最新难燃加工技术及难燃商品开发动向

1、最新難燃加工技術及難燃商品開發動向黄弘謙一、前言在成衣及家紡織品用途上，對於安全及舒適性之需求日益提升。為因應該等需求，技術水準之提升以及製品開發動向深受消費大衆所矚目。其中，對於難燃之需求自是重要的一環。就另外一方面而言，在歩入21世紀之今天，地球環保已是全人類共同理念。難燃加工技術過去所慣常使用之難燃助劑對於地球環保理念以及人體安全保護是相互抵觸而有極大提升空間。換言之，聚合物(Polymer)之難燃化技術現正面對著新的課題就是：如何提升聚合物難燃化技術以促使其能維持與環境之間的調和性及確保人體安全在此情況下，特別値得我們關心的是：去鹵素化、低煙化、低有害氣體化等難燃技術之今後開發展望。此

2、外，如何降低使用完畢之後的難燃素材對於環境所造成之負荷亦是我們在開發商品之際所必須重視的課題。以下謹將最新難燃加工技術及製品開發動向試做整理。二、何謂難燃素材難燃纖維素材是指：在著火時，能抑制燃燒之持續，促使素材本身之燃燒不會擴散，而且燃燒時不會産生有害氣體、燃燒時雖會熔融滴下但不會轉化成為燃燒之素材。為求燃燒能持續所需之必要最少限度之氧氣濃度(容量%)被稱為限界氧指數(LOI値)。由於空氣中之含氧率為21%，因此，如LOI値超過21%且其値越大的的話，其消火性(難燃性)就越高。一般纖維素材之LOI値如表所示。耐熱性纖維雖擁有高LOI値而具難燃性，但是，一般而言，耐熱性纖維生産成本高，且質地粗

3、硬，不易加工。且如其是做為成衣用途的話，亦因質地粗硬而在穿著舒適性上有不足之處。因此，目前在成衣、寢具、家用等用途上，如有難燃需求的話，多採用現有在難燃上已經改良之泛用纖維。表1各種纖維素材之LOI値纖維LOI値纖維LOI値木棉1719難燃聚酯纖維2832嫘縈1719Moda-Cryl2735聚酯纖維2022Meta-Aramid3032尼龍纖維2022Para-Aramid2930亞克力纖維1820PPS3234PP1920耐燄纖維5060羊毛2426Melamine纖維3839資料來源：FutureTextiles三、難燃聚酯纖維(一)添加難燃劑之最新動向截至目前為止，在聚酯纖維之難燃加工

4、處理上，多施以TBBPA、DBPP或HBCD等為主之鹵素(Halogen)系難燃劑加工。惟該等物質具有難分解性、高累積性、慢性毒性，長期且大量累積於大氣、水質等環境中之後，被吸收到水生生物，甚至人體當中，會有造成危害之慮，因此，被多數先進國家認定為環境負荷物質。日本政府就將該等物質列為化學物質審査規制法第種監視化學物質，舉凡製造、進口、使用等均有相當明細之規定。在此情形下，日本聚酯纖維廠在進行難燃加工處理上，現已採用安全性較高之磷系難燃劑等來取代鹵素系難燃劑。例如：磷酸酯系之RDP或TPP等。以下則為日本各大廠之最新動向。(二)東洋紡之難燃素材：HEIM® (商品名稱，以下均同)HE

5、IM®是東洋紡所開發完成之難燃聚酯纖維。在原絲製造階段就採取將難燃劑共聚合之化學改質法所製成。換言之，原絲本身就已經是難燃素材，與其他在織成布料後才進行難燃後加工處理完全不同，具有更高且穩定之難燃性。HEIM®商品可以長纖維或短纖維兩種方式進行銷售。因具永久難燃性，因此，無論經過多少次洗濯，絲毫不會降低其難燃性。HEIM®通過下列各國檢驗基準，證實具有難燃性。日本：消防法，適用於窗簾、寢具類等家用紡織品。美國：加州法律，適用於窗簾。美國：UL規格，適用於音響之音箱。美國：FMVSS302，適用於汽車内裝用布。美國：DOCFF3-71、5-74，適用於兒童睡衣。美國

