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抽象的な: 本稿では、主に難燃性繊維製品における難燃剤の燃焼メカニズム、熱分解特性、種類とメカニズム、そして難燃性繊維・織物の製造方法と試験方法について紹介します。難燃性の原理から製造プロセス、さらには試験基準に至るまで、様々な側面を網羅し、難燃性繊維製品の今後の発展動向、特に低毒性・低煙性難燃剤と多機能難燃織物の研究開発を展望します。また、複数の国や地域の関連規格や法規制、そしてBEGOODTEX社が開発した難燃性製品と技術についても紹介します。.
歴史を通して、火は人類の進歩と技術の発展を形作る要因となってきました。しかし同時に、火災そのものの発生自体が大きな脅威となることもあります。欧州難燃協会(FERA)の報告によると、ヨーロッパでは5,000人以上が火災で命を落とし、社会経済に大きな影響を及ぼしています。ドイツでは火災による損失は最大65億マルクに達し、EU域内における火災の経済的影響はGDPの1%を占めています。中国では、毎年平均3万件から4万件の火災が発生し、2,000人から3,000人が死亡、2億元から3億元に及ぶ経済損失が発生しており、その額は年々増加しています。.
難燃技術の起源は1930年代に遡り、当初は一時的な処理から始まりましたが、その後、第二次世界大戦中の軍用テントに使用されたような、より耐久性の高い難燃素材へと進化しました。1960年代には、ヨーロッパ、アメリカ、日本などの国々がそれぞれ繊維製品に関する防炎基準を策定し、特定の場所や製品に難燃素材の使用を義務付けました。.
難燃性とは、材料が燃焼を遅らせたり、燃焼を抑制したりする特性を指し、これは材料本来の性質、あるいは後加工によって実現されます。難燃性繊維の作用メカニズムは、燃焼過程における熱吸収、熱分解モードの変化、可燃性ガスの発生抑制といった連鎖反応を抑制することで難燃効果を発揮します。.
研究によると、難燃性生地は安全性を大幅に向上させることが示されています。例えば、未処理の生地と比較して、難燃性生地は避難時間を10~15倍延長し、燃焼時に発生する熱と有毒ガスを低減し、濃い煙の発生を回避できます。.

現在、繊維業界における難燃性試験には、英国のBS規格、ドイツのDLN規格、カナダのGCSB規格、米国のFS規格、日本のJLS規格、フランスのANF規格、スウェーデンのSLS規格、中国のGB規格、そしてISOによる国際規格など、様々な国で国際的に認められた方法が用いられています。米国のニューヨークやカリフォルニアなどの有名な都市や州、商務省(DOCFF)、運輸省(DOT)、軍事組織など、各国の様々な地域や機関では、独自の試験基準と方法論があり、NFPA(全米防火協会)、AATCC(米国繊維化学染色協会)、ASTM(米国材料試験協会)など、様々な団体や協会がこれに従っています。.
1953 年以来、米国は繊維製品が可燃性技術要件に準拠することを義務付ける可燃性繊維法 (FFAP) を制定しています。関連する規格には以下のものがあります。
カナダでは、危険物規制および関連規制(子供用寝間着、カーペット、テントなど)が制定されており、カナダ保健省はこれらの規制を施行することで、すべての繊維製品が難燃性要件を満たしていることを確保しています。関連規格の一部:
日本では衣料品に対する具体的な難燃性要件は規定されていませんが、建物内のカーペットやカーテンについては防炎基準が設けられており、特定の場所で使用される繊維製品は規定の防炎性能を満たし、「防炎ラベル」の表示が義務付けられています。例えば、JIS L 1091は家庭用繊維製品(カーテン、ベッドシーツ)に適用されます。.
オーストラリアでは各州で技術規制が異なり、西オーストラリア州では1987年の公正取引法と1988年の子供用イブニングドレス規格が制定され、タスマニア州では1973年の可燃性衣類法と2002年の可燃性衣類規制が制定され、ニューサウスウェールズ州では2002年の公正取引(一般要件)規制が制定されています。これらの規制では、00~14番の子供用イブニングウェア(パジャマ、バスローブなど)の難燃性および試験方法はAS/NZS 1249規格に準拠しなければならないと規定されています。.
