纺织品的阻燃处理及国内现状分析

何阳

（福建省产品质量检验研究院，福建 福州 350002）

0 前言

随着科技的发展和纺织工业的进步，纺织品种的不断增多，其应用范围从人们的日常生活扩展到工业、农业、交通运输、军事、卫生等诸多领域。与此同时，由于大部分纺织品不具备阻燃性而引起的潜在火灾威胁也进一步增大。根据火因调查结果分析，因纺织品不具备阻燃性能被引燃并蔓延引起的火灾占火灾事故的20%以上，如烧死233人，烧伤201人的辽宁阜新艺苑歌舞厅火灾；烧死323人，烧伤130人的新疆克拉玛依友谊宾馆火灾，即分别由沙发和幕布燃烧蔓延而造成的。因此，如何减少纺织品燃烧危险性及燃烧时有毒气体的释放，减少人民生命财产的损失，已引起全世界的关注和重视。自上世纪七十年代以来，世界各国就纷纷开展纺织品阻燃技术的研究，并制定了相应的纺织品燃烧性能测试方法、阻燃制品标准及应用法规等。我国对纺织品的阻燃也进行了大量研究，开发了一系列可用于纺织品阻燃的阻燃剂及性能优异的阻燃纺织品，现就我国纺织品阻燃现状及发展趋势进行分析讨论。

1 纺织品的阻燃机理及方法

1821年，Gay-Lussac使用氯化铵、磷酸铵和硼砂混合物对黄麻和亚麻进行阻燃整理，并指出有效的阻燃剂或是具有较低的熔点而形成沉积物覆盖纤维表面，或是自身裂解产生不可燃气体，从而稀释织物燃烧过程中释放的可燃性气体，这为纺织品的阻燃整理研究提供了最早的理论基础。为了制备有效的阻燃产品，首先要了解织物在燃烧过程中发生的物理和化学变化，图1列出了纺织品的燃烧裂解过程。

图1 纺织品燃烧过程

由图1可以看出，要达到阻燃目的，必须切断由热源、可燃物以及氧气组成的燃烧循环体系。通常，纺织品的阻燃主要通过以下一种或多种模式来实现：

⑴除去热源；

⑵提高织物发生热裂解的温度；

⑶促进成炭，减少挥发性气体的产生；

⑷提高可燃性气体燃烧所需的温度；

⑸隔绝氧气或者稀释氧气浓度。

几乎没有阻燃剂是通过一种模式来实现织物阻燃的，它们或是采用凝聚相阻燃（模式1，2，3），或是采用气相阻燃（模式4，5），又或是两者协同作用。含磷类阻燃剂是最典型的凝聚相阻燃整理剂，适用于棉等可燃烧成炭的纤维织物。

1.1 纤维的阻燃处理

1.1.1 阻燃机理

纤维的阻燃处理是对一些本身是可燃的原丝(如涤纶、棉纶、腈纶)加入某种阻燃剂，使其抑制燃烧过程中的游离基；或是改变纤维的热分解过程，促进脱水炭化；有些则是使阻燃剂分解释放出不燃气体覆盖在纤维表面，起隔绝空气作用。

1.1.2 阻燃处理方法

1.1.2.1 提高成纤高聚物的热稳定性

⑴在成纤高聚物的大分子链中引入芳环或芳杂环，增加分子链的刚性、大分子链的密集程度和内聚力，然后将这种高热稳定性的高聚物用湿法纺丝制成纤维。

⑵通过纤维中线形大分子链间交联反应变成3维交联结构，阻止碳链断裂，成为不收缩，不熔融的阻燃性纤维。

⑶将纤维在200～300℃的空气氧化炉中停留几十分钟或数小时使纤维大分子受热后发生炭化，成为具有阻燃性的纤维。

1.1.2.2 原丝阻燃改性

(1)共聚法 在成纤高聚物的合成过程中，把含有磷、卤、硫等阻燃元素的化合物作为共聚单体(反应型阻燃剂)引入到大分子链中，再把这种阻燃性强的物质加到纤维中。

(2)共混法 与共聚法同属原丝改性，是将阻燃剂加入纺丝熔体或纺制阻燃纤维的方法。

(3)接枝改性 用放射热、高能的电子束或化学引发剂使纤维(或织物)与乙烯基型的阻燃单体发生接枝共聚，是获得有效而持久的阻燃改性方法。接枝阻燃改性纤维的阻燃性与接枝单体中阻燃元素的种类及接枝部位有关，接枝部位对阻燃效果的影响次序为：芯部接枝＞均匀接枝＞表面接枝。

