织物是我们生活中必不可少的材料，广泛应用于服装、家具装饰、汽车、医用以及航天军工等领域。但织物极易燃烧的特性给我们的生活带来了许多潜在的危险。研究表明，若在织物表面附着一种能阻止织物燃烧的助剂，即阻燃剂，实现在其表面构筑阻燃涂层，便可得到阻燃织物^[1]。为了使公众更科学和清晰地了解该方面知识，提高防火安全意识，科普阻燃织物的制备过程具有重要社会意义^[2]。

目前制备阻燃织物的方法主要分为：共聚法和后整理法。其中共聚法是指含磷阻燃单体参与聚合反应，在纺丝过程中制备得到阻燃纤维，此方法具有良好的耐久性、耐水性以及低毒性等优点，但是合成复杂、设备要求高、成本高，在实际生活中难以实现科普推广。对于后整理法而言，它具有制备过程简单、成本低、环境友好等优点，现已得到广泛应用^[3]。其中，以层层自组装法最具代表性，此法将带相反电荷的聚电解质交替沉积在织物表面，从而达到构筑阻燃涂层的目的^{[4, 5]}，具有构筑基元种类丰富、环保低毒等优点，具备一定科普推广优势^[6]。

因此，本文针对青少年设计了操作简单且科学系统的科普实验，以大众触手可及和喜闻乐见的艺术形式，如用生动形象的动画和浅显易懂的语言将燃烧三要素及阻燃机理进行展示，通过视频对阻燃织物燃烧测试进行播放科普等，激发学生对化学的兴趣，感受化学的魅力；另外，还将化学实验方法带入到居家“课堂”，带动社会群体走进化学，切身体验化学的乐趣，增强防火意识；最后，设计阻燃性能测试实验，为大家鉴定织物阻燃等级并准确购买阻燃织物提供指导性的科学理论。

本文的科普方法简单，科普内容丰富，向大众展示了化学之趣、化学之美，并且教会大家将理论运用于实践，用化学知识解决生活中的实际问题，同时，本文科普实验有助于防火科学知识和科学精神在全社会得到更好弘扬，为形成全民讲科学的良好习惯和社会氛围贡献力量。

可燃物在空气中燃烧，需要达到该物质着火燃烧所需要的最低温度，这个最低温度叫做该物质的着火点。另外，燃烧的发生条件须具备三个基本要素：可燃物、氧气和热量，只有当三者间以适当比例存在时，才能发生燃烧，任何一种要素的缺少，都将无法发生燃烧^[7]。

膨胀型阻燃剂通常又由三种组分组成：无机酸或加热至一定温度时产生的酸类化合物(酸源)；在酸性条件下可脱水成碳的化合物(炭源)；受热时可在合适的温度和时间释放出挥发性物质，从而使体系发泡的化合物(气源) ^{[8, 9]}。因此，当加入膨胀型阻燃剂，对织物进行阻燃处理时，燃烧过程中就会出现自熄行为，产生此现象的机理如下：(1) 在燃烧过程中，会在织物(也称为可燃物)表面形成一层致密的炭层作保护层，从而隔绝可燃物、火焰区域以及氧气以实现火焰熄灭；(2) 在材料燃烧过程中，会释放出不可燃烧气体，稀释火焰区的氧气和材料分解的可燃性气体，从而达到阻燃；(3) 在织物燃烧过程中，某种物质能吸热，使温度低于可燃物着火点，使火焰熄灭^[10–12]。

本实验中，壳聚糖(图 1右)充当炭源和气源，氨基三亚甲基膦酸(图 1左)充当酸源，构筑可膨胀阻燃涂层，从而达到隔绝氧气和可燃物的目的，进而进行阻燃，最后根据国标阻燃织物标准(表 1)，通过垂直燃烧测试判定阻燃剂在织物中的燃烧等级。