英国には、イブニングウェアの難燃性安全性に関する規則があります。1985年に、女性用スリープウェア(安全規則)に代わり、イブニングウェア(安全規則)が施行されました。1987年には、この規則がすべての種類のイブニングウェアに適用されるよう拡張される修正が行われました。この規則によると、生後3か月から13歳までの子供用イブニングウェアは、標準BS5722に準拠する必要があり、燃焼基準を満たしているかどうかを示す恒久的なラベルを付ける必要があります。難燃性化学薬品で処理されたイブニングウェアには、その特性に関するテストや評価を行う前に、BS5651に概説されているガイドラインに従って、洗濯方法と洗浄に使用する特定の洗剤について警告するラベルを付ける必要があります。標準規格の一部リスト。
布地の燃焼は、その種類、構造、組成によって影響を受けます。不燃性、難燃性、難燃性、可燃性など、様々なグループに分類できます。燃焼には、熱源、酸素、可燃性物質という3つの要素が必要です。布地は熱源によって発火します。熱源の温度が一定レベルに達すると、繊維が分解し始め、可燃性ガスが放出されます。このガスが酸素と結合して発火します。布地の燃焼には、まず素材が温まり、その後、溶融してひび割れが生じ、最終的に酸化によって発火するという段階があります。.
| 繊維の種類 | 繊維名 | 炎に近づく | 炎の中で | 炎を残す | 残留形態 |
| セルロース繊維 | 竹パルプ繊維 | 溶けず、縮まない | すぐに燃える | 燃え続けろ | 少量の柔らかいダークグレー |
| 竹繊維 | 溶けず、縮まない | すぐに燃える | 燃え続けろ | 少量のソフトグレー | |
| 接着剤 | 溶けず、縮まない | すぐに燃える | 燃え続けろ | 少量の柔らかい灰白色の灰色 | |
| 綿とカポック | 溶けず、縮まない | すぐに燃える | 燃え続けろ | 少量の柔らかい灰色がかった黒灰色 | |
| 亜麻 | 溶けず、縮まない | すぐに燃える | 燃え続けろ | 少量の絹の帯状の灰白色灰色 | |
| タンパク質繊維 | 大豆タンパク質繊維 | 契約 | 燃えている煙の中に黒い煙が出ています。. | 燃え続けろ | パリッとした黒と灰色、少量の硬い破片 |
| 乳タンパク質繊維 | 溶かしてカール | カール、溶ける、燃える | 燃え、時には自滅する | 黒くて、基本的にカリカリで、 | |
| 貝殻繊維 | 溶けず、縮まない | すぐに燃えて溶けず、元の円形の束を保ってください。. | 燃え続けろ | 黒と灰色、壊れやすい | |
| ウール、シルク | 収縮またはカール | 徐々に燃やす | 燃えにくい | クリスピーブラックグレー | |
| 合成繊維 | ポリエステル繊維 | 収縮、融解 | 最初に溶かしてから燃やす | 黒い煙が大量に上がり、溶けた液体が滴り落ちている。 | ガラス質で暗褐色の硬いボール |
| 溶けた滴は濃い茶色です。. | |||||
| ポリアミド繊維 | 収縮、融解 | 最初に溶かしてから燃やす | 溶けた滴があり、溶けた滴は茶色です。. | ガラス質で暗褐色の硬いボール | |
| アクリル繊維 | 収縮、微小溶融、焦げ | 溶融燃焼 | 小さな光る火花があります。. | カリカリの黒い硬い部分 | |
| ポリビニルアルコール繊維 | 収縮、融解 | 燃焼 | 燃え続ける | カリカリの黒い硬い部分 | |
| ポリプロピレン繊維 | ゆっくりとした収縮 | 溶融燃焼 | メルトドロップがあり、メルトドロップは乳白色です。. | 硬い黄褐色のボール |
セルロース繊維は加熱によって変化する物質であり、固体の残留物だけでなく、液体や可燃性ガスも放出されます。繊維が熱によってどのように分解するかによって、燃え続けるかどうかが決まります。セルロースが燃焼する際には、炎を伴う燃焼と炎を伴わない燃焼(くすぶり燃焼)の2種類の燃焼が起こります。.
分解プロセスは次の 3 つの段階で確認できます。
1.最初の破壊は370℃以下の温度で起こる
2.主な破壊は370℃から430℃の間で起こる
3. 最終破壊段階は430℃以上で起こる
分解段階(温度430℃を超える)では、燃焼性能は分解生成物によって決まります。研究結果によると、可燃性物質の生成量を減らすことで燃焼の危険性を効果的に低減できることが示されています。例えば、綿繊維の熱分解プロセスではtel28種類の可燃性物質が生成されますが、難燃処理された綿繊維では、熱分解生成物の種類と量が大幅に減少します。.