6、：FAR25863，適用於飛機用毛毯。澳洲：AS1530，適用於窗簾。法國：建材實驗法57-1161，適用於窗簾。德國：DIN53906，適用於各式布料。HEIM®在受到強制燃燒時，所産生之氣體、煙及毒性極少，幾乎與一般聚酯毫無差別。而且，不會産生氰(Cyan)氣、氯氣。HEIM®可被發展之用途有：家用紡織品：窗簾、椅子用布、業務用墊、飛機、車輛、船舶内裝資材。寢裝用品：寢被、墊枕、抱枕、毛毯。産業資材：遮隔壁材、音響機器用布、過濾網、汽車座椅。此外，HEIM®尚可利用其素材本身之難燃特性，發展出紡黏型不織布(Spunbond)産品。該項産品遠比一般利用後加工方式

7、所製成之防燄不織布更具有穩定之難燃效果。其特徴如下：具有拉張強力，能耐極高之撕裂強度。 纖維物性不具方向性，因此，尺寸穩定性優。因是聚酯長纖維不織布，耐熱性、耐氣候性、耐水性、耐油性、耐藥品性等均佳。即使被強制燃燒(接觸火燄)，燃燒也不會擴張，且一離開火源，火燄即自然消失(圖1)。獲得多國難燃實驗合格證明。即使被強制燃燒(接觸火燄)，也不會産生有害氣體(氰氣、氯氣)，通過各種毒性實驗，安全獲得保障(表2)。HEIM®紡黏型不織布(Spunbond)之用途為：家用紡織品、寢具資材、壁材、地板材、建材、車輛、飛機、汽車零件等之工業資材(表3)。表2在各種纖維燃燒時之氣體産生量（斎藤爐方式

8、：單位mg/g）繊維素材種類二氧化碳一氧化碳氰(Cyan)氣氯氣HEIM®90027000一般聚酯纖維97526300亞克力纖維918157650MODA亞克力纖維728166320圖1：HEIM®與其他各種纖維之燃燒比較著火秒後著火秒後1:RAYON2:普通聚酯/RAYON3:亞克力4:HEIM5:HEIM6:普通聚酯纖維表3HEIM®紡黏型不織布(Spunbond)標準物性商品型號碼重(g/m2)厚度(mm)拉張強度(N/5cm)延伸率(%)撕裂強度(N)乾熱收縮(%)5%延伸時應力(N/5cm)經緯經緯經緯經緯經緯EmbossType(A)H6301A300

9、.1974.548.028318.88.82.31.041.222.5白H6401A400.24100.071.5313311.812.71.71.056.833.3白H6501A500.28138.2100.0323413.713.71.10.878.450.0白H6701A700.33229.3132.2383617.620.10.70.8131.373.5白H6A01A1000.43318.5233.2434224.525.50.40.7174.4126.4白H6301AD300.1979.446.126307.87.81.70.649.023.5黒H6401AD400.23111.76

10、7.629329.810.81.40.666.636.3黒H6501AD500.25149.989.2323411.813.71.00.789.248.0黒H6701AD700.33229.3132.3383614.718.60.70.8131.373.5黒H6A01AD1000.42376.3203.8494117.620.60.40.5190.1112.7黒HardEmbossType(B)H6501B500.20129.4105.825253.94.91.10.84.9100.9白備註：測定方法：JIS L1906。上表之物性値為標準値，並非保證値。 (三)TORAY之難燃素材：UNFL

11、A® UNFLA®是TORAY所開發完成之難燃聚酯纖維，有UNFLA®、UNFLA-EF®、UNFLA-EX®等系列産品。UNFLA®是TORAY早期採用將HBCD系難燃劑吸盡至纖維内部之後加工處理方式所開發完成之難燃素材。之後，於2005年採用以磷系物質為主且具耐加水分解性之非鹵素難燃劑來代替HBCD系難燃劑的製造方式來生産難燃素材。惟，由於採用非鹵素難燃劑會出現色斑、色花等在染色上被稱為高次元加工以及加水分解所産生之經時變化(難燃性之低下、強度變弱等)等問題。因此，TORAY開發出UNFLA-EF®産品，不但解決了前述問

