阻燃聚酯纤维的开发与染色性能研究

阻燃聚酯纤维的开发与染色性能研究

时间：2010-09-14 09:46:43 来源：作者：

一、前言
　　随着经济的发展和国家法制的健全，阻燃纺织品的推广应用必将引起全社会的重视。国外对阻燃织物的开发及研究较多，一些工业发达国家早在20世纪70年代中期就制定了纺织品的阻燃法规，而且近年来要求越来越高，规定越来越细。1998年9月1日开始实施的《中华人民共和国消防法》，促进了我国阻燃纺织品技术的发展。近年来，我国对阻燃纺织品的研究开发逐渐增多，并已取得了相当大的进展。随着城市现代化建设的加快，旅游、交通运输业的发展，以及外销纺织品需求的增加，阻燃纺织品存在着巨大的潜在市场。据调查，阻燃产品的消费量主要分布于钢铁铸造业、消防服务业及化学制造业等；政府单位主要如：医院、军队、森林救火服务队。除衣着外，汽车、火车、飞机用阻燃纺品前景亦是潜力无穷。此外，若再加上电影、剧院、礼堂的座位用套布，则更是可观。聚酯（聚对苯二甲酸乙二酯，PET）具有诸多优点，其纺织品应用广泛，已成为用途最广、耗量最大的品种，因此它的阻燃化更加引起了世界范围的广泛关注。
二、阻燃聚酯纤维的发展历史
　　自20世纪70年代以来，阻燃聚酯纤维的研究一直是聚酯研究的一个热点，我国在这方面的研究和应用虽起步较晚，但发展较快。近年来，我国一些科研院校及企业如四川大学、青岛大学、北京理工大学济南正昊化纤新材料有限公司等已经开发出了或正在竞相研究和开发阻燃聚酯纤维，以提高产品附加值。其实，早在20世纪60年代至今，世界阻燃剂市场经历了一个蓬勃发展的阶段，目前已有数百个不同的品种，而且新型阻燃剂品种仍层出不穷，但用于PET阻燃的主要是卤系、磷系以及新型的阻燃聚酯/无机纳米复合材料。
聚酯纤维和其他热塑性合成纤维材料一样，受热熔融、分解、燃烧，并且具有熔融滴落的现象，涤纶纤维的极限氧指数仅为21左右，达不到阻燃标准要求。自上世纪70年代初开始，随着聚酯纤维的大量生产和应用，人们开始注意研究和开发阻燃涤纶品种。例如，美国杜邦公司，日本东洋公司，德国赫斯特公司等，先后有阻燃涤纶商品及专利问世。进入80年代后，国外已将阻燃涤纶品种规模生产，但所用技术及关键助剂——阻燃剂对外严格保密，这一时期，公开发表的研究论文，文献不多，大量以专利形式报道，美国杜邦、塞拉尼斯、食品机械化学公司、阿克苏公司、孟山都公司，日本的商人、东丽、东洋纺、钟纺、可乐丽、爱克斯纶、三菱人造丝，德国的赫斯特、BASF、拜尔，荷兰的DMS，意大利Snia等世界著名公司，都先后申请了阻燃专利技术。世界各国对阻燃聚酯的研究和应用开发非常活跃，专利文献不断涌现，各种阻燃聚酯的品种也不断问世，研究开发了数以万计的各种阻燃剂，并且商业化生产的也有几十种。
    关于阻燃纤维原料方面：2006年的时候，上海石化涤纶部应客户要求，加紧生产700吨新型阻燃聚酯切片，这标志着该产品已在上海石化实现工业化生产。据统计资料表明，由纺织品引起的火灾占火灾总数的50%以上，其中因纺织品不阻燃而蔓延引起的火灾占了相当大的比例。因此，国外一些厂家早就重视阻燃型纺织品的研究开发与生产，并形成了较为完善的阻燃法规体系。近十年来，我国亦将纺织品的阻燃技术开发列为国家重点鼓励项目。但由于种种原因，阻燃产品应用方面始终没有突破性的进展，仅停留在初期的研究开发上，没有形成工业化的生产，从而使阻燃型纺织品一直依赖于国外进口。上海石化涤纶事业部近年来以科技创新为支撑，不断进行产品结构调整，连续开发多种聚酯新产品。该部在两年前通过采用连续聚合工艺路线以及特殊的阻燃添加剂方法合成等，在国内首次实现了在连续化聚酯装置上生产磷系共聚阻燃聚酯切片。通过市场开发，目前有较大批量进入了市场。由于其质量稳定、加工成本低、可纺性好、上染率高、耐洗无毒、永久阻燃等优良品质，受到市场用户的欢迎。
三、聚酯纤维的改性方法
    1. 聚酯纤维以及织物阻燃化的过程
    对聚酯纤维及织物进行阻燃化，通常分为两个主要的过程，首先选用和开发性能良好的阻燃剂，然后采用物理或化学的方法将阻燃剂加入到纤维纺丝原料中，使阻燃剂在纤维中达到牢固均匀分布，而且阻燃剂的引入对纤维的物理机械性能尽可能不产生影响。
    2.纤维改性的方法
目前对阻燃纤维改性的方法主要有以下四种：
    2.1共聚阻燃改性