本科普实验采用的织物为家庭常用的衣物或者窗帘布料。所使用试剂为壳聚糖和氨基三亚甲基膦酸，他们都是生物质来源，容易获得，安全环保。实验试剂如表 2所示。

实验耗材为家庭普通日用品，所用测试仪器为实验室仪器。实验所需耗材和仪器如表 3所示。

选择三个布样条，分别进行以下三个实验操作：

首先，将布样放在石棉网上点燃，向其喷洒水，观察现象，发现火焰熄灭。实验操作如图 2所示。

接着，将布条放置在支架上点燃，然后将家用量杯倒扣在燃烧的布上，观察现象，发现火焰熄灭。实验操作如图 3所示。

最后，将布条一端点燃，然后用剪刀将燃烧部分剪掉，阻断可燃物，观察现象，发现无法燃烧。实验操作如图 4所示。

阻燃涂料、阻燃布条家庭制备：此部分针对中小学生及普通大众，设计简单的实验步骤：用一步涂敷法制备阻燃布，实验步骤如图 5所示。首先称取3 g壳聚糖、86 g矿泉水和11 g氨基三亚甲基膦酸放入家用量杯中，搅拌3 min，接着用刷子均匀涂敷到布条上，最后用吹风机吹干，便可制得。阻燃涂料制备步骤与阻燃布条制备相同。

燃烧测试：首先制备阻燃剂，将布样一半均匀涂敷阻燃涂料，另一半不作处理，使用吹风将涂覆部分吹干，点燃布样，观察现象。通过阻燃效果对比，实验步骤和现象如图 6所示。

阻燃衣物：使用阻燃布和未处理布缝制衣物，并将衣服穿在木偶娃娃身上；点燃织物，观察现象(图 7)。

阻燃窗帘：使用纸折出房子，将阻燃布和未处理布分别作为窗帘贴在房子上，使用打火机点燃窗帘，观察现象(图 8)。

因垂直燃烧测量仪低值易维护，此部分实验可针对有条件的高等学校进行开展，对于普通大众采用视频的方式进行科普，让大家能正确识别市场上的阻燃织物。

根据国标GB17591–2006，通过底面点燃法测试阻燃织物的燃烧等级，实验步骤如图 9所示。首先，将试样夹在磨具上，接着，点燃火炬，设置水平垂直燃烧测定仪器的点火时间为12 s，点燃试样，最后测量燃烧长度。

(1) 在第一个探索实验中，喷洒水后，观察到火焰熄灭。这是因为在喷洒水的过程中，燃烧的样条逐渐降温，达不到着火点，火焰便会熄灭，得出第一个燃烧必要条件为温度。据此分析，材料如果在燃烧过程中吸热，使温度低于着火点，就会使火焰熄灭。因此第一类阻燃机理为阻燃剂在燃烧时吸收热量，温度低于着火点，火焰熄灭。

(2) 在第二个探索实验中，观察到火焰熄灭。这主要是因为杯子隔绝了氧气，当杯子内氧气消耗殆尽后，没有充足的氧气，火焰就无法继续燃烧，因此第二个燃烧必要条件为氧气。据此分析，材料燃烧过程中会分解释放可燃性气体，持续向火焰供给“燃料”，如果在可燃物中添加一种化学试剂，它能够在燃烧过程中稀释掉火焰区的氧气和材料分解产生的可燃性气体，火焰就会熄灭。因此第二类阻燃机理为阻燃剂在燃烧时，释放大量惰性气体，稀释材料表面的氧气和可燃性气体，火焰熄灭。

(3) 在第三个探索实验中，观察到剩余部分没有继续燃烧。这是因为火焰和可燃物分离后，剩余部分没有火焰的供给，就无法继续燃烧，得出第三个燃烧必要条件为可燃物。据此，如果在材料中添加一种物质，它能在燃烧发生时在可燃物表面形成一层致密的“护盾”，这个护盾就可以隔绝材料和火焰区域和氧气，使火焰熄灭。因此第三类阻燃机理为阻燃剂在燃烧时，在材料表面形成一层护盾(炭层)，隔绝可燃物与氧气和火焰的接触，火焰熄灭。

