锦纶纤维的阻燃改性和整理述评_董召虹

2010年第5期 现代丝绸科学与技术

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锦纶纤维的阻燃改性和整理述评

董召虹,孙莎莎

(苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州 215021)

摘 要:总结了阻燃锦纶纤维的阻燃机理,介绍了锦纶织物的阻燃技术及研究进展,对阻燃锦纶织物的发展前景进行展望。

关键词:锦纶;阻燃剂;阻燃机理;改性

我国既是合成纤维的生产大国也是合成纤维的消费大国,聚酰胺(锦纶)做为合成纤维的主要品种之一,是世界上最早实现工业化生产的合成纤维,在合成纤维中产量居于第二位。由于锦纶具有耐磨性好、回弹性高、断裂强度高、染色性好、比重小质量轻以及不易虫蛀等优点,因此锦纶纤维及其织物被广泛应用于衣料服装、生活用品和工业用品等民用领域和军用领域。但是,锦纶6和锦纶66的热性能并不好,锦纶6的软化点为160 ~180 ,锦纶66的软化点为235 ,热裂解温度及燃烧温度均在400 左右。虽然锦纶的极限氧指数为21~24,不属于易燃纤维,但是由于锦纶的熔融温度与着火点温度相差比较大,所以燃烧时会发生收缩、熔融滴落。锦纶的熔融滴落使锦纶本身有自熄的性质,同时熔融滴落能传播火灾,引燃其他物质,因此在实际使用中潜在的火灾危险很大;当锦纶与非热塑性纤维共同使用时,由于非热塑性纤维起到 支架!作用,锦纶能够剧烈燃烧。随着国内外对织物阻燃的要求越来越高,因此锦纶织物的阻燃日益受到关注

解过程,氧浓度、加热速度和压力对其热行为均有影响。而降解产生的可燃挥发性产物又进入气相,作为燃料支持燃烧。聚合物的燃烧在气相和凝聚相两个相区内进行,因而锦纶的阻燃机理可分为气相阻燃机理和凝聚相阻燃机理。气相阻燃机理即气相自由基捕捉机理,是通过阻燃剂改变材料的热分解模式,减少活泼自由基的生成,减缓火焰中的链式氧化反应,抑制可燃性气体的产生,从而达到阻燃的目的。凝聚相阻燃机理是提高聚合物燃烧时炭化物的含量,从而降低可燃性气体的生成,达到阻燃的目的。通过促进聚合物燃烧过程中成炭量的增加来阻燃是一种有效的阻燃方法。在实际的生产中,为了提高材料的阻燃性能,常采用以上两种方法共同作用于同一体系。

不同的阻燃剂共同使用时,由于阻燃剂间的协同效应,会出现阻燃作用优于各组分阻燃作用之和,出现这种情况的原因是因为阻燃剂在气相和凝聚相共同发挥阻燃作用,常见的具有协同效应的体系有P N,P X(卤素),X Sb以及某些易产生自由基的物质。但是,并不是所有阻燃剂间都存在协同效应。

1 阻燃机理

2 阻燃途径

阻燃机理是阻燃研究的基础,阻燃聚合物的研究则依赖于对其燃烧过程和阻燃机理的研究了解程度。Luderwald等人[1 3]各自研究了锦纶6的热降解行为,他们认为降解机理可归纳为烷基酰胺键均裂、烷基酰胺键开裂后顺式消除、分子内转换三种。当外界热源和空气中的氧存在时,Camino等人,[4]

众所周知,纤维和纺织品可通过两种途径获得阻燃性:一种是原丝阻燃改性;另一种是织物阻燃后整理。对于锦纶来说,也可以通过以上方法赋予织物阻燃的特性。

2.1 原丝阻燃改性

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现代丝绸科学与技术 2010年第5期

燃剂,通过共聚或共混改性的方法使纤维具有阻燃性。经过原丝阻燃改性的锦纶具有永久的阻燃性,纤维毒性小,但是成本高。2.1.1 共聚阻燃改性

在合成锦纶时加入具有阻燃性的共聚单体,利用其结构中含有的有反应活性的基团使阻燃共聚单体参与聚合反应,从而聚合到锦纶大分子当中。共聚单体可选用含磷、硫、卤素等的阻燃剂。

用于锦纶6和锦纶66共聚阻燃改性的阻燃剂主要是含磷的阻燃剂,例如红磷、二羟基乙基甲基膦酸酯等。红磷在应用时常添加一些金属氢氧化物如氢氧化铝、氢氧化锰等以增加其阻燃性,它们共同作用对锦纶6和锦纶66进行阻燃改性。目前,国内用于生产阻燃锦纶纤维比较好的共聚阻燃剂是NF 8702型聚酰胺纤维阻燃剂,生产厂家为山西化纤所[5]。

田军[6]采用阻燃剂FR Y(3%添加量)和抗滴落剂(有机化的蒙脱土),利用有机蒙脱土与聚合物可以产生纳米复合微结构的特点,制备适合纺丝级锦纶6的抗滴落剂。并用原位聚合法制备无卤阻燃、抗滴落锦纶6切片,经纺丝得到功能性锦纶6纤维。经过处理的锦纶6织物不但具有阻燃性,其燃烧时的融滴问题也得到了一定控制,但是纤维的力学性能也受到了相应的影响。2.1.2 共混阻燃改性

共混阻燃改性是在聚合物纺丝时将阻燃剂加入到纺丝熔体中直接纺丝。作为锦纶用共混型的阻燃添加剂必须具备的主要特点是:阻燃剂要有高于所纺锦纶纤维的热稳定性;熔融温度要低于纤维的纺丝温度,而且熔点与所纺锦纶的熔点相差不能太大;分解温度须远高于纺丝温度而要低于所纺锦纶的分解温度;与所纺锦纶有较好的相容性等。因此,共混阻燃改性中阻燃剂的选择是关键。

可用于锦纶纤维共混改性的阻燃剂比较多,例如磷系阻燃剂中的低分子量的含磷化合物,含卤阻燃剂中的氯代聚乙烯、溴代季戊四醇以及无机类阻燃剂三氧化二锑等。磷系阻燃剂的阻燃作用可分为凝聚相阻燃机理和气相阻燃机理。加入含磷阻燃剂的聚合物燃烧时,磷化合物受热分解,发生如下变化:磷化合物

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