摘要：苎麻作为我国重要经济作物，在纺织、建筑等领域均具有广泛的应用。苎麻纤维极易燃烧的缺点增加了使用者的安全隐患并造成了巨大的经济损失。长期以来，针对苎麻纤维的阻燃改性一直国内外阻燃界的研究热点。本文简单介绍了苎麻纤维的阻燃处理方法。
关键词：苎麻纤维 阻燃改性
1、前言
苎麻，原产于我国西南一带，俗称“中国草”，是单位土地面积可获得纤维产量最高的植物纤维，具有优良的种植适应能力，在我国秦岭淮河以南的广大地区均可种植并能获得正常产量。
我国使用苎麻纤维纺纱织布距今已有4000余年历史。直到今天，苎麻织物因其优良的透气性、耐蛀虫、质轻及易染色等优点，依旧受到广大消费者的喜欢，并被广泛应用于服装纺织、建筑装饰等领域。此外，由于苎麻纤维优良的力学性能特点，可作为增强体添加到复合材料中并已被广泛应用于汽车、航空航天等相关领域。然而，苎麻纤维易燃的缺点严重限制了其在相关领域的应用，并为在日常生活中使用苎麻产品增加了火灾安全隐患，因此，提高苎麻纤维的阻燃性能具有非常重要的实际意义。
2、苎麻纤维的燃烧及阻燃机理
苎麻纤维属于纤维素纤维，其中纤维素所占比重近70%，因此，苎麻纤维受热后主要发生的是纤维素的热解过程。纤维素在空气条件下受热后首次裂解发生在300-400oC之间，主要发生纤维素脱水炭化成脂肪族碳与纤维素分子解聚成可燃性挥发物的过程，该过程也为纤维素受热后的主要降解阶段，热失重率高达70%以上[1]；随着温度的继续升高，第二次主要裂解发生在400-600oC之间，一部分脂肪族碳转化为芳香族碳，一部分直接氧化为水、二氧化碳及一氧化碳，该过程结束后纤维素基本完全降解，极少量残留的芳香族最终在600-900oC完全氧化成水和二氧化碳等物质。综上，想要提高苎麻纤维的阻燃性能，可主要从提高纤维素的脱水炭化率以及阻止可燃性挥发物生成及燃烧角度对苎麻纤维进行改性处理。
3、苎麻纤维的阻燃现状
3.1 阻燃剂
用在纤维阻燃改性上的常用阻燃剂有：铝镁氢氧化物、含硼化合物、卤硼化合物、卤系阻燃剂、磷氮系阻燃剂等。其中，铝镁氢氧化物、含硼化合物等主要通过吸热机理来达到阻燃的效果，卤系阻燃剂主要通过捕捉燃烧反应中的自由基从而达到降低燃烧反应的速率并终止燃烧的效果，磷氮系阻燃剂主要通过促进纤维素表面脱水炭化形成稳定性更高及热传导性能低的不挥发性焦炭层从而起到隔热跟阻隔可燃性气体挥发的目的。
卤系阻燃剂阻燃效果好，价格适中，但其在阻燃过程中会产生卤化氢等有毒气体及二噁英等有害物质，严重影响环境并危害人类的健康，近年来逐步被许多国家限制使用。
相较于卤系阻燃剂，磷氮系阻燃剂具有环保同时阻燃效率高等优点，属于膨胀型阻燃体系的一种。膨胀型阻燃体系包含炭源、酸源及气源三个部分，近年来对该阻燃体系的研究量呈现逐年上升的趋势。膨胀型阻燃体系按照其组分间的互存关系可简单分为多组分膨胀型阻燃体系及单组分膨胀型阻燃体系。其中，聚磷酸铵（APP）类多组分膨胀型阻燃体系被广泛使用在天然纤维的阻燃改性上。APP分子中具有较高的磷、氮元素含量，并具有较高的热稳定性，受热后APP能迅速分解成聚磷酸或聚偏磷酸和氨气，聚磷酸或聚偏磷酸可促进纤维素分子的脱水炭化并在纤维织物表面形成稳定的隔热碳层，另一方面，分解释放出来的氨气稀释了氧气浓度，从而起到阻燃的作用。
3.2 阻燃方法
3.2.1 浸渍法
浸渍法工艺流程简单，通过将纤维织物放入阻燃溶液中浸泡，一定时间后进行脱水和干燥，该过程可循环反复直至织物阻燃性能到达相关要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该方法的主要优点在于操作简单、成本低廉、适用面广、阻燃改性可与织物染色同步进行等方面，缺点是该织物中的阻燃剂耐水洗性及耐久性较差。
3.2.2 涂层法