1.2 织物的阻燃处理

1.2.1 阻燃机理

1.2.1.1 覆盖层理论

阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出，起到阻燃作用。

1.2.1.2 不燃气体理论

阻燃剂受热分解出不燃气体，将纤维素分解出来的可燃气体浓度冲淡到燃烧下限以下。

1.2.1.3 吸热理论

阻燃剂在高温下，发生吸热反应，降低温度阻止燃烧蔓延。此外，织物整理后能将热量迅速传出，致使纤维素达不到着火燃烧的温度。

1.2.1.4 化学反应论(催化脱水论)

阻燃剂在高温下，作为路易斯酸与纤维素发生反应，使纤维催化脱水炭化，减少可燃气体的产生。

1.2.2 阻燃处理方法

1.2.2.1 浸轧焙烘法

阻燃整理工艺中应用最广的一种工艺，工艺流程为浸轧—预烘—焙烘—后处理。浸轧液一般由阻燃剂、催化剂、树脂、润湿剂和柔软剂组成，配制成水溶液或乳液进行整理。

1.2.2.2 浸渍—烘燥法

又称吸尽法，是将织物在阻燃液中浸渍一定时间后，再干燥焙烘使阻燃液被纤维聚合体吸收。

1.2.2.3 有机溶剂法

该法是使用非水溶性的阻燃剂，其优点是阻燃整理时的能耗低。但在实际操作中，要注意溶剂的毒性和燃烧性。

1.2.2.4 涂布法

将阻燃剂混入树脂内，靠树脂的粘合作用使阻燃剂固着在织物上。根据机械设备的不同分为刮刀涂布法和浇铸涂布法。

2 纺织品常用阻燃剂

2.1 按所含阻燃元素分类

2.1.1 含卤阻燃剂

热解过程中，分解出捕获传递燃烧自由基的X·及HX，HX能稀释纤维裂解时产生的可燃气体，或隔断与空气的接触。

2.1.2 含磷阻燃剂

燃烧过程中产生磷酸酐或磷酸，促使纺织品脱水炭化，阻止或减少可燃气体产生。此外，磷酸酐在热解时形成类似玻璃状的熔融物覆盖在织物上，促使其氧化生成二氧化碳，起到阻燃作用。

2.1.3 含氮阻燃剂

氮的化合物能和纤维素作用，促进交链成炭，降低织物的分解温度，产生的不燃气体，起到稀释可燃气体的作用。

2.2 按阻燃织物的耐久程度分类

2.2.1 非耐久性阻燃整理剂

暂时性阻燃整理剂。大部分为水溶性(或乳液)的无机盐。处理时先将阻燃剂溶于水，织物经浸渍烘干即可使用；也有2浴浸轧的，第2浴用氨水或纯碱，使金属氧化物沉积在织物上。该法工艺简单，价格较低，但织物的手感较差，洗涤后阻燃效果大幅度下降。

2.2.2 半耐久性阻燃整理剂

其阻燃产品能耐1～10次温和洗涤，但不耐高温皂洗。该法有尿素-磷酸法(通常称Banflam法)、磷酸尿酯法、磷酸铵-羟甲基氰铵-甲醋混合溶液法。

2.2.3 耐久性阻燃整理剂

采用化学法在纤维内部表面进行聚合或缩合反应，形成不溶于水的聚合物，一般要求耐洗程度30次以上。该法整理的织物，阻燃效果好，特别是处理后织物的手感与强力保持是任何其他整理方法所不可比拟的，但此法危险性较大，环境污染严重，推广受到限制。

3 我国纺织品的阻燃现状

3.1 阻燃纺织产品研究

近年来，我国在纺织品阻燃技术的研究方面取得了较大进展。中国纺织科学研究院先后研制成功了丙纶阻燃母粒、抗燃烧抗静电复合溶料、安全无毒的毛粘混纺阻燃产品等；上海合成纤维研究所、上海纺织研究院、中国纺织大学和山西煤化所、山西纺织研究院承担的攻关项目“预氧丝阻燃织物的配制”通过鉴定。一系列优良性能，且长久使用或经多次熨烫、日晒水洗，性能仍然不变的永久性阻燃纤维及其系列织物已开始全面上市，使我国成为世界上少数可以生产永久性阻燃产品的国家。