    将含阻燃元素，主要是磷、卤素(I、Br、Cl、F)、硫等的小分子阻燃剂作为共聚单体参与纤维高聚物的聚合过程，使阻燃剂结合到聚合物的大分子链中，达到长久的阻燃效果。共聚型的阻燃剂必须能适用于聚合的高温条件，稳定性比较好，不发生分解，无副反应等。
    2.2共混阻燃改性
    将阻燃剂加入到纺丝熔体或溶液中纺制阻燃纤维的方法。所用阻燃剂有低分子化合物、高分子化合物或无机物及它们的混合物，对于和熔体共混要求阻燃剂能经受熔融高温纺丝并且与主体聚合物的相容性良好，不影响纺丝后处理，对纤维的物理机械性能没有大的影响，阻燃性能耐久性好。
    2.3接枝阻燃改性
    纤维的接枝共聚是一种有效耐久性的阻燃改性方法，如应用高能辐射进行接枝阻燃改性。
四、阻燃纤维染色性能研究
    染色温度对上染百分率和颜色深度的影响染色温度影响着分散染料对聚酯纤维的可及度、分散染料分子的吸附、解吸、在纤维内部的扩散、染料在染液中溶解和聚集以及分散染料的分散稳定性，它对染色过程和染色所要预期达到的效果至关重要。染色温度对分散染料在聚酯纤维内部的扩散的影响尤为重要。相关人士选用了几种低温型和高温型分散染料进行染色温度的实验，实验结果可以得出，随着染色温度的增加，聚酯纤维的上染百分率也不断上升，在温度较低时，阻燃聚酯纤维的上染百分率明显高于普通阻燃聚酯纤维，分析是阻燃聚酯纤维大分子中引入了阻燃单体，使结构疏松，纤维中无定形区含量高，无定形区的微隙大，纤维分子排列的有序性下降，从而有利于染料分子的进入，在较低温度时就可得到较高的上染百分率。而普通聚酯纤维必须在较高的温度下才达到较大的上染百分率，随着染色温度的升高，普通聚酯纤维上染百分率的增大，两种纤维的差距随之减少。
    从结构上看，相对于葸醌型染料，杂环和偶氮类分散染料对阻燃聚酯纤维的上染性要显得低点，要在110℃才接近上染饱和，其原因分析是葸醌型染料分子量比较小，相比其他染料，更能进入纤维内部。当温度为100℃时，阻燃聚酯纤维的上染百分率除了分散黄G F S为80％左右外，其他染料都高出90％，这说明阻燃聚酯纤维可以在100-110℃的温度范围内采用分散染料染色。
    另外，随着温度的逐渐升高，染料逐渐上染纤维，其间染料上染速率对染色试样匀染性的影响尤为突出。通过研究分散染料的升温上染速率曲线，可为控制生产工艺中的始染温度及升温速率，达到较为理想的匀染效果提供理论依据。选择不同应用类型的染料，对阻燃聚酯纤维进行升温上染速率曲线测定，通过实验结果由此可以认为，在实际的染色过程中，阻燃聚酯纤维的始染温度应比普通聚酯纤维低些，在 40-50℃开始入染较为合适，并且升温速度不宜过快。
五、阻燃聚酯纤维的发展趋势
1.功能复合化
　　功能复合是当今功能纤维的发展新趋势，其目的是为了拓宽原有单一功能纤维的应用领域，增加产品的附加值，增强产品的市场竞争力，其品种有：阻燃＋阳离子、阻燃＋抗菌、阻燃＋吸湿等。
2.高技术化
　　阻燃聚酯/无机物纳米复合材料不仅可以达到很多使用场所要求的阻燃级别，而且能够保持甚至改善聚酯原有的优异性能，使得这种复合型阻燃聚酯及纤维具有较广阔和诱人的发展前景。济南正昊化纤与四川大学联合申报了B类863计划，该课题采用纳米技术解决聚酯和聚酯纤维的无卤阻燃和耐熔滴问题，并且使聚酯纤维的高模量、高强度及弹性、挺括和耐热性等性能不受影响。研制的阻燃性的共聚酯纳米复合材料既能达到很高的阻燃性，有能获得综合性能好、成本低的新型阻燃聚酯及纤维。
3.绿色化
　　阻燃纤维的绿色化是指减少生产过程对环境和操作人员的毒害作用，防止纤维对穿着人产生不良影响。因为阻燃纤维所用的阻燃剂一般含有卤、磷、硫等元素大都具有较大的毒性。火灾发生时，不会产生“二次毒害”。目前，有利于环境和日用的阻燃纤维的生产工艺有：皮芯复合纺丝法、阻燃剂微胶囊法。
六、结束语
    总之，阻燃理论的研究是整个阻燃技术的基础，目前国内研究人员已开始重视。一方面要研究各类纤维、织物的燃烧理论，还要研究阻燃剂在纤维上的阻燃机理。随着测试技术手段的发展，这方面的工作已成为可能。燃烧及阻燃理论研究可为寻找新型阻燃剂、确定阻燃方法、提高阻燃水平提供理论依据，具有重要的现实意义。

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