涂层法是通过将阻燃剂混入到树脂中并涂覆到织物表面形成阻燃涂层的方法。该方法操作工艺简单，阻燃剂用量少，但涂层会严重影响织物的手感，目前主要应用于对织物的舒适感等要求较低且不需要洗涤的织物或洗涤次数极少的装饰和建筑用织物。根据涂覆工艺不同，涂层法可以分为刮刀涂层、浇铸涂层、压延涂层等。
杨洋等研究表明[2]，通过该方法阻燃改性得到的棉织物不仅具有良好的阻燃效果，而且经过多次水洗后仍能达到国家阻燃要求。
3.2.3 溶胶—凝胶法
溶胶—凝胶法基本原理是用无机物或金属醇盐等含高化学活性组分的物质作前驱体，将阻燃剂、硅胶、水等其他溶液均匀混合，利用化合物的不稳定性，通过水解和缩聚反应而得到溶胶，将纤维织物浸泡在溶胶中一定时间后取出，经过聚合反应在纤维织物表面形成具有三维空间网络结构的阻燃凝胶层。溶胶—凝胶法不仅可实现纤维织物阻燃性能的提高，在织物耐磨性、抗菌性、紫外防护及超疏水性等方面也有显著改善。
Grancaric[3]将单乙醇胺结合二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷溶胶与正硅酸乙酯、3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷预聚体混合，在棉纤维表层得到杂化涂层。结果表明，单乙醇胺结合二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷溶胶能够增强棉纤维的热稳定性和抗氧化性，同时，二氧化硅相形成的热屏蔽以及烷氧基硅烷预聚体中的磷酸和单乙醇胺共同成炭，起到协同阻燃的效果。
3.2.4 层层自组装技术
层层自组装是指具有相互作用的两种或以上物质在基体材料上交替沉积构建多层膜或功能化涂层的技术。层层自组装过程的驱动力不仅可以依靠靠聚电解质之间的静电吸附作用，还可以通过氢键、共价键、金属离子配位键、电荷转移、疏水相互作用及分子识别等。但层层自组装技术稳定性欠佳，容易受到组装液浓度、pH、组装时间及温度等多重因素的影响。
Li[4]等利用层层自组装技术在棉纤维织物表面构建聚丙烯酰胺/聚磷酸钠膨胀型阻燃涂层，得到了非常好的阻燃效果。研究显示，棉纤维织物的热稳定性随着组装层数的增加逐渐提高。通过对覆盖了20层自组装涂层的棉纤维织物进行垂直燃烧试验发现，燃烧器火焰移除后，棉纤维织物能够自行终止燃烧。
4 小结
随着生活水平不断提高，大家更趋向于利用现代高科技来不断探索并增加天然材料在日常生活中的应用。本文所诉苎麻纤维的阻燃改性方法对于有效提高苎麻纤维织物的阻燃性能具有非常大实用价值及经济效益，未来苎麻纤维的阻燃改性方向也会朝着更加环保更加绿色环保的方向进行。
参考文献：
[1]雒焱.无卤阻燃棉织物的制备及其阻燃特性研究.安徽理工大学硕士学位论文 2018.
[2]杨洋．棉织物阻燃涂层整理及刮刀系统工艺研究[D]．东华大学，2009．
[3]Grancaric AM.Thermal behavior and flame retardancy of monoethano-lamine-doped sol-gel coatings of cotton fabric[J].Progress in Organic Coatings，2017，103：174-181.
[4]Li YC.Intumescent
all-polymer multilayer nanocoating capable of extinguishing flame on fabric.Adv.Mater.2011，23：3926-3931.
论文作者:王丽莉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/9
标签：阻燃论文; 苎麻论文; 织物论文; 纤维论文; 涂层论文; 纤维素论文; 溶胶论文; 《基层建设》2019年第18期论文;