粘胶纤维市场现状与发展前景探索阻燃粘胶纤维的研究进展

李世俊

摘要：随着人类社会的快速发展，在衣食住行等多方面取得了长足的进步。但是新技术和新材料的应用，不可避免的也出现了很多新的问题。当今，在每个国家每年都会发生很多灾难，尤其是火灾，给人民群众的生命和财产带来了巨大的损失。而火灾原因很大一部分源于纺织材料，但是纺织材料作为一大类不可替代品，其地位不可撼动。

关键词：粘胶纤维；市场现状；发展前景；阻燃粘胶纤维

1粘胶纤维用阻燃剂

阻燃剂是赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂。按阻燃剂与阻燃基材的作用关系，阻燃剂可分为反应型和添加型两大类。添加型阻燃剂与基材及基材中的其他组分不发生化学反应，只是以物理方式分散于基材中。反应型阻燃剂则是作为高聚物单体或作为辅助试剂参与合成高聚物的化学反应，最后成为高聚物的结构单元。其中添加型阻燃剂占主导地位，应用范围较广。按化合物类型可划分为无机阻燃剂和有机阻燃剂；按元素种类可分为卤系、有机磷系、无机磷系、卤-磷系、氮系、磷—氮系、硅系、铝镁系等。粘胶纤维是将纤维素在强碱条件下黄化溶解，在强酸凝固浴中进行再生，因此选用的阻燃剂需具有良好的碱稳定性和纤维素黄酸酯相容性，同时不能与酸反应或在酸性条件下和纤维素大分子发生反应，实现纤维素与阻燃剂的牢固结合。粘胶纤维用的阻燃剂通常为磷系阻燃剂，有些还含有卤素、氮、锑、硅或硫等阻燃元素，目前研究较多、已经工业化生产的阻燃粘胶纤维主要是采用共混添加阻燃剂法。

2阻燃粘胶纤维的性能测试指标及标准

2.1阻燃机理

阻燃机理是揭示阻燃剂在材料燃烧时如何降低燃烧温度、吸收热量、抑制烟雾排放、自熄、不同阶段燃烧产物的产生及种类等的原理，根据阻燃机理可以进一步指导阻燃剂的设计、合成、添加、接枝反应等。粘胶纤维的阻燃机理主要包括覆盖层机理、气相阻燃机理、凝聚相阻燃机理和吸热机理，由于阻燃机理涉及物理变化、化学变化及两者的结合，所以采用单一的测试表征方法无法准确获得正确的阻燃机理，目前主要通过多种表征方法的联用来确定。吸热机理可以根据材料的热性能变化来判断，通过锥形量热法、微型量热法、热重分析法(TG)、差示扫描量热法(DSC)等方法获得。覆盖层机理和凝聚相阻燃机理的宏观表现是存在一个保护层(可能是阻燃剂聚合或分解产生，也可能是纤维素分解的残余炭层)呈现，该保护层可以隔绝粘胶纤维与外部空气的接触和热量传递，同时抑制纤维素的进一步燃烧。可以通过扫描电子显微镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱等测试方法对覆盖层和凝聚相的外表形貌、炭化程度、热氧化程度和芳香交联程度等进行表征，并用它们评价保护层的整体质量。还可以通过拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等测试方法对覆盖层和凝聚相的化学成分进行表征，以确定其化学组成。另一种理论是气相阻燃机理，可以通过热重-红外联用来研究阻燃粘胶纤维燃烧产生的气相物质，从而判定阻燃粘胶纤维燃烧过程中物理化学反应。阻燃机理的探索与研究有利于促进阻燃剂的开发研究和阻燃产品的生产使用，有助于促进阻燃领域的探索，开拓新的阻燃材料和试剂。随着科技水平的发展，越来越多的表征方法将被用于阻燃机理的研究。

2.2接枝共聚法

接枝共聚法通常是将大分子纤维素与乙烯基单体共聚，然后再用阻燃剂处理。阻燃剂与纤维大分子链发生化学反应，让具有阻燃作用的反应基团紧密结合在纤维素大分子上。此方法可分为直接接枝共聚和间接接枝共聚两种。前者是阻燃剂上有可以与纤维素反应的官能团，官能团与纤维素发生化学反应使粘胶纤维具有永久的阻燃效果。后者是阻燃剂上没有直接与纤维素发生反应的基团，而是通过中间物质使阻燃剂与纤维素有效结合起来。

