水性阻燃涂層膠之性能評價

各種民用帳篷、沙公布、窗簾、地毯、桌布、座椅布等產(chǎn)業(yè)用或家用布料品方面，用防火PU涂層膠進行背面PU涂層為多數(shù)廠家青睞。

目前，水性防火PU涂層膠的研究、開發(fā)和應用正處于穩(wěn)步進展的時期，若將安全環(huán)保應用性能、成本工藝、防火抑煙、更好的優(yōu)化，未來水性防火PU涂層膠在織物領域的應用前景將更加廣闊。

一·水性防火PU涂層膠的基礎原材料

水性PA產(chǎn)品價格不高，黃變小，一般采納乳液聚合而得。由于多采納外加乳化劑，在添加非離子表面活性劑和氨水的情況下，和防火劑配伍穩(wěn)定性都比較好。水性PA的成膜溫度和軟硬度、牢度、完澤度、交聯(lián)度都可以通過各種基礎單體和功能單體來靈敏調配，然而，對水性PA成膜后熱粘冷脆、交聯(lián)產(chǎn)品甲醛超標、膜感或牢度不足等問題，產(chǎn)業(yè)界還是需要予以關注和延續(xù)努力。

制備水性防火PU涂層膠的主要原材料是水性粘合劑和防火劑。水性粘合劑常用的是水性聚丙烯酸酯（水性PA）和水性聚氨酯（水性PU）。

水性PU由于高分子獨特的軟段和硬段結構，在PU涂層領域應用綜合力學性能特別好，牢度、手感、膜感、耐水、耐洗性、耐剪切都比較好。以芳香族異氰酸酯(如TDI/MDI)為原材料的水性PU，成膜后耐磨耐寒、彈性韌性及牢度強度都比較好，缺點是簡單黃變。水性PU以陰離子產(chǎn)品為多，常通過引入的親水擴鏈劑DMPA及中和劑三乙胺實現(xiàn)良好的自乳化功能，機械穩(wěn)定性好，但耐電解質特別是陽離子類的防火劑或助劑能力很差，即使添加大量非離子乳化劑，仍舊簡單破乳、起渣或結塊。

在織物PU涂層領域，常見的防火劑仍舊是常見的十溴聯(lián)苯醚、十溴二苯乙烷、三氧化二銻、六溴環(huán)十二烷、氯代磷酸酯（如V6/TCPP/TDCP/TCEP）、無鹵磷酸酯（BDP/RDP/DMPP/CP/CU）、聚磷酸銨（APP）、三聚氰胺焦磷酸鹽（MPP）、三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA）、三聚氰胺、羥甲基三聚氰胺樹脂、無機氫氧化物[氫氧化鎂(MH)、氫氧化鋁(ATH)、層狀雙氫氧化物(LDH)]、無機填料和協(xié)效劑（如硼酸鋅、滑石粉、二氧化硅、氧化鋅、沸石等）、有機硅、反應型防火添加劑、防火交聯(lián)劑、過渡金屬絡合物等等1-6]。

其它，還有其他水性高分子也可以用作防火膠的粘合劑，比如PVC乳液、水性環(huán)氧樹脂乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、苯丙乳液、氯丙乳液、PUA乳液（其中后五種可算做水性PA乳液的改性產(chǎn)品）。此外，還有以鹵代丙烯酸酯為單體而制備的水性本質防火PA、以含磷多元醇或含鹵多元醇或含磷異氰酸酯、鹵代異氰酸酯為單體制備的水性本質防火PU、水性鹵代環(huán)氧樹脂等特種粘合劑。其中，傳化股份有限公司在水性本質防火PU/PA的開發(fā)方面做了較多工作，應用于織物PU涂層，其耐久性和耐洗性大幅度提高，而且PU涂層透明，膜感、牢度和完澤好，耐靜水壓也很高，但防火單體價格偏高，只能應用于少數(shù)高附加值布料品。

在環(huán)保壓力日趨嚴峻、歐美要求日益嚴格、嚴峻依賴出口的現(xiàn)在，布料PU涂層領域仍舊在使用受限制的十溴聯(lián)苯醚（RoHS禁用）、六溴環(huán)十二烷（REACH限用）、TCEP（REACH限用）、三氧化二銻（重金屬簡單超標）、CP(N－羥甲基－3－（二甲氧膦酰基）丙酰胺，甲醛易超標)，環(huán)保無鹵且防火高效的APP/CU/RDP/BDP/DMPP等耐水耐洗性能卻不理想[2-4]。

二·水性防火PU涂層膠的制備和應用工藝

水性防火PU涂層膠的應用一般采納刮刀PU涂層。在將布匹固定后，根據(jù)間隙大?。ɑ虻犊诰嚯x）、刀頭種類、刀片厚度、進布速率、漿料含固量、漿料粘度等，操縱合理工藝，實現(xiàn)完整均勻、高效專一的防火涂布。在江浙市場采納刮刀PU涂層的多，采納輥涂或噴涂工藝的少。PU涂層過程中一般在150-180℃焙烘，焙烘時間從40-90秒不等。對于不同種類織物、不同每平方米重量的織物需要經(jīng)過試驗確定上漿量和防火性能?？椢锸欠窬芩幚?、軋完處理，會對PU涂層上漿量及防火和耐靜水壓有很大影響，同時也會影響手感、牢度和布面效果，需要上下游廠家做細致的試驗才能確定工藝。

