锌硼酸盐作为高效环保阻燃剂在再生纤维素纤维开发中的应用研究

为解决再生纤维素纤维易燃性问题，研究人员采用[Amim]Cl离子液体溶解芦苇浆，通过干湿法纺丝工艺将环保阻燃剂锌硼酸盐（ZB）整合至纤维中。所得纤维LOI值达30.5%，垂直燃烧时形成完整碳层，热稳定性显著提升。该研究为绿色阻燃纤维开发提供了新策略。

　　

论文解读

再生纤维素纤维因其优异的吸湿性、透气性和可生物降解性，成为纺织行业的热门材料。然而，纤维素固有的有机结构使其极易燃烧，带来严重安全隐患。传统阻燃技术如浸轧烘焙法（pad-dry-cure）易导致纤维强度下降，层层自组装（LBL）工艺复杂，溶胶-凝胶法可能影响织物手感。更棘手的是，粘胶纤维生产过程中产生的CS₂和H₂S污染环境，而莱赛尔工艺使用的NMMO溶剂与金属离子存在爆炸风险。如何在绿色工艺基础上开发高效持久的阻燃方案，成为行业亟待突破的瓶颈。

针对这一挑战，新疆中泰纺织服装集团等机构的研究人员创新性地将环保型阻燃剂锌硼酸盐（ZB）与离子液体[Amim]Cl结合，通过干喷湿纺技术制备阻燃再生纤维。研究通过SEM、EDS和XPS证实ZB均匀分布于纤维表面及截面，20%添加量使纤维极限氧指数（LOI）提升至30.5%，垂直燃烧时形成完整碳层，热释放率降低62.5%。机理研究表明，ZB受热分解生成的ZnO和B₂O₃在纤维表面形成无机炭层，有效阻隔热质传递并抑制纤维素热降解。该成果发表于《European Polymer Journal》，为开发兼具环境友好性与阻燃性能的纤维素纤维提供了新范式。

关键技术方法
研究采用干喷湿纺工艺，将不同比例（0-20wt%）的ZB掺入[Amim]Cl溶解的芦苇浆纺丝液。通过扫描电镜（SEM）观察纤维形貌，能谱分析（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）检测元素分布，锥形量热仪（MCC）和热重分析（TG）评估阻燃性能，并结合拉曼光谱（Raman）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）解析阻燃机制。

研究结果
材料表征
SEM显示含20%ZB的纤维截面近圆形（直径约20μm），表面无团聚现象。EDS图谱证实锌、硼元素均匀分布，XPS检测到Zn-O和B-O键特征峰，表明ZB与纤维素稳定结合。

阻燃性能
LOI测试显示ZB添加量与阻燃效果呈正相关，20%ZB组LOI达30.5%，水平燃烧时自熄。垂直燃烧试验中，处理组纤维保持完整碳层结构，残炭率较对照组提高3倍。MCC数据显示峰值热释放率下降62.5%。

热稳定性
TG分析表明ZB使纤维初始分解温度提高40°C，800°C时残炭量增加至28.7%。拉曼光谱中D峰与G峰强度比（I_D/I_G）降低，证实ZB促进石墨化炭层形成。

阻燃机理
FT-IR显示ZB在高温下脱水生成ZnO和B₂O₃，后者熔融覆盖纤维表面形成致密屏障。该屏障既阻隔氧气与挥发性可燃物接触，又催化纤维素脱水成炭，实现气相-凝聚相协同阻燃。

结论与意义
该研究成功开发出基于离子液体体系的ZB阻燃再生纤维，其创新性体现在三方面：首先，[Amim]Cl溶剂的高稳定性克服了传统工艺中NMMO爆炸风险；其次，ZB的环境友好特性符合可持续发展需求；最后，干湿法纺丝直接整合阻燃剂，避免后处理对纤维结构的破坏。研究不仅为阻燃纤维素纤维的工业化生产提供了可行方案，更开辟了离子液体在功能化纺丝领域的新应用。未来可通过优化ZB粒径分布进一步提升纤维力学性能，或探索其与其他生物基阻燃剂的协同效应。