12、題，而且得以通過日本消防法所規定之防燄性、不産生戴奥辛毒氣等之實驗。之後，TORAY又開發出UNFLA-EX®難燃素材。除了具有UNFLA-EF®之特性之外，尚有如下優點：在後加工之時，可加入其他機能性助劑，製成不含福馬林之制菌素材。可採用陽離子(Cation)可染混紡紗亦能發揮難燃功效。從圖2可得知，鹵素系難燃素材在難燃性能、高度加工性、耐光堅牢度、布料穩定性等性能上擁有極佳表現。但，如前所述，TBBPA、DBPP或HBCD等鹵素具有難分解性、高累積性、慢性毒性等有害性。相對於此，非鹵素系難燃素材雖無毒性，且難燃性能上具相當佳之效果，但是，在高度加工性、耐光堅牢度、布料穩

13、定性等性能上表現不佳。而TORAY的UNFLA-EX®難燃素材則擁有全數優點之同時，可避免上述各項有害之處。TORAY的UNFLA系列難燃纖維有以短纖及長纖兩種素材上市發售，毎月銷售量為170200公噸之譜。主要用途是做為蕾絲窗簾，餘則為被褥等家用紡織消費品。TORAY的難燃聚酯纖維雖是採後加工方式製成，但，因是將難燃劑全部吸盡至纖維内部之後加工處理方式，因此，與共聚合抽絲方式製成之難燃纖維相比較，即使是洗濯堅牢度之性能上，亦毫無遜色之處。圖2鹵素系/非鹵素系/UNFLA-EX®等難燃素材之性能比較説明：灰色為鹵素系難燃素材。藍色為非鹵素系難燃素材。紅色為UNFLA-EX&

14、#174;(四)帝人之難燃素材：SUPER EXTAR® 帝人在尚未自行開發完成難燃纖維之前，是與德國赫克斯特(HOECHST)公司合作，進口該公司之聚酯難燃難燃(Trevira CS)到日本市場銷售。在與該公司解約之後，帝人積極運用獨家技術開發完成聚酯難燃纖維(SUPER EXTAR®),並於2000年上市發售，與競爭對手的産品同為非鹵素之磷系難燃聚酯纖維。SUPER EXTAR®適用於汽車内裝、成衣、家用紡織品、建築、産業資材等。SUPER EXTAR®之特色在於：1.即使與其他聚酯纖維(LOI指數：21)之比較下，SUPER EXTAR®

15、(LOI指數：28的表現極佳。2.與其他纖維比較，在強制燃燒之相同條件下，完全不會産生有毒之氰氣或是鹵氣(Halogen Gas)。而且，一氧化碳及煙之産生量亦非常低(表4)。表4燃燒産生毒氣等氣體濃度之比較SUPER EXTAR®競爭對手聚酯難燃素材亞克力纖維亞克力難燃纖維無燄實驗發煙性比視覚濃度（DS）1.5分後0023184.0分後003324分鐘後氣體濃度二氧化碳（）0.10.10.10.09一氧化碳（ppm）未滿1未滿171.9氨(Ammonia/ppm）0000氰(Cyan/ppm）003728硫化氫（ppm）0000氯化氫（ppm）00100以上100以上有燄實驗發煙性

16、比視覚濃度（DS）1.5分後151891484.0分後36399552分鐘後氣體濃度二氧化碳（）0.30.30.40.3一氧化碳（ppm）50529684氨(Ammonia/ppm）0000氰(Cyan/ppm）004537硫化氫（ppm）0000氯化氫（ppm）00100以上100以上化纖檢査協會測定値（採用NBSSmokeChamber法）此外，帝人尚以獨家技術，以保特瓶回收所製成之聚酯纖維(ECOPET-EC100)做為原料，採取將難燃劑全部吸盡至纖維内部之後加工處理方式，製成SUPER EXTAR-SAFLAME®。該項産品是在高温濕潤狀態下將非鹵素系難燃劑完全吸盡至纖維内部

