此外，表中還反映了滌綸織物的陰燃時間幾乎沒有，這是由滌綸纖維燃燒時易熔滴的性質所致。
表2中可以得到，在二步法時，
從上面的分析得到，阻燃劑用量在250g/L-300g/L，不論是染色還是未染色，二步法還是一步法，織物阻燃性能都能達到國家B1標準。
3.1.2溫度
表3不同的焙烘溫度對織物阻燃性能的影響
阻燃劑濃度250g/L250g/L250g/L
焙烘溫度170℃185℃200℃
焙烘時間/min1min1min1min
余燃時間/s3.2s3.7s4.5s
陰燃時間/s0.1s0.1s0.2s
碳長/cm7.8cm7.7cm8.8cm
從表3中織物的余燃時間可以看到，當焙烘溫度在185℃時織物的余燃時間較短，相對應的織物的損毀長度也是最短的。這說明在三個溫度中185℃是最佳的。在利用熱熔法整理的過程中當溫度太低時，整理劑不能充分的滲入織物的內部，而當焙烘溫度過高時，固著的阻燃劑發生較強的解吸，反而出現阻燃性能也下降的結果。因此，焙烘溫度宜選用185℃左右。
3.1.3時間
表4不同的焙烘時間對織物阻燃性能的影響
阻燃劑濃度250g/L250g/L250g/L
焙烘溫度185℃185℃185℃
焙烘時間15s60s1.5min
余燃時間/s4.6s3.5s5.3s
陰燃時間/s0.2s0.1s0.1s
碳長/cm8.7cm7.2cm9.8cm
從表4的余燃時間可以看到在三個焙烘時間中，當時間為60s時織物的余燃時間是最短的相應的碳長也是最短的。當焙烘的時間過短時，阻燃劑不能充分的滲透到織物的內部，當焙烘的時間過長，焙烘溫度處于185℃，固著的阻燃劑發生較強的解吸，反而出現阻燃性能也下降的結果。因此，焙烘時間宜選用60s左右。3.2高溫高壓工藝<
表5阻燃劑用量對未染色織物阻燃性能的影響
實驗方法一浴法
阻燃劑濃度%103040
油浴溫度/℃120℃120℃120℃
油浴時間/min30min30min30min
余燃時間/s3.2s1.2s1.3s
陰燃時間/s0.2s0.3s0.1s
損毀長度/cm7.5cm6.3cm6.2cm表6阻燃劑用量對染色織物阻燃性能的影響
實驗方法二浴法一浴法
染液濃度/%2.02.02.02.02.02.0
阻燃劑濃度%103040103040
余燃時間/s3.73.21.34.84.01.1
陰燃時間/s0.20.10.10.10.20.1
損毀長度/cm8.25.82.69.57.22.0
K/S2.3271.9851.9132.5461.5841.350
表5、6中的數據表明，隨著阻燃劑用量的增加，織物的余燃時間逐漸降低。這也就說明織物的阻燃性能隨著阻燃劑用量的增加而加強。說明織物的阻燃性能隨著阻燃劑用量的增加而加強，阻燃劑固著在纖維上后，纖維改變了軟化、熔融，裂解的過程和速度，使燃燒性能發生明顯變化。此外，表中還反映了滌綸織物的陰燃時間幾乎沒有，這是由滌綸纖維燃燒時易熔滴的性質所致。
表6中還顯示，不同的工藝的情況下，二浴法得到的織物的阻燃性能較一浴法的好，同時，隨著阻燃劑用量的逐漸增加，織物的K/S值逐漸下降，同浴法中的顏色深度變化較大，表明在高溫高壓同浴下，溶液中染料與阻燃劑發生相互作用形成某種結合，影響染料的上染量；二者也會競相爭奪纖維上的染座，導致阻燃劑用量增大時，染色深度逐漸變小。
3.2.2溫度
表7溫度對織物阻燃性能的影響
實驗方法一浴法
阻燃劑濃度30%30%30%
油浴溫度100℃120℃140℃
油浴時間/min1min1min1min
陰燃時間/s0.3s0.1s0.1s
損毀長度/cm5.7cm4.2cm4.1cm
從表7中可以看到當溫度在100℃時織物陰燃時間大于120℃和140℃
3.2.3時間
表8時間對織物阻燃性能的影響
一浴法
阻燃劑濃度30%30%30%
油浴溫度120℃120℃120℃
油浴時間10min30min60min
余燃時間/s5.2s1.8s1.7s
陰燃時間/s0.2s0.1s0.2s
損毀長度/cm15.1cm5.8cm5.2cm
從表8中得到，當時間為10min時，織物的余燃時間最長，相應的損毀長度也是最長的，這說明此時阻燃整理的時間太短，吸附固著量不高，阻燃效果不顯著，而處理為60min，阻燃性能只是略有提高，所以可以選用30min。
3.3織物斷裂強力的測試
表9阻燃劑用量對已染色織物斷裂強力的影響
實驗方法二步法一步法
阻燃劑濃度/g/L1.52.53．01.52.53.0
斷裂強力/N1023.121085.131108.21153.031036.481132.2
注：焙烘:190℃×2min。
從表9中的數據可以看到，不論一步法還是二步法，阻燃整理對織物的斷裂強度影響不大。
3.4阻燃的耐久性測試
表10洗滌前后織物的阻燃性能
布樣洗前洗50次后
余燃時間陰燃時間損毀長度余燃時間陰燃時間損毀長度
1#3.8s0.1s8.8cm4.1s0.1s9.0cm
2#1.2s0.1s6.3cm1.3s0.1s6.5cm
注：1#-，2#-。
從表10中可以看出，滌綸織物阻燃的二種工藝所得樣品經過50次水洗后，仍具有較好的阻燃效果。這說明阻燃劑與纖維形成較強的疏水結合。
3.5織物的DSC值測試
圖2不同阻燃劑整理后滌綸織物的DSC熱譜圖
（F1—300g/L,F2---250g/L,F3—1
從圖2中可以看到，隨著阻燃劑的用量增大時，滌綸織物三個樣品的的熱性能比較如下：（1）三者在250℃附近出現較強的吸熱峰，但150g/L的樣品，較其它二個出峰的溫度較高，高于250℃，其它二樣于250℃以下；（2）150g/L的樣有明顯的熔融熔峰（280℃），經過熔融后才裂解，而其它二樣沒有明顯的溶融過程直接裂解。這種現象說明了阻燃劑的加入，使纖維的受熱、融熔、裂解過程得到了改變。阻燃劑在受熱時，首先吸熱在250℃附近分解釋放出小分子帶走了纖維上的部分熱量，使纖維的熔融溫度提高，甚至消失，直接裂解成炭，阻止了燃燒繼續進行。
4結論
（1）織物的阻燃性能隨著阻燃劑用量的增加而加強，阻燃劑固著在纖維上后，纖維改變了軟化、熔融，裂解的過程和速度，使燃燒性能發生明顯變化。此外，滌綸織物的陰燃時間幾乎沒有，這是由滌綸纖維燃燒時易熔滴的性質所致。
（2）在熱熔法中選擇185℃這一溫度是最佳的。因此，焙烘溫度宜選用185℃左右，相應的焙烘時間宜選用60s左右。
（3）二浴法得到的織物的阻燃性能較一浴法的好，同時，隨著阻燃劑用量的逐漸增加，織物的K/S值逐漸下降，同浴法中的顏色深度變化較大，表明在高溫高壓同浴下，溶液中染料與阻燃劑發生相互作用形成某種結合，影響染料的上染量；二者也會競相爭奪纖維上的染座，導致阻燃劑用量增大時，染色深度逐漸變小。
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