ポリエステル繊維の燃焼方法は、他の合成ポリマー素材の燃焼方法と似ています。ポリエステル繊維は熱にさらされると分解し、可燃性ガスを放出して延焼を早めます。延焼を防ぐには、これらのガスの放出を最小限に抑えることが重要です。分解中に空気中の反応を遅らせ、火災による熱を吸収したり、周囲の酸素を遮断することで火災の持続時間を制限したりします。.
詳細については、 ポリエステル生地に難燃技術を適用する方法詳細については、ここをクリックしてください。.

ホウ砂やホウ酸などの物質は、加熱すると融解して繊維の表面を覆うガラス質の膜を形成し、空気を遮断して燃焼を抑制します。リン化物は炭化を促進し、臭化物は分解して不燃性ガスを生成し、空気をさらに遮断したり可燃性ガスを希釈したりすることで難燃効果を発揮します。.
難燃剤は、熱吸収、脱水、相変化、または分解を通じてポリマー表面と燃焼ゾーンの温度を下げ、それによって熱分解プロセスを遅くします。.
リン系難燃剤は炎に触れるとピロリン酸を生成し、強力な脱水作用で繊維の炭化を促進します。形成された炭化膜は空気を効果的に遮断し、可燃性ガスの発生を低減します。.
凝縮相の難燃効果は、材料の熱分解プロセスを遅らせたり中断したりすることによって実現され、一般的な方法は次のとおりです。
気相難燃性は、H · やHO · などのフリーラジカルを捕捉して除去することで気相燃焼反応を抑制し、燃焼プロセスを効果的に制御します。.
フリーラジカルは塵の粒子や容器の壁と接触すると活性を失い、気相反応の速度を低下させて燃焼を阻害する可能性があります。.
熱可塑性繊維は加熱されると溶融し、空気との接触面積が減少して液滴が炎から剥離し、燃焼速度が低下する可能性があります。難燃性を最適化するために、通常、様々なメカニズムが相乗的に作用し、全体的な難燃性能を高めます。.
難燃剤には様々な種類があり、主にハロゲン系難燃剤、リン酸塩系難燃剤、無機系難燃剤、膨張性難燃剤に分類されます。それぞれの難燃剤の難燃メカニズムは異なります。.
ハロゲン系難燃剤は加熱すると分解し、不燃性ガス(ほとんどの場合、ハロゲン化水素)を生成します。このガスは材料表面に付着し、ブランケットで覆われることで燃焼反応から酸素を遮断します。ハロゲン化水素とフリーラジカルは結合して低活性の塩素ラジカルまたは臭素ラジカルを形成し、燃焼速度をさらに低下させます。.
リン系難燃剤は、脱水と炭化のメカニズムによって作用します。リン酸塩は高温でポリリン酸ガラス体を形成し、材料を包み込み、酸素が表面に到達して燃焼を促進するのを防ぎます。また、イオン対は金属リン酸塩や塩化物と組み合わせることで難燃効果を高めることができます。.
リン酸エステル系難燃剤は、脱水反応を触媒する不揮発性のリン酸とメタリン酸、および絶縁炭素保護層を形成することで、材料の可燃性を軽減します。.
三酸化アンチモンとハロゲン難燃剤は一緒に作用して熱を吸収し、樹脂の燃焼中に形成されるフリーラジカルを消費し、一方では分離火災段階における表面温度または可燃性ガスの放出速度を低下させ、他方では相乗効果を最適化します。.
リン/窒素系難燃剤は、膨張によって炭化発泡層を生成します。この炭化発泡層の特徴は、断熱性、酸素と煙の遮断、そして溶融液滴の付着防止です。この発泡炭素層は、ポリウレタン硬質フォームによって生成される多孔質材料の一種であり、発火源を遮断・防止するだけでなく、燃焼を本質的に遅くすることでこの問題を解決します。.