3.2 阻燃剂研究

目前，我国已开发研制出一系列品种齐全、性能优异的新型阻燃剂。

北京昊天助剂厂的BR-1型阻燃剂，是涤纶织物阻燃整理剂，与日本阻燃剂TS-1属同类产品，广泛用于涤纶及涤棉交织纺织品(包括针织品、机织品)的阻燃整理，也可用于地毯等；BR-2型阻燃剂是溴系有机化合物及锑化合物的复配产品，产品在使用过程中在织物上有加白的作用；FR-45型阻燃剂又称聚磷酸铵，用于纤维处理(棉纤维、醋酸纤维、粘胶纤维、聚酯纤维、涤棉纤维、锦纶等)，氧指数可达31上； PFE-1型阻燃剂由Br、P、Sb、N多种元素组成，处理时浸喷均可，适用于毛麻棉织物、涤纶以及混纺交织品的阻燃处理，氧指数达50以上；FRWA、WB型阻燃剂，是由F、Ti、Br等多种化合物经化学反应与混配而成，低毒高效，用于纯毛、纯白织物、地毯的阻燃整理，氧指数达32以上。

天津市合成材料工业研究所的FR-PG-PG-842高效阻燃剂，是以氮—磷为基础的水溶性阻燃剂，并含有阻燃增效剂、渗透剂等，适用于天然纤维和合成纤维，如化纤织物、麻织物、毛织物、丝织物，并可用于牛皮纸及壁纸，处理后的阻燃装饰布，氧指数可达30以上；PRPG-888阻燃剂是以无机聚合物为主剂并含有阻燃增效剂、渗透剂、稳定剂等多组份复合而成，可用于任何具有吸收性的织物，如棉布、化纤织物、麻织物、地毯、窗帘、装饰布、无纺布，对木材、壁纸、墙纸等也有优良效果；FRFT高效阻燃剂，使用多种含磷、含氮及含其它阻燃元素的化合物，通过化学反应导入具有特定极性官能团的高分子短键，使阻燃剂分子键合在棉纺织品的纤维素分子上，或键合在化纤的大分子上，同时对高分子进行缠绕和包裹。因此，上述阻燃剂广泛用于由棉、棉涤、羊毛、人造纤维和大多数合成纤维制成的各种窗帘、沙发面料、壁布、幕布、帷幕等装饰纺织品阻燃处理或阻燃后处理。

4 法律法规

阻燃技术的发展与法规、法令有着密切的关系，适时而可行的，有严格要求的法规对阻燃技术的发展有很大的推动作用。随着纺织品阻燃技术的发展，各国都制定了相应的法规、阻燃标准及测试方法。如欧美等发达国家对高层建筑、民航、海运、医院、影剧院、宾馆饭店及特殊行业等部门使用的纺织品都制定了相应的规范、阻燃标准。

我国80年代起开展此项工作，陕西省纺研所率先承担了纺织总会下达的制定纺织品燃烧性能测试方法国家标准的研究项目，先后完成了“纺织品阻燃性能测试方法-垂直法、氧指数法、火焰蔓延性能测定”“纺织品及燃烧性能词汇表”“纺织织物易点燃性能测试方法”标准的制定，这些标准经国家质量监督检验检疫总局审定，批准为国家标准，现已在全国范围内贯彻实施。

从90年代开始，中国纺织科研院制定了测试纺织品燃烧性能的试验方法和产品标准13项，并已由国家标准化管理委员会批准公布。

GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》已于2013年10月1日实施，该强制性国家标准作为我国建筑材料燃烧性能的分级准则。几乎所有的规范、规程、产品标准在设计建筑材料燃烧性能都依据GB 8624-2012的分级进行评价，是燃烧性能品评价基础标准。同时GB 8624-2012也增加了窗帘幕布、家具制品装饰用阻燃织物燃烧性能的等级划分（见表1）。

表1 窗帘幕布、家具制品装饰用织物燃烧性能等级和分级判据

标准将阻燃织物分为B1（难燃材料）、B2（可燃材料）、B3（易燃材料）3个等级，统一按GB/T 5455-2014《纺织品 燃烧性能 垂直方向损毁长度、阴燃和续燃时间的测定》和GB/T 5454-1997《纺织品燃烧性能试验 氧指数法》进行试验。

对于窗帘幕布类纺织制品燃烧检测产品标准GB 8624来说，其燃烧性能等级通常要求B2级，要求更严格一点则要达到B1级。对于纺织制品的氧指数，通常认为OI≤21%的属易燃材料，22% ≤OI＜27%的属可燃材料，OI≥27% 的属难燃材料，这些技术指标是根据国外长期使用的分级判据，来对阻燃织物燃烧难易程度进行的分类。从近2年来本院检测结果数据来看，标称为B2级的产品检测合格率约为65%，标称为B1等级的检测合格率约为50%。通常情况下，经过普通浸渍法处理后的阻燃产品检测垂直燃烧项目的合格率较高，往往不合格率主要发生在氧指数（OI）检测项目上。一般纺织制品，如果没有经过阻燃处理很难达到常规要求的B2等级。对于经过普通浸渍法处理的纺织制品，其氧指数能达到26%以上。对于要求氧指数要达到32%难燃范围的B1等级的纺织制品，则需要生产企业在产品阻燃处理工艺使用更为复杂的浸轧焙烘、浸渍—烘燥等方法或对纤维进行阻燃处理。