17、，因此，耐久性佳，而且，採用保特瓶回收之再生聚酯纖維，對於地球環保有貢獻。SUPER EXTAR-SAFLAME®之難燃性能如表5所示。而就其人體接觸之安全性而言，經過日本防炎協會之毒性檢査結果顯示，在急性經口毒性實驗、變異原性實驗方面，均合格。而在皮膚貼著實驗(河合法)方面，對於皮膚之安全性亦獲得確定。表5SUPER EXTAR-SAFLAME®之難燃性能難燃性能非鹵素系難燃素材洗濯條件合格基準SUPER EXTAR-SAFLAME®市販素材原布火燄燃燒次數：次42碳化面積：30平方公分以下4全部燒光火燄殘留時間：3秒以下0全部燒光水洗後火燄燃燒次數：次42碳化

18、面積：30平方公分以下4全部燒光火燄殘留時間：3秒以下0全部燒光乾洗後火燄燃燒次數：次42碳化面積：30平方公分以下4全部燒光火燄殘留時間：3秒以下0全部燒光合格判定合格不合格(五)UNITIKA之難燃素材：HONOGUARD® UNITIKA的HONOGUARD®是將磷系化合物加以共聚合之難燃聚酯纖維。商品銷售者分為長纖及短纖之兩種。LOI値為30，受燃後不會産生有毒氣體。因可進一歩假撚加工，因此，可做為窗簾、寢具、棉被填充物等用途。除HONOGUARD®之外，該會社尚開發出耐光堅牢度極佳之新型難燃素材，耐光堅牢度可長達10年均可維持新産品狀態下之鮮艷程度。商品

19、名為HONOGUARD-W®。HONOGUARD-W®新型難燃素材是採芯鞘結構(詳圖3)。纖維之芯部(内側)是採用難燃聚酯，其本身即為難燃纖維，即使著火也極難燃燒，更不會擴散。纖維之鞘部(外側)是採用防汚白色聚合物，即使不使用染料，纖維本身就是白色，特別是針對太陽光，經過長期日光曝曬也不會變色、變質。HONOGUARD-W®之特性如表6所示。最近UNITIKA從德國赫克斯特公司引進難燃聚酯纖維TreviraCS之技術，並於其岡崎工廠投下5億圓資金，改良紡紗設備，開始生産該項産品。TreviraCS是採用磷系難燃劑所製成之聚酯纖維，在歐洲被廣泛應用於各式家用紡織品以

20、及懸掛式安全網等産業用途。其原因是在於：鹵素系難燃劑所製成之聚酯纖維不合乎環保及無毒性等之需求。UNITIKA於2008年引進聚酯粒，預計年産120公噸之TreviraCS。並依市場需求，於2012年増産為年産1200公噸。圖3HONOGUARD-W®新型難燃素材之纖維結構表6HONOGUARD-W®之特性性能HONOGUARD-W®一般聚酯纖維難燃性LOI値2821防汚性附著性4級3級除去性45級34級耐光性攝氏83度×80小時5級5級攝氏83度×160小時5級5級資料來源：UNITIKA會社(六)德國赫克斯特(HOECHST)公司之難燃素材

21、：TreviraCS® TreviraCS®是以磷系化合物為主之共聚合型難燃聚酯纖維，是目前歐洲地區最為普及之難燃纖維。從其專利説明當中，得知其是採羧基月粦(Carboxy-phosphine)酸及其環状無水物之共聚合所製成。且在聚合物連鎖中，將(OP(O)(R)RCO)加以納入。共聚合量約為10%mol。磷含量約12%。TreviraCS®之LOI値為28，耐水洗堅牢度佳，受燃時不會産生有毒氣體。纖維特性與一般聚酯纖維一致，擁有一般聚酯纖維所原有之尺寸穩定性、強度以及易處理性(Easy Care)等特性。在歐洲被廣泛應用於窗簾、寢具及椅子等家用紡織品，以及制服等