水性防火PU涂層膠的制備通常都是將肯定量的水、水性粘合劑、表面活性劑、防火劑、功能助劑（面料品用）、流平劑、手感調節(jié)劑、增塑劑、平滑劑、牢度增進劑、穩(wěn)定劑、潤濕劑、鈦白粉、協(xié)效劑等組分按肯定順序加入調漿釜，在肯定速率下攪拌分散均勻，然后再通過膠體磨循環(huán)膠磨，加消泡劑和增稠劑，即可制備水性防火PU涂層膠。

三·水性防火PU涂層膠的性能評價

水性防火PU涂層膠的性能評價包含理化性能和應用性能評價。理化性能一般測試粘度、含固量、pH值（1%水溶液）、外觀、PU涂層膠穩(wěn)定性等。應用性能則主要評價PU涂層后的織物，包含手感、牢度、顏色差異、強力、耐靜水壓、防火。重要的還是防火性能，下面分別介紹:

（1）水平燃燒評價標準

一般按FZ/T01028-1993《面料織物燃燒性能測定：水平法》或JISL1091-1999《面料品燃燒性能的試驗：A3法》測定，用溴銻型防火PU涂層膠對地毯背涂，可以滿足要求。但地毯類通常要求耐磨耐摩，防火膠要求能耐數(shù)百萬次到千萬次摩擦而不失去防火效果，安全環(huán)保要求高的需要溴銻粒子不能進入房屋的空氣中，或者不期望采納溴銻系防火膠。這對環(huán)保耐久防火劑和防火膠的開發(fā)提出了新的要求。

（2）垂直燃燒評價標準

垂直燃燒法測試的標準和方法很多，如按GB/T5455-1997《面料品燃燒性能試驗垂直法》，測試PU涂層織物經(jīng)向(縱向)及緯向(橫向)五個試樣的續(xù)燃時間、陰燃時間及損毀長度的平均值。目前很多防火PU涂層織物都能滿足損毀長度≤15cm、陰燃時間≤5s、續(xù)燃時間≤5s的要求，即使按美標ASTMD6413垂直燃燒測試、日本標準JIS1091-1992《纖維制品燃燒性能試驗方法》或者BSENISO6941中對應相關測試方法，大致都能得到讓客戶認可的中意結果。用GB17591-2006《防火機織物》或GB50222-1995（2001年修訂）《建筑內(nèi)部裝修設計防火規(guī)范》來評判，許多溴銻型防火PU涂層裝飾布或防護服織物都能達到B1級，部分溴銻型PU涂層防火服也能滿足GB8965-2009《防護工作裝防火防護》損毀長度≤150mm，續(xù)燃時間≤5s，防火時間≤5s的要求，甚至在清洗50次后還滿足防火焊接服C級標準。由于多數(shù)防火服都要求清洗，清洗必須參照標準進行，比如GB/T17596-1998eqvISO10528:1995《面料品織物燃燒試驗前的商業(yè)清洗程序》。

目前應對垂直測試法的防火PU涂層一般都會考慮清洗要求，但耐洗次數(shù)差別很大。對于垂直燃燒法，也有測試試樣火焰蔓延性能的。比如GB/T5456-1997《面料品燃燒性能垂直方向——試樣火焰蔓延性能測定》、BSENISO6941-2004《面料織物.燃燒性能.垂直向樣品火焰蔓延性的測定》等方法。還有測試易點燃性的測試方法，如GB/T8746-2001《面料品燃燒性能垂直方向試樣易點燃性的測定》，市場上防火PU涂層織物按這些方法測試，也有較多產(chǎn)品能夠符合客戶要求。

但是按GB20286-2006公共場所防火制品及組件燃燒性能要求和標識，采納水性防火PU涂層的織物則很難通過防火1級（織物）的標準。往往是溴銻型防火PU涂層不能滿足煙密度等級（SDR）≤15；產(chǎn)煙毒性等級≥ZA2級的要求，而無鹵環(huán)保防火PU涂層不能滿足LOI≥32.0（%）的要求，更難以達到防火1級(織物耐水洗30次)這樣的標準。按GB8624-2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》，采納錐形量熱儀等儀器測試大熱釋放總量和FIGRA（燃燒增長速率指數(shù)），還要測試產(chǎn)煙量和煙毒性，目前水性防火PU涂層織物在這方面數(shù)據(jù)很少且結果不太令人中意（中華人民共和國公共安全行業(yè)標準GA504—2004防火裝飾織物,仍采納火災毒性煙氣和熱釋放速率評價)。由于水性防火PU涂層織物多數(shù)是出口，很多廠商就干脆無視GB20286-2006和GB8624-2006的存在，或抱怨抵觸，實際上助劑企業(yè)理應承擔攻關責任。