繊維や織物を難燃化する方法は、基本的に2つあります。繊維自体を改質して恒久的な難燃性を持たせるか、素材の表面に難燃加工を施すかです。綿や麻などの繊維の場合、吸着沈着または化学結合によって難燃剤を布地や糸に固定し、難燃性を確保する後処理方法が用いられます。ポリエステルやアクリルなどの合成繊維は、紡糸時に難燃剤が配合される場合があります。その後、共重合または混紡によって難燃性を高めます。あるいは、後処理によって繊維に難燃性を持たせることもできます。製造後に難燃剤を塗布する方法は、他の方法に比べて簡単で、投資額も少なく、結果も早く得られるため、新製品ラインの導入においてより現実的な選択肢となります。後処理技術は、未処理のシルク織物と比較して、布地の強度や外観に影響を与えるだけでなく、難燃性にも影響を与えます。.
難燃性繊維は、繊維製造工程において難燃剤を直接添加することで難燃性を獲得します。主な方法としては、共重合、混紡、グラフト共重合、難燃剤の吸着、繊維表面のハロゲン化、後加工などが挙げられます。.
難燃性生地は通常、生地の表面を後処理し、様々な仕上げ方法を適用することで繊維に難燃性を持たせることで作られます。一般的な難燃性仕上げ方法としては、パディングとベーキング、吸尽染色、コーティング、スプレーなどがあります。.
この技術は、酸素と窒素の混合ガス中で布地が発火するために必要な最小酸素濃度を特定します。LOI値が高いほど難燃性を示します。この手法は調査には有用ですが、日常的な製造現場では広く利用されていません。.
布地がどのように燃えるか、発火するまでにどのくらいの時間がかかるか、特定の炎設定でどの程度の損害が発生するかを調べることによって、炎特性の有効性を評価します。このアプローチは、さまざまな耐火布地をテストするために一般的に採用されており、特に中国の規格では広く普及しており、重要な役割を果たしています。.
布地が炎に対してどの程度耐えられるかを評価するには、布地を 45 度の角度で置いたときに燃焼時間と損傷領域の大きさを測定します。.
平らな表面で炎がどのように、どのくらいの時間広がるかを測定して、生地の耐火性をテストしましょう。.
ここ数年、繊維製品の難燃化技術は世界的に目覚ましい進歩を遂げています。様々な研究機関や企業が、ポリプロピレン難燃剤マスターバッチや、難燃性と帯電防止性を両立させた複合ソリューションなど、難燃性を向上させる材料や方法の開発に取り組んでいます。本研究プロジェクトの主な焦点は、高性能難燃繊維の開発と、その用途の探究であり、特に高難燃性繊維と混紡生地への応用に焦点を当てています。これらの繊維の酸素指数は45~50です。.
様々な国が、優れた耐火性を兼ね備えた様々な難燃剤を開発しています。例えば、BEGOODTEXは、様々な天然繊維および合成繊維向けに設計された難燃剤シリーズ「Aquafyreguad™」を開発しました。.
難燃性繊維は生産量と応用範囲が狭く、今後はより高性能で多機能な難燃性繊維の開発が求められています。これらの繊維は軍事や消防などの特殊産業にも応用できます。難燃性繊維の収量と応用範囲は低く、今後は難燃性繊維の研究開発と生産に多大な労力を費やす必要があります。特に高性能・高機能の難燃性繊維は、軍事や消防などの特殊産業の任務を含む、数少ない特殊技術であり、将来性も期待できます。.
現在、難燃性繊維のほとんどは難燃性の機能しか果たせません。中国のBEGOODTEX社は、 難燃性多機能生地例えば、難燃性・抗菌性(FRANtiBact ™)、難燃性・防水性(FRANTiAqua ™)、難燃性GRS(GRSFRTex ™)、難燃性・紫外線耐性(FRANTIUV ™)、難燃性・遮光性(AntiLightFR ™)、難燃性・帯電防止(FRStaticGuard ™)、難燃性・医療グレード(FRMediGuard ™)。.
今後のトレンドは、低毒性、低煙、そして無公害の難燃剤の開発です。BEGOODTEXは最近、環境に優しく、生分解性、ホルムアルデヒドフリー、化学薬品フリー、非刺激性、非アレルギー性を備えたエコ天然繊維(FR 100%コットンやFR 100%ビスコースなど)を発売しました。BEGOODTEXは最近、環境に優しく、生分解性、ホルムアルデヒドフリー、化学薬品フリー、非刺激性、非疲労性を備えたエコ天然繊維(FR 100%コットンやFR 100%ビスコースなど)を発売しました。.