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[摘要]文章論述了羊毛的化學(xué)結(jié)構(gòu)、阻燃機理、常用阻燃技術(shù)及阻燃性能的主要評價方法,其中包括評價 火災(zāi)危險性最有效的參數(shù)———熱釋放速率的測試方法,并展望了羊毛阻燃整理技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞:羊毛;阻燃整理;阻燃測試

羊毛是物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)均較為復(fù)雜的天然蛋 白質(zhì)纖維,其手感柔軟、質(zhì)地堅牢,有良好的彈性 和保暖性;光澤自然、柔和,在建筑、服用、家紡等 領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛,這就對其后整理提出更高的 要求[1~2]。

羊毛極限氧指數(shù)(LOI)約為25左右,閃點為570~600℃,最高燃燒溫度為680℃[1~4],為天然 難燃纖維。而且其燃燒時不會熔化或滴落,所產(chǎn) 生的泡沫灰燼具有良好的絕緣性。這些性質(zhì)與其 化學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān),羊毛回潮率較高為15%(相 對濕度為60%),含氮15%~16%;含硫3%~ 4%;還含有6%~7%的氫。高的含氮量決定了 其本身具有較好的阻燃特性[1~2],若再對其進(jìn)行 阻燃整理,可開發(fā)出更高性能的產(chǎn)品,如高溫防護(hù) 服、飛機上裝飾材料及毛毯、燃油車輛的篷蓋 等[5~7]。

1　燃燒模式及阻燃途徑

羊毛織物燃燒需具備3要素:燃料、熱量、氧 氣。

若要達(dá)到阻燃效果,需打破上述模式,

①移走熱源。使之沒有足夠的熱量維持燃 燒。多數(shù)有機磷阻燃劑以及AL(OH)3屬此機理, 燃燒時催化脫水帶走熱量,使纖維難以繼續(xù)燃燒。

②提高分解溫度。通過原絲改性或纖維混紡 生產(chǎn)阻燃纖維屬此機理。

③減少與O2的接觸,即氣體沖淡理論。鹵系 阻燃劑屬此機理,燃燒時產(chǎn)生鹵化氫氣體,稀釋纖 維周圍的氧氣。

④減少可燃性氣體的產(chǎn)生,增加炭化物的形 成。多數(shù)磷—氮系阻燃劑及金屬絡(luò)合物阻燃劑屬 此機理,燃燒時產(chǎn)生炭渣,在纖維表面形成一隔熱 層,阻止熱量向纖維的擴散,從而達(dá)到阻燃的目的。

2　阻燃技術(shù)及阻燃性能測試

2·1　阻燃技術(shù)及阻燃機理

羊毛纖維的阻燃整理最初是利用無機硼酸、 磷酸及其鹽。這種整理方法為非耐久性整理,不 耐水洗,僅用于劇院的帷幕等;后來利用改性的四 羥甲基氯化磷(THPC)及其衍生物、氨基磺酸鹽對 羊毛進(jìn)行阻燃整理,可達(dá)半永久水平;此后又發(fā)展 到利用鈦、鋯的氟絡(luò)合物、羧酸絡(luò)合物處理羊毛, 此法可達(dá)永久水平;為了滿足更高要求,后又開發(fā) 出羊毛與其它耐燃纖維混紡的耐高溫織物。本文 主要介紹耐久性阻燃整理技術(shù)。

2·1·1　與阻燃纖維混紡[13~14]

羊毛為天然難燃纖維,與其它纖維混紡可制成耐高溫織物,阻燃性能好,而且價格低廉,加工 簡單,廣泛用于防護(hù)服、床上用品、室內(nèi)裝飾、地毯 等方面。目前市場上的耐高溫纖維有芳綸1313, 芳綸與羊毛混紡時比例超過30%時,極限氧指數(shù) 可達(dá)28以上,具有良好的阻燃性。耐高溫酚醛纖 維Kynol與羊毛混紡其含量達(dá)35%時,織物就具 有阻燃性。近來,歐洲市場上出現(xiàn)了阻燃粘膠纖 維Visil,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)它非常易于與羊毛纖維混紡。 這種纖維含有高比例的二氧化硅和金屬,燃燒煙 霧很少,無毒,羊毛與之混紡可提高熱分解溫度, 達(dá)到阻燃目的。目前,此法已得到廣泛應(yīng)用,混紡 時Visil含量約為60%左右。

2·1·2　金屬絡(luò)合物處理它是目前羊毛阻燃整理應(yīng)用最為廣泛且最為 成熟的技術(shù),主要采用鈦或鋯的氟絡(luò)合物,一般鈦(鋯)/氟克分子比為1∶6[15],如K2TiF6或K2ZrF6, 在酸性條件下(一般pH值控制在2·5左右),溫度 為70℃,處理30 min,這就是著名的“Zirpro”工 藝[1,3]。該項技術(shù)在染色前后或染色過程中均可 進(jìn)行。其阻燃機理為,在酸性條件下,羊毛上氨基 變?yōu)榘被x子,與阻燃劑陰離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生 吸附,燃燒時可增加炭的形成,減少可燃性氣體的 產(chǎn)生,從而達(dá)到阻燃的目的[1,15~20]。反應(yīng)式如下(以鋯鹽為例):

W—NH2(羊毛纖維) +H+→ W—NH+3,W—NH+3+ZrF2-6→W—NH+3·ZrF2-6。

此 外經(jīng)過水洗,ZrF2-6水解成ZrOF2,氟鋯酸鹽在受熱 燃燒時,氟化物也逐步分解,溫度為300℃以上時 也產(chǎn)生ZrOF2,ZrOF2為很細(xì)微粒,本身不能燃燒, 能與羊毛纖維混合或覆蓋纖維表面,著火時阻止 可燃性裂解氣體大量逸出,從而起到阻燃作用。

整理時添加四溴苯酐(TBPA)約10%~15%(對織 物重);該添加劑也可與羊毛纖維發(fā)生反應(yīng),使阻 燃性進(jìn)一步提高。經(jīng)驗證,經(jīng)鈦、鋯的氟絡(luò)合物整 理后,阻燃效果可耐50次硬水洗滌和干洗,為耐 久性阻燃整理[5]。研究還發(fā)現(xiàn),經(jīng)鈦絡(luò)合物整理 的織物比經(jīng)鋯絡(luò)合整理的織物阻燃效果好,但引 起織物泛黃嚴(yán)重[5,9],所以常用鋯鹽整理。該項技 術(shù)的阻燃效果有目共睹,阻燃整理廢水中含有大量 重金屬離子,鈦、鋯造成了環(huán)境污染[1]。不久的將 來,此項技術(shù)勢必被環(huán)保型阻燃整理技術(shù)所替代.