22、用途。符合歐洲之DIN-4102及66084等難燃標準，頗受佳評。此外，尚取得歐洲Oekotex-100之環保基準認證。年産量約1萬公噸，以長纖(203,150dtex)及短纖(1.313dtex)之型態暢銷全歐洲。(七)Invista公司之難燃素材：T-704® 將原杜邦公司之聚酯部門買下來之KoSa公司現已改名為Invista公司，但是，其難燃聚酯素材之T-704®却是德國舊友KoSa GmbH公司時代所開發完成之産品。該項産品是磷系化合物之共聚合聚酯，LOI値雖僅有26，但是，如與傳統之難燃聚酯纖維相較的話，難燃強度比較高，本身消火性優良，且不産生有毒氣體，適於做為消

23、防水管、過濾網、貼合底布等高科技難燃紡織品之用途。根據Invista公司資料顯示，1,100dtex之T-704®的物性如下：強度為62.5cN/dtex。延伸度為25.0%。於180熱風下之收縮率為3.3%。該難燃素材已獲得法國空中巴士客機檢驗合格成為飛機内裝素材。此外，該項産品在價格上也可比價格低廉之玻璃纖維相互競爭，因此，今後將可望在工業用紡織品之應用上受到歡迎。四、帝人的陶磁奈米纖維難燃素材帝人運用其多年研發出來之高度纖維加工技術於奈米纖維之製程當中。該項技術應用於陶磁奈米纖維難燃素材之開發,並已獲得相當成效,可望於近期内商品化。陶磁屬於無機物，因此，截至目前為止，一般對於陶

24、磁均是採固態，或是粉末狀態來使用。但是，透過電子紡紗(Electro-Spinning)技術（如圖4），可將陶磁製成陶磁奈米纖維之棉狀或墊狀物來加以運用(圖5及圖6)。圖4：電子紡紗模式人類毛髪之千分之一甚至萬分之一細度的奈米纖維之生産技術現已可在常温下進行。將原料溶液置入注射器狀之容器内，以超高電壓將高分子溶液從噴嘴擠出，成為奈米等級纖維。該項技術於2002年被開發成功之後，現被廣泛運用於各種原料之奈米纖維的研發。日本NEDO(新能源産業技術綜合開發機構)所進行之研發計畫當中，即有一案例是與帝人及東京工業大學共同進行超高性能之耐熱難燃過濾材料之開發。從垃圾焚化爐所排出之熱氣高達攝氏60080

25、0度。如採用傳統過濾材料的話，根本無法忍受該高温之排放。目前之實務做法是先將熱風加以冷却後，再予以排放。為解決該項問題，如能開發出耐熱温度高達攝氏1000度之陶磁奈米纖維所做成之過濾網的話，就可防止該項能源之浪費，降低對於環境之負荷，對於地球環保有相當貢獻。 此外，可賦予光觸媒機能在陶磁奈米纖維所製成之過濾網上，促使其將排出氣體中之揮發性有機化合物(VOC)等臭氣及有害物質加以去除。而且，除前述之垃圾焚化爐排氣過濾網等環保相關素材之應用以外，尚可開發出耐熱難燃相關新産品應用於汽車、飛機、醫療等其他用途。圖5：陶磁奈米纖維圖6：電子顯微鏡下之陶磁奈米纖維五、難燃改性亞克力(Modacryl)纖維

