纳米技术在纺织中的应用及国内外阻燃织物的标准和测试方法
    纳米技术在纺织中的应用及国内外阻燃织物的标准和测试方法


张凤涛



纳米技术是近年来倍受人们关注的新兴科学技术。它是发展信息技术和解决


环保等各种社会和经济问题所必需的基础技术之一。纳米材料是采用纳米技术合成的


材料,其粒子的尺寸大小达到纳米级别。纳米材料技术以其高技术含量、高产品品质的特点而倍受国内外瞩目。采用纳米技术开发生产纳米级阻燃剂是阻燃剂领域的新产品。


纳米(nanometer,rim)是一种长度单位,lnm等于十亿分之一米,千分之一微米,大约是2.4个原子的宽度。纳米材料(nanomaterial)称为超微颗粒材料,由纳米粒子组成。纳米粒子是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域,从通常的关于微观和宏观的观点看,这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,是一种典型的介观系统,它具有表面效应、小尺寸效应(体积效应)和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒(纳米级)后,它将显示出许多奇异的特性,即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同,且它在许多方面优于传统材料的性能。由于纳米材料有很大的比表面积,表面原子数增多,表面能增高,产生很高的表面效应和化学活泼性。高的比表面积和表面能使纳米粒子具有很强的化学活性和吸附性。所有这些,都为纳米材料在各个领域中的应用,包括保健功能及其他功能的纺织品传统加工工业中的应用奠定了基础,纳米材料逐渐作为纺织助剂得到应用。


有些纳米材料具有阻止燃烧的功能,如果将它们作为阻燃剂加入到可燃材料中,利用其特殊的尺寸和结构效应,可以改变这些可燃材料的燃烧性能,使之成为具有防火性能的材料。利用纳米技术可以改变阻燃机理,提高阻燃性能。


1.5.1纳米级材料三氧化二锑


sb203是一种添加型阻燃剂,主要用于塑料制品(聚氯乙烯,聚烯烃,聚酯)和纺织织物的阻燃,也可用于帆布、纸张、油漆、涂料等的阻燃剂及石油化工、合成纤维等的催化剂,亦可用作橡胶、木材的阻燃剂,陶瓷工业的遮覆剂,用于工业材料等.作为阻燃助剂的Sb2O3,其颗粒大小和形态对合成材料性能和阻燃效果影响较大.粒度是Sb2O3冽产品的重要指标,合成化纤、纺织用品阻燃处理往往要求Sb2O3的颗粒大小处于纳米级范围,粒度细,达到同样的阻燃效果的Sb2O3的用量也越少,且不会阻塞喷丝孔,这是纺织品阻燃的关键.我国锑储量占据世界首位,每年有大量的锑氧或锑锭出口.但我国锑氧生产技术较落后,生产的产品满足不了国内纺织等工业的精细化(超纯、高白、粒度小且分布均匀)需求。因此,改变我国锑氧的落后生产技术,研究开发超细高纯高白度的锑氧产品,有着广泛的社会效益和经济效益。


1.5.2纳米级材料四溴双酚A


四溴双酚A简称TBA,其分子式是C15H1202Br4,它是多用途的阻燃剂,既可作反应型阻燃剂,亦可作添加型阻燃剂,是目前国内产量最大的溴系阻燃剂,是一种白色粉末。


四溴双酚A是在双酚A的分子结构中的两个苯环上各引入两个溴原子而成的.它不仅保持了原双酚A型环氧树腊的各种特点,而且当用明火点燃时,虽能受迫燃烧,可在燃烧时能产生不可燃的溴化氢气体覆盖在燃烧表面,起了隔绝氧气的作用,因而一旦外加火源撤离,马上就会自动熄灭,故又叫自熄性环氧树脂。



纳米技术在纺织中的应用及国内外阻燃织物的标准和测试方法


张凤涛



纳米技术是近年来倍受人们关注的新兴科学技术。它是发展信息技术和解决


环保等各种社会和经济问题所必需的基础技术之一。纳米材料是采用纳米技术合成的


材料,其粒子的尺寸大小达到纳米级别。纳米材料技术以其高技术含量、高产品品质的特点而倍受国内外瞩目。采用纳米技术开发生产纳米级阻燃剂是阻燃剂领域的新产品。


纳米(nanometer,rim)是一种长度单位,lnm等于十亿分之一米,千分之一微米,大约是2.4个原子的宽度。纳米材料(nanomaterial)称为超微颗粒材料,由纳米粒子组成。纳米粒子是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域,从通常的关于微观和宏观的观点看,这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,是一种典型的介观系统,它具有表面效应、小尺寸效应(体积效应)和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒(纳米级)后,它将显示出许多奇异的特性,即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同,且它在许多方面优于传统材料的性能。由于纳米材料有很大的比表面积,表面原子数增多,表面能增高,产生很高的表面效应和化学活泼性。高的比表面积和表面能使纳米粒子具有很强的化学活性和吸附性。所有这些,都为纳米材料在各个领域中的应用,包括保健功能及其他功能的纺织品传统加工工业中的应用奠定了基础,纳米材料逐渐作为纺织助剂得到应用。