2.3非织造材料开发

根据生产工艺不同，非织造布可分针刺、水刺、纺粘、热风、熔喷、浆粕气流成网等几种。无机硅系阻燃粘胶纤维，燃烧时具有阻燃隔热效果，低烟无毒，但强力偏低，在针刺、热风产品中得到广泛应用。以无机硅系阻燃粘胶纤维为主体，混有5%～15%具有热粘合作用的低熔点涤纶短纤维生产的针刺、热风无纺布，应用于空调主机、汽车发动机引擎的隔音、隔热材料；耐高温滤网或滤袋，应用于热风式烘干室内和空调过滤系统；生产软体家具的防火隔热层，随着美国联邦阻燃法CFR1633的实施，无机硅系阻燃粘胶纤维非织造产品在床垫阻燃隔热层方面得到普及应用；阻燃粘胶/羊毛/低熔点涤纶针刺无纺布应用于汽车内饰。

2.4烟雾密度和毒性

调查研究发现，在火灾过程中，人类除了受到材料燃烧产生的火焰威胁外，还受到燃烧产生的烟雾和有毒物质的威胁。当前材料燃烧产生的烟雾和毒性的实际测量方法主要分为两种：一种是特定测定生烟量的方法，比如符合GB/T8323—1987、GB/T8323—2008、GB/T33618—2017、ISO5659—2017、ASTME662—17和ASTME662—19标准的NBS烟箱法，符合ISO5924采用的ISO烟箱法，符合ASTMD2843—88、ASTMD2843—19标准的XP2烟箱法。还有一种方法是多种功能性的复合测试，除了测定烟雾外，还可以测量其他阻燃性能，如锥形量热法、ASTME84隧道法、ISO6569—2法等。此外，还有其他测量烟雾产生的方法，如质量法和电子法。材料在燃烧过程中的生烟速率和总生烟量是表征材料燃烧时的生烟能力，它们的值越大，说明材料燃烧时释放的烟越多，发生火灾时对人体造成的危害就越大。材料燃烧产生的烟雾有些无毒，有些是有毒的，而有毒烟雾对人类的威胁是致命的，所以在进行烟雾测试时，还必须考虑其毒性。纺织品毒性测试的标准主要有GB/T20285—2006、ISO5659—2017、EN45545—2T11、ASTME1678—15、ASTME906/E906M—17、ASTME1995—18等，如EN45545—2T11是ENISO5659—2CIT毒性测试标准的简称，可以测试CO2、CO、HF、HCl、HCN、NO2、SO2和HBr八种气体来分析毒性。

2.5安全防护服装

阻燃防护服能对金属火花飞溅及火焰燃烧起到防护和阻燃作用，在工厂生产、消防救援及军队作战训练等服装应用方面必不可少。阻燃粘胶纤维的混纺面料用于防护服装加工呈增长趋势。阻燃粘胶纤维纯纺或与阻燃涤纶、腈纶和氯纶混纺应用于民用服装，阻燃粘胶纤维与芳纶、聚酰亚胺纤维、聚苯并咪唑纤维等高性能纤维混纺，除增加防静电、防电弧、阻燃等防护性能外，还能提高防护服装的舒适性和透气性，因此广泛应用于军工消防领域。例如阻燃粘胶纤维/阻燃腈纶混纺面料制备工厂焊工服、婴儿针织内衣，阻燃粘胶纤维/芳纶/尼龙混纺面料成为军队作战服的主要材料。

3结论

粘胶纤维具有许多优良特性，阻燃粘胶纤维解决了粘胶纤维极限氧指数低、易燃烧的问题，使得粘胶纤维具有更广阔的市场前景和发展空间。国内阻燃粘胶纤维的研发和生产与国外还有一定差距，同时随着国内环保政策趋严，阻燃粘胶纤维的生产成本不断提高，导致国内许多阻燃粘胶纤维品种依赖进口。因此，为实现阻燃粘胶纤维产业的可持续发展，需从协调阻燃效果与粘胶纤维机械性能；阻燃粘胶纤维清洁生产；复合功能阻燃粘胶纤维研发等方面努力。

参考文献：

[1]李振辉，李霞，于捍江，等.阻燃粘胶纤维研究进展[J].高分子通报，2021(4):33-39.

[2]许健明，施亦东，陈衍夏，等.阻燃粘胶纤维加工技术的研究进展与应用[J].纺织科技进展，2021(2):13-15.

[3]赖小旭，郭荣辉.阻燃粘胶纤维的研究进展及应用[J].成都纺织高等专科学校学报，2021,33(3):192-198.

[5]王颖，金鑫，王绍伟.阻燃剂对粘胶纤维性能的影响[J].纺织科技进展，2021,33(2):16-22