（3）45°傾斜法評價標準

該種測試方法規(guī)定試樣45°傾斜放置，燃燒源在試樣下方的上表面或下表面引燃試樣，測量試樣向上燃燒肯定距離所需的時間、或測量試樣燃燒后的續(xù)燃和防火時間、火焰蔓延速度、損毀長度、損毀面積或測量試樣燃燒至試樣下端肯定距離處需要接觸火焰的次數(shù)。主要有GB/T14645-1993《布料品燃燒性能45°方向，損毀面積和接焰次數(shù)測定》、GB/T14644-1993《布料品燃燒性能45°方向燃燒速率測定》、JISL1091-1999《面料品燃燒性能的試驗》、16CRFpart1610《服用織物可燃性試驗方法》等。通過這類標準而讓客戶認可的工作裝PU涂層產(chǎn)品不多。

（4）CPAI-84標準

“CPAI-84”全稱ASpecificationforFlame-resistantMaterialsUsedinCampingTentage，是對用于施工帳篷的防火性材料的標準，由國際產(chǎn)業(yè)用面料協(xié)會在1980年確站和發(fā)表。CPAI-84標準是防火PU涂層領域特別重要的標準，因為防火棉帳篷基本都是PU涂層處理且用量特別大，產(chǎn)業(yè)界對此要有足夠的重視。

CPAI-84規(guī)定對墻和頂部材料采納垂直燃燒法，單個樣本被損毀的大長度和被損壞的大平均長度見表1，這種對織物單位質量嚴格界定的標準，實際上杜絕了通過多上漿提升防火的可能。

CPAI-84規(guī)定對底部材料，則采納甲胺片燃燒法，要求任何一個測試樣品的損毀長度不能超過72mm。其它，各種棉帳篷材料都要經(jīng)過Leaching（水浸）和.AcceleratedWeathering（老化）。水浸是將樣品浸于恒溫循環(huán)水水洗槽里72小時，水溫：15.5～21℃；PH值：6～8；水量：對于織物，每0.1m2樣品不少于2L水。測試如果沒有循環(huán)水，在72小時內(nèi)水槽內(nèi)的水至少更換6次。可以耐水浸的防火PU涂層棉帳篷還是很多的。但是能耐受老化試驗如Method5804ofFed-std191(炭弧精燈)或AATCCMethod169(氙燈)或ASTMD4329(FluorescentUVandCondensationMethod)的產(chǎn)品不多。實際上，水性防火PU涂層在民用帳篷領域應用拓展的難點和瓶頸就在于水浸和老化及耐靜水壓性能。

（5）氧指數(shù)法

對于面料品，按GB/T5454-1997《面料品燃燒性能試驗氧指數(shù)法》測試極限氧指數(shù)，許多標準都要求織物LOI≥32.0（%）,并認為小于26（%）屬于防火性低的產(chǎn)品。實際上對于很多輕、薄PU涂層織物，極限氧指數(shù)在23.0-26.0(%)的也都順利通過垂直燃燒的B1級。目前氧指數(shù)在布料品防火PU涂層廠家不常用，多數(shù)是研發(fā)人員用于做配方設計和規(guī)律探究。

6）BS5852標準

BS5852是比較復雜的體系，對家具和家飾材料（帶軟墊）的防火測試有詳細的規(guī)定。對于家用面料品防火性能測試分為三個主要部分：（1）水浸：按BS5651標準使用40°C的水浸30分鐘；沖洗2分鐘；掛起晾干；（2）恒溫恒濕：將晾干的織物在在溫度為(20±2)℃，相對濕度為(65±5)的標準大氣中下靜置72小時；（3）防火防火測試（以1號火源為例）：丁烷流量45±2毫升/分鐘,通常在室溫/常壓/室內(nèi)濕度下產(chǎn)生35毫米高度火焰；燃燒20秒；觀看測試樣本；觀看全部事件發(fā)生并延續(xù)的時間。通過/不通過BS5852測試的判別是：全部的火焰必須在火源移開后的120秒內(nèi)熄滅，沒有復燃的趨向。

對水性防火PU涂層織物來說，BS5852是特別嚴格的防火標準，開發(fā)適合于BS5852的水性防火PU涂層膠，已經(jīng)成為國內(nèi)面料界的難點和熱點。（6）打火機燒

打火機燒是PU涂層廠和防火織物買家常用的簡便方式。但由于測試差異性很大，除了少數(shù)幾種氣相防火活性高的防火體系（如溴銻系），能夠通過客戶打火機燒的水性防火PU涂層織物很有限，。特別是在垂直燃燒測試中表現(xiàn)出色的一些受熱收縮而有效防火的產(chǎn)品，但在客戶打火機的執(zhí)著燒烤下，織物收縮的速度被打火機移動速度所抵消。結果此類產(chǎn)品不能獲得認可。這不能不說是面料品防火行業(yè)的遺憾。

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