有些纳米材料具有阻止燃烧的功能,如果将它们作为阻燃剂加入到可燃材料中,利用其特殊的尺寸和结构效应,可以改变这些可燃材料的燃烧性能,使之成为具有防火性能的材料。利用纳米技术可以改变阻燃机理,提高阻燃性能。


1.5.1纳米级材料三氧化二锑


sb203是一种添加型阻燃剂,主要用于塑料制品(聚氯乙烯,聚烯烃,聚酯)和纺织织物的阻燃,也可用于帆布、纸张、油漆、涂料等的阻燃剂及石油化工、合成纤维等的催化剂,亦可用作橡胶、木材的阻燃剂,陶瓷工业的遮覆剂,用于工业材料等.作为阻燃助剂的Sb2O3,其颗粒大小和形态对合成材料性能和阻燃效果影响较大.粒度是Sb2O3冽产品的重要指标,合成化纤、纺织用品阻燃处理往往要求Sb2O3的颗粒大小处于纳米级范围,粒度细,达到同样的阻燃效果的Sb2O3的用量也越少,且不会阻塞喷丝孔,这是纺织品阻燃的关键.我国锑储量占据世界首位,每年有大量的锑氧或锑锭出口.但我国锑氧生产技术较落后,生产的产品满足不了国内纺织等工业的精细化(超纯、高白、粒度小且分布均匀)需求。因此,改变我国锑氧的落后生产技术,研究开发超细高纯高白度的锑氧产品,有着广泛的社会效益和经济效益。


1.5.2纳米级材料四溴双酚A


四溴双酚A简称TBA,其分子式是C15H1202Br4,它是多用途的阻燃剂,既可作反应型阻燃剂,亦可作添加型阻燃剂,是目前国内产量最大的溴系阻燃剂,是一种白色粉末。


四溴双酚A是在双酚A的分子结构中的两个苯环上各引入两个溴原子而成的.它不仅保持了原双酚A型环氧树腊的各种特点,而且当用明火点燃时,虽能受迫燃烧,可在燃烧时能产生不可燃的溴化氢气体覆盖在燃烧表面,起了隔绝氧气的作用,因而一旦外加火源撤离,马上就会自动熄灭,故又叫自熄性环氧树脂。



溴系阻燃剂的优点在于它们的分解温度太高,在200"C~300"C左右,与各种高聚物的分解温度相匹配,因此能在最佳时刻于气相及凝聚相同时起到阻燃作用,有添加量最小,效果最好的美称。近十年来,欧洲“绿色”环保组织对溴系阻燃剂产生了误解,正由于他们非理性的偏见,以溴系阻燃剂有毒为名而制约政府放松对电视机的严格阻燃标准,采用火灾安全系数较低的IEC65燃烧标准。随后几年内,这些电视机就成为欧洲各国引起火灾的主要原因之一,达到每百万台165起,年,死亡16人/年的警戒线。在美国,每百万台电视机只有一台引起火灾,并且无人员死亡。


1.53纳米级材料Sbz03和TBA的协效作用


聚合物的燃烧过程中形成活泼自由基·OH,然后通过连锁反应进行下去。Sb2O3属于添加型阻燃剂与其它阻燃剂、消烟剂并用产生协同效应。阻燃机理是通过隔断热传导和热辐射、壁面效应、与卤素阻燃剂组合的协同效应以及促进不燃性化合物等实现的。超细化sb203通过均匀分散于聚合物材料中,采用凝聚相阻燃和减少链式反应自由基·OH来实现的。同时超细化的Sb2O3(小于40rim)处于纳米量级,有极大的比表面积,对织物的渗透性大、粘附力高。因此其耐洗牢度高,且不影响织物的色泽。


三氧化二锑(Sb203)是典型的无机阻燃剂。而溴系阻燃剂是目前世界上产量最大、效率最高的阻燃剂之一,性价比优于其他阻燃剂,而且与锑化合物的协效作用也较好,该实验就研究了在三氧化二锑(Sb203)纳米颗粒和四溴双酚A纳米颗粒的协同作用下对棉织物阻燃性能的影响,并使用氧指数法和垂直燃烧法对棉织物阻燃性能进行了评价。


1.6国内外阻燃织物的标准和测试方法


1.6.1国外阻燃织物的标准和测试方法


目前国际上纺织品阻燃性能测试方法较多,每个国家都有自己的标准,如英国BS、德国DIN、加拿大CGSB、美国Fs、瑞士SNV、日本JIS、法国ANF、瑞典SIS、中国GB以及国际公认的标准1SO等。测试方法可归纳为三大类,垂直测试法、水平测试法和倾斜(45。、30。)测试法,垂直测试法要求较高,水平测试法要求较低。