26、改性亞克力纖維LOI値高，是難燃纖維之一種。日本過去仍在生産亞克力纖維之時，多家亞克力纖維廠均併設改性亞克力纖維之生産線。之後，鐘紡、旭化成等均放棄亞克力纖維生産線，因而也就不再生産改性亞克力纖維。目前，僅有KANEKA株式會社仍在生産改性亞克力難燃纖維，商品名稱為KANEKALON，屬於獨占狀態。以下試就KANEKALON之現狀做一介紹。KANEKA株式會社現在年産KANEKALON約5萬公噸。KANEKALON是以丁月青(丁二烯-丙烯月青共聚合物/Acrylonitrile)及氯化烯或氯化亞乙烯之共聚合物做為基礎而製成之改性亞克力纖維。其主要特徴有：難燃性、耐化學藥品性、熱成型性、類似動物

27、毛，而且同時擁有亞克力纖維之相關特徴(柔軟性、彈性、保暖性、發色性)。目前KANEKA推出之KANEKALON産品包括有SE系列所代表之泛用型産品及以強調難燃性之SR系列産品。SR系列商品當中，有氯化亞乙烯共聚合型而且以Protex為商品名稱者。Protex之特徴在於比泛用型産品在耐熱度上優於攝氏30度。KANEKALON之系列産品特性如表7所示。表7KANEKALON系列産品特性Type纖度(丹)LOI特徴SR1.55.032泛用等級SRB1.53.032.5發光性佳、具光澤SYS1.75.032.5可與聚酯纖維混紡Protex-M2332.5可與天然纖維混紡Protex-C1.57.034

28、.5高難燃性Protex-Y2.535.5最高難燃性資料來源：KANEKA株式會社資料難燃改性亞克力(Modacryl)纖維雖然並没有超級纖維那般之超高耐熱性，但是，LOI値達3235，因此，仍是相當優良之難燃素材，在受燃時，不會溶融。手感柔軟，優於發色性，可製成防燄成衣、寢具、家具等。目前KANEKA株式會社之Protex系列産品銷往歐美市場之比率高達80%，在對於難燃素材有高度需求之歐美先進國擁有好評。六、難燃嫘縈纖維嫘縈是以木材紙槳(Pulp)做為原料，將天然纖維素(Cellulose)再生成為纖維。其成份與棉花及麻相似。由於其原料之木材擁有再栽植性及還原分解性，因此，被視為對於地球環保

29、十分有益之纖維。纖維素(Cellulose)系纖維之難燃化，多採將含有羥甲基(Methylol)有機防燃劑加以化學結合而成。難燃嫘縈纖維在燃燒開始之際即會在低温時就快速碳化以防止燃燒之進行，而且具有藉由吸熱反應來降低布表面温度之效果。以下試紹介數家著名廠商之難燃嫘縈纖維商品。(一)大和紡嫘縈株式會社之FR Korona(商品名稱，以下均同)截至目前為止，沾膠嫘縈(Viscose Rayon)纖維之難燃化多採以鹵素系或磷系化合物之後加工方式。相對於此，大和紡嫘縈株式會社則不採該方式，而採將二氧化珪素(Silica)系之無機物加以複合化之新技術及新成份來製造難燃嫘縈纖維。FR Korona在燃燒時

30、，纖維素本身會産生熱分解，該分解生成物雖會燃燒，但是，纖維素在熱分解之後會殘留無機物之結構體，而且該結構體有遮蔽火燄之功能。將FR Korona製成針刺(Needle Punch)不織布等比較膨鬆之織物時，如受燃，會産生膨鬆結構體來遮蔽火燄並抑制熱傳導到裏層。由於FR Korona可藉由無機物結構體形成防火牆，符合美國Matress防燄規定TB603，可有效防止延燒到尿烷(Urethane)層而頗受好評。因此，如將FR Korona所製成之不織布挾在床單及尿烷層之中間的話，即可防止延燒之發生。此外，由於並非使用鹵素(Halogen)或磷系化合物，受燃時不會産生有毒氣體。而且，因不會産生加熱溶融現象，亦可防止二次災害之産生。此外，在産品壽命將至而必須做為廢棄物處理時，不需特殊處理。可放入焚化爐燃燒、或埋入地底，均不會産生環境汚染之問題。為因應美國市場需求之高度成長，大和紡嫘縈株式會社現已増撥1億日圓提升産能。難燃