随着纺织品的阻燃处理技术不断的增进，使生产加工企业能采用更加经济高效的阻燃处理工艺生产加工出符合、甚至优于国家标准的阻燃制品。

5 我国纺织品阻燃的发展趋势

5.1 加强阻燃纤维的开发和研究

目前，以对织物进行后整理而获得具有持久阻燃性及赋予高性能、多功能等特点的阻燃纺织品及其加工工艺是阻燃纤维发展的方向和趋势。但目前我国生产和使用最多的是阻燃整理织物，包括纯棉、纯涤纶、纯毛、涤棉和各种混纺的耐久性阻燃织物和纯棉、粘胶、纯涤纶非耐久性洗涤阻燃织物，阻燃纤维织物的生产和使用量很少，年产量只有100吨左右。随着人民生活与环境条件的不断改善，人们对阻燃纺织品性能要求越来越高，应投入力量和资金加大阻燃纤维的开发。

5.2 加强阻燃纺织品多功能化的研究

目前多数阻燃纤维或织物仅具有阻燃功能，不能满足某些部门的特殊要求，如阻燃拒水、阻燃拒油、阻燃抗静电，发展阻燃多功能产品势在必行。如在生产方法上采用多种形式相结合，对阻燃纤维织物进行防水、拒油整理；采用阻燃纤维纱与导电纤维交织以生产抗静电的阻燃纤维；利用阻燃纤维与高性能纤维进行混纺交织生产耐高温织物；采用阻燃纤维与棉粘胶等纤维混纺以改善最终产品舒适性并降低成本等。

5.3 开发新型低毒低烟、无污染的阻燃剂

生产阻燃聚丙烯纤维所选用的阻燃剂，是将溴系转向磷氮体系阻燃剂及膨胀型阻燃剂，利用其与聚合物相容性好、用量少，热稳定性高等特点，生产低烟、低毒无腐蚀且无滴落的阻燃聚丙烯纤维。

生产阻燃腈纶所选用的阻燃剂将从卤系转向磷氮体系阻燃剂，纤维除具有阻燃特性外，还兼具抗静电功能，这种具有“双抗”功能的腈纶发烟低、毒性小，后序加工性能及使用性能良好。

阻燃聚酰胺的发展方向是寻求持久高效、防滴落、毒性低、烟尘小，以及各项物理性能指标影响小的阻燃新品种，将从目前的溴系转向磷系进而向氮系发展。

阻燃聚酯的生产是向具有高附加值的纤维系列方向发展，选用的阻燃剂将由溴系转向磷系化合物并增加其它复合功能，如抗静电、低起球、抗菌易染色等。

5.4 制定法规标准、加大宣传力度

法律、法规的健全和完善，对推动阻燃纺织品的开发和推广应用，对因纺织品易燃引起的火灾事故的预防有着重要的实用价值。正确评价纺织品的阻燃性能，应以其使用场合的要求为准，按用途制订标准。试验方法的制定应以实际着火情况代替实验室小型实验为基准，这是纺织品阻燃标准的发展方向。此外，还应作好阻燃纺织品的宣传工作，使人们正确认识它，将制定的纺织品阻燃防火法规标准运用到实际工作中去，使防火工作落到实处。

5.5 加强交流合作。

阻燃纺织品的研究开发，生产和应用应视为系统工程，涉及行业广泛，除纺织系统外，其它工业领域应配合支持，因此应加强交流合作。目前，中国纺织科学研究院设立了“全国纺织阻燃技术协作网”，现已吸收60多家成员单位，将科研、生产、经营、信息等单位组织在一起，及时交流国内外纺织品阻燃的法规、标准测试方法、最新科研成果，定期举办学术交流及编辑出版有关网员活动情况的“网讯”，向政府部门反映有关阻燃纺织品发展及应用的意见和建议。而国际间的交流合作，会促进我们学习和借鉴外国先进技术和经验，缩短我国与发达国家的差距。

6 结束语

纺织品的使用是构成火灾威胁的重要因素之一。采用阻燃方法对纺织品进行处理，是降低火灾危险性的重要措施。有严格要求的技术规范是保证其阻燃措施落实的重要手段。结合纺织品阻燃要求，开发、生产阻燃、低烟、性能优异的阻燃制品，加强消防安全监督管理，可从根本上降低纺织品的火灾威胁，给人民生命财产安全提供安全保证。