该科普实验深入浅出地向大家科普燃烧相关化学知识，从简单的燃烧三要素入手，并在此基础上得出三种阻燃机理，直观感受“燃烧”的化学奥秘。

该实验中，未涂敷的布样完全燃烧，涂敷有阻燃剂的布样未被点燃。发现阻燃效果十分明显，该科普实验可以让大家直观感受织物阻燃的效果。

(1) 在火灾模拟情景1中，穿着未处理的布的木偶娃娃被烧尽，而穿着涂敷有阻燃涂料的木偶娃娃不能被点燃。该科普实验让大家直观感受到阻燃材料为我们的生命安全提供了保障，明白发展阻燃技术对社会生活的意义。

(2) 在火灾模拟情景2中，纯布窗帘直接引燃了整个房子，而阻燃窗帘并未被点燃。该科普实验可以直观体验阻燃织物的应用可以避免织物引燃发生火灾，通过模拟家中火灾情景，让大家进一步加深“防火于未燃”的防火安全意识。

燃烧测试结果对比如表 4。根据垂直燃烧结果，纯样属于极易燃烧材料，测试后样品被烧穿。而阻燃布在测试过程中离火即熄，续燃时间和阴燃时间皆为0 s，进一步发现测试后样品的损毁长度仅为110 mm，根据国标GB17591–2006可知，本实验制备的阻燃织物其阻燃等级为难燃等级B1级。通过此实验，可帮助大家在购买阻燃织物时明白B1级阻燃等级的含义，引导公众正确购买阻燃材料。

首先利用有趣的动画向青少年们科普燃烧三要素的知识，接着指导制作可爱的小房子以提高他们的兴趣，再将已处理好的阻燃布和未经阻燃处理的布料制作窗帘，通过点燃带有不同布料窗帘的房子，展示了阻燃的重要性。接着将提前准备好的穿着阻燃布衣物的小木人和穿着普通棉布衣物的小木人，在距他们安全距离面前点燃展示，警示青少年们要远离火源。

以家里随处可见的引燃物——废弃衣物为原材料，用厨房器具代替实验仪器就能制作阻燃织物，切身感受阻燃织物的神奇作用；并将实验与视频动画相结合，明白阻燃机理以及阻燃等级判别；让大众更近一步接触科学，使科学走进家，防火安全意识走进心，同时展现化学的魅力，激发大众对化学知识的兴趣，培养防火于“未燃”的意识，使社会受益。

对有一定化学知识储备的大学生，本文简单地向其科普阻燃剂的作用和机理，让他们对阻燃剂有一定的了解。在掌握居家制备阻燃织物的基础上，鼓励他们走进实验室，亲身体验制备阻燃织物的过程，并对阻燃织物进行阻燃性能测试，让他们充分体会到化学的奥秘，增强他们的防火安全意识，同时将化学知识用于解决生活中的火灾问题，可进一步提高化学专业学生的科学自豪感。

本科普实验通过绿色环保且廉价易得试剂制备阻燃剂，用简单的涂覆操作，赋予了织物阻燃性能。同时从实验室制备运用到居家实验，让普通社会公众深刻地感受到化学的魅力，增强了公众的火安全意识。此外，本文通过有趣的动画和通俗易懂的语言诠释了燃烧三要素及阻燃机理，激发公众对化学学科的兴趣和热情。本实验将科学前沿知识通过简单的实验传播给了公众，让科学研究更具有普及性，诠释了化学对社会发展的促进作用，充分体现了化学之趣、化学之美和化学对社会发展的贡献，且操作简单、安全环保、接受性强，是一个值得推广的化学科普项目。

(1) 科普实验操作简单，试剂廉价易得，推广性强。

(2) 将社会问题融入科普实验中，采取丰富的科普内容和形式，将前沿理论运用于生活实践。

(3) 实验兼具可观性、观赏性、趣味性和科学性，传播“美丽化学创造美好生活”的安全理念。