一般标准测试方法,仪器设备要专门制造,条件要求很高,操作严格复杂。测试结果可以表示在实验室条件下相对的阻燃安全性,有较好的重现性,但其结果还不能代表实际火灾条件下的危险性和燃烧情况。多年来,国内进口或设计了多种阻燃测试仪器,并进行了各种条件试验,对于这些标准方法,要取得良好的重现性,测试条件是关键。其中对数据影响最大的是(1)织物和空气的温湿度;(2)火焰大小和温度:0)四周通风条件(试验箱)等:(4)试样大小和火焰的相对位置。试验中也发现各种不同的标准试验方法,由于要求和条件不同,结果常有差别,有时对某一标准方法结果较好,但对另一方法,结果不好甚至很差。因此,各种标准试验方法,仅能说明在某一规定实验条件下,对火焰、热或燃烧表示的安全性,不一定能说明在实际火灾中着火危险性或燃烧程度。在研究或开发阻燃产品时,首先要规定测试标准和方法。


1.6.2国内阻燃织物的标准和测试方法


(1)阻燃纺织品的立法工作


①GB5454—85纺织织物燃烧性能氧指数法



②GB5455__85纺织织物燃烧性垂直燃烧法


③GB5456.85纺织织物燃烧性测定垂直向试样火焰蔓延性测定


④GB5457--85纺织品及纺织制品燃烧性能词汇表


⑤GB8745纺织织物表面燃烧性能的测定


⑥GB8746纺织织物燃烧性能测定垂直试样易点燃性测定


⑦GBll094纺织地板覆盖物燃烧性能测定片剂法


⑧GBll785纺织地板覆盖物临界辐射通量的测定热辐射源法


(2)燃烧测试方法分类


火灾发生的原因和发展过程的变化和差异很大,一般可按试验规模大小或目的来分类。


①按规模大小分类


测试方法按规模大小,可分为大、中、小型试验。大型包括建筑物着火试验,模拟实际火场情况,测试燃烧难易程度;该类试验,对场所条件要求很高,设计安排时间很长,花费资金很高,国内外仅有计划作定期试验。中型试验包括散热试验,用于评定墙壁、木料、涂料等材料的燃烧性能;该类试验测得结果比较切合实际,试验条件也不低,资金也比较高,纺织上有时对地毯、墙纸也进行试验,但数量不多,国内


仅有参照该类方法做相似的模拟试验。小型试验比较方便,仪器简单,材料少,成本


也低,目前国内外应用广泛,大部分标准和测试方法均属此类134J。


②按试验目的分类


鉴定火灾危险性按测定目的,根据主要因素分为六类。


a易燃性试验方法;


b表面火焰传播试验方法;


c耐火性试验方法;


d发烟性试验方法;


c放热量试验方法;


f燃烧产物毒性试验方法。


③纺织品其他测试方法


几种应用较广泛的小型测试方法,可用于科研或生产的织物燃烧性能。


a氧指数法


70年代开始,结合化纤产品的大量发展,氧指数法在纺织品测试上已成为广泛使用的小规模试验方法之一,国内也已制定织物燃烧性能测定的国家标准(GB5454.85)。


氧指数指在规定试验条件下,氧氮混合物中材料刚好能保持燃烧状态所需要的最低氧浓度。试验时试样夹放于透明燃烧筒内,其中有向上流动的氧氮气流。点着试样的上端,观察随后燃烧现象,并与规定的极限值比较,测得其持续燃烧时间或燃烧过的距离。通过在不同氧浓度中一系列试样的试验,可以测得最低氧浓度。


b发烟性试验法(参照BG8323.871


根据长期积累的各类火灾资料,分析燃烧物的烟雾和毒性,其危害性常比燃烧时产生的火焰和热量更为严重,是导致人类死亡的主要原因。国内外都有该类专用仪器设备进行测试,原理较多采用光透过法。通过烟密度测度透过率和时间曲线可以得出各种参数,包括光密度、最大烟密度、平均发烟速度以及透光率,从最大到75%(比光密度16)所需要的时间,从而较全面地评价阻烯纺织材料的发烟性。建筑行业和效能运输部门常应用该类仪器及测试方法以研究和选用阻燃材料。


c闪点和自燃点测定(GB9343.88)以及点燃温度测定(GB4610.84)t3s1。闪点指材料受热分解放出可燃气体,并刚刚能被外界小的火焰点着时周围空气的最低初始温度。



自然点指材料受热达到一定温度后不用外界点火源点燃,而自行爆炸或燃烧时周围空气的最低初始温度。


以上各种测试用于各类织物(阻燃或未阻燃1在热或火焰作用下的燃烧性能,作为评价火灾危险性的一个因素。


另外,对织物燃烧气体毒性的分析研究,近年来也比较重视,可用红外仪、气相色谱仪等进行分析。


d阻燃整理热分析


当织物按一定温度程序在受热或冷却时常发生一系列的物理或化学变化。热分析技术是研究或测定当发生这些变化时,物质的质量或能量随(或时间)变化的函数关系。


热分析技术内容较多,阻燃测试中常用的是热解重量分析法(TGA)和有差示扫描量热法(DSC)。



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    收录时间:2013年07月23日 21:10:15 来源:张凤涛 作者:匿名
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