一、 阻燃粘胶纤维的技术发展现状
目前阻燃粘胶纤维的制备技术主要有共混阻燃改性、接枝共聚阻燃改性、后整理阻燃改性等3种。
1、共混阻燃改性
共混法是在粘胶纤维纺丝原液中混入添加型阻燃剂,然后纺丝制成具有阻燃性的粘胶纤维。此方法又包括阻燃剂微粒简单的物理添加以及阻燃剂和粘胶纤维的共混双相再生成型两种途径。
阻燃剂的物理添加法:阻燃剂通常为磷系阻燃剂,有些还含有卤素、氮或硫等,形成阻燃协同效应。为了达到阻燃的要求,需要在粘胶原液中添加大量的耐碱、耐酸、耐热等性能优良的阻燃剂,通常为纤维重量的10%~20%,阻燃剂微粒以“杂质” 形式分散于纤维内部,一般会使粘胶纤维强力降低10%~20% 。
共混双相再生技术:现主要采用溶胶-凝胶技术,一般是将阻燃剂前驱物在一定条件下(酸性或碱性)水解产生活性的羟基,再经水解缩合反应形成溶胶,在溶胶阶段使阻燃剂与粘胶溶液形成均一的混合体系,再经纺丝成形制得阻燃粘胶纤维。
2、接枝共聚阻燃改性
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,让具有阻燃效用的反应基团紧密结合在纤维素大分子上,其阻燃效果持久,但该方法操作条件相对复杂,后续可纺性变差,且生产成本过高,尚未得到广泛应用。
3、后整理阻燃改性
后整理法阻燃是在纤维制成后或生产过程中将阻燃剂涂覆于纤维表面,采用的整理剂一般为含氮有机磷酸酯化合物或三氧化二锑和含卤素混合乳胶状阻燃剂。这种方法简单易行,但手感差,不耐洗涤。
二、 阻燃粘胶纤维代表产品及结构对比
1、代表产品
目前已产业化的阻燃粘胶纤维产品主要采用共混阻燃改性技术生产,它能使纤维获得较为持久的阻燃性能,且对纤维的手感和色泽等外观风格影响较小,代表产品主要有有机阻燃和无机阻燃两类。
有机阻燃粘胶纤维:主要包括奥地利Lenzing(兰精)公司的Lenzing FR®、山东海龙股份有限公司的Anti-frayon®及吉林化纤有限公司的白山牌阻燃纤维,以上品种均选用焦磷酸酯类阻燃剂,采用溶解胶共混或纺前注射工艺将阻燃剂均匀地添加到粘胶中,实现阻燃粘胶纤维的生产。
无机阻燃粘胶纤维:主要产品为硅系阻燃纤维,主要生产厂家包括芬兰赛得利、日本大和纺、西班牙sniace,国内的山东海龙股份有限公司(产品名Anti-fcell®)等。该类产品生产工艺相似,采用溶胶-凝胶技术,实现了无机高分子与有机高分子的复合与互穿,但不同厂家的后续处理工艺略有区别。另外,唐山三友集团兴达化纤有限公司、阜宁澳洋科技有限责任公司也有同类产品问世。
2、横截面积对比
用YI72型哈氏切片器制作纤维切片,用OLYMPUSBH-SP型显微摄像仪观察纤维截面形貌,并拍摄照片。几种纤维的截面和纵向形态的对比情况如图 1 — 图6 所示。
由图可以看出,Lenzing FR®、白山牌阻燃纤维和Anti-frayon®都是在纺前添加磷系阻燃剂加工而成。纺制的纤维截面与普通粘胶纤维相似,呈近圆形结构,外缘有锯齿,但Lenzing FR®外缘锯齿较不明显,与成形工艺有关。
Anti-frayon®和白山牌阻燃纤维中阻燃剂颗粒分布亦较明显;Lenzing FR®中阻燃剂分布均一性较好,颗粒感不明显,这应与所选用的阻燃剂的颗粒大小以及在纺丝液中的分散性好坏有关。
海龙Anti-fcell®纤维截面呈近圆形或豆形,四周有明显突起现象,截面外缘圆滑;日本阻燃粘胶纤维截面呈较不规则的E形、C形或扁平状,外缘圆滑,纵向有沟槽,阻燃剂在纤维中呈均匀连续相分布。
三、阻燃粘胶可纺性分析
阻燃粘胶纤维的卷曲形能各项指标比粘胶纤维要好得多,比涤纶要差,但其各项指标都在控制范围内。
阻燃粘胶纤维的干、湿强度愈普通粘胶的相差不大,在粘胶的纺丝液中加入阻燃剂后对纤维的强度影响不是很大,干强略会有所下降,这是因为加入阻燃剂后纤维的无定形区的比例变大,结晶度下降造成。
阻燃粘胶对湿度非常敏感,过低易出现疵花,过高易缠绕罗拉,且纤维强力下降较大,因此在纺纱过程中需要严格控制环境的温湿度。
阻燃粘胶非常不耐酸碱,在后处理中必需严格控制酸碱度。
阻燃粘胶纤维中阻燃剂纳米二氧化硅在纤维中的分布,从纤维内部到外部,阻燃剂的浓度是逐渐增大的。阻燃剂这种优点表现在遇火后,纤维外层高浓度的阻燃剂能够充分发挥其阻燃效果。
结束语
我国粘胶纤维工业不断发展,阻燃粘胶纤维的研究也将持续进行。国产阻燃剂虽已实现规模化生产及应用,但质量和性能仍有很大的改进空间;国产阻燃粘胶纤维的发展虽已取得一定成果,但无法完全解决持久阻燃与纤维强度降低间的矛盾。
高湿模量纤维生产工艺在阻燃粘胶纤维上的应用是改进纤维性能切实可行的重要途径;绿色环保的溶剂纺工艺将成为阻燃纤维素纤维开发的发展趋势;具有舒适耐用、外观时尚、保健等复合功能的阻燃粘胶纤维将成为阻燃粘胶纤维的重要开发方向。