據統計,2008 年1~6 月,全國共發生火災80 057起(不含森林、草原、軍隊、礦井地下部分火災),死亡862 人,受傷332 人,直接財產損失6 億多元.[1]由紡織品引起的火災約占火災總數的1/2 以上,床上用品和室內裝飾用紡織品為起火的主要材料.為了阻止火災發生,除采取防火措施外,還可使用具有阻燃性能的紡織品,以延緩火災的擴大,使人們有時間撤離或采取措施進行滅火.為此,紡織品燃燒性技術法規逐漸成為各國技術性貿易壁壘的一個重要組成部分.紡織品經過阻燃處理后,能不同程度地降低可燃性,在燃燒過程中可顯著延緩其燃燒效率,并在離開火源后能迅速自熄,從而不易燃燒.織物阻燃整理是通過化學鍵合、化學粘合、吸附沉積及非極性范德華力結合等作用,使阻燃劑固著在纖維和織物上,從而使織物獲得阻燃性能的加工過程.[2]阻燃劑的施加方式有紡絲前與聚合物共混后紡絲和后整理等.本文主要論述后整理方式的阻燃整理.
1阻燃機理
大部分學者對阻燃劑阻燃機理的研究都使用了DSC、TGA等熱分析手段.差示掃描量熱法(DSC)是在程序溫度控制下,測量輸入到試樣和參比材料之間的能量差隨溫度變化函數的一種技術;熱重分析法(TGA)是測量試樣在受熱或等溫過程中質量的變化,從而可以研究或測定在受熱過程中發生的伴隨有質量變化的反應或物質,它是研究紡織材料熱學性質的重要手段.
纖維素纖維的燃燒過程:纖維素纖維織物主要為碳水化合物,受熱不熔融,遇火焰后燃燒較快.纖維素受熱后產生熱裂解,裂解產物為固態物質、液態物質和揮發性氣體.纖維的燃燒分為有焰燃燒(續燃)和無焰燃燒(陰燃),續燃主要是纖維素熱裂解時產生可燃性氣體或揮發性液體的燃燒,而陰燃則主要是碳氧化的固體殘渣,續燃所需溫度比陰燃要低得多.纖維素的裂解是纖維燃燒的最重要環節,因為裂解將產生大量裂解產物,其中可燃性氣體和揮發性液體將作為續燃的燃料.燃料燃燒后產生大量熱,又作用于纖維使其繼續裂解,使裂解反應循環進行下去.纖維素的裂解是個相當復雜的過程,其中涉及到許多物理、化學變化.一般認為纖維素纖維的裂解反應分兩個方向:一個方向是纖維素脫水炭化,產生水、CO2和固體殘渣;另一個方向是纖維素通過解聚生成不揮發的液體左旋葡萄糖,而后左旋葡萄糖進一步裂解,產生低分子質量的裂解產物,并形成二次焦炭.在氧的存在下,左旋葡萄糖的裂解產物發生氧化,燃燒產生大量熱,又引起更多纖維素發生裂解.這兩個反應相互競爭,始終存在于纖維素裂解的整個過程中.
朱平教授[3]應用DSC、TGA、裂解-氣質聯用等分析手段,分析了阻燃整理過程中棉織物的熱裂解產物.研究發現:纖維素纖維的熱裂解可分為3 個階段:初始裂解階段、主要裂解階段和殘渣裂解階段.裂解階段的溫度范圍分別是80~370.25℃、368~431℃和429.88~701 ℃,失重率分別為15.792%、71.982%和6.502%.而阻燃纖維素3 個裂解階段的溫度范圍分別為80~307.25 ℃、305~382.63 ℃和382.63~701 ℃,失重率分別為7.406%、39.825%和16.362%.阻燃棉纖維中阻燃劑對纖維的脫水、炭化有催化作用,阻止了左旋葡萄糖的生成,從而減少了可燃性裂解產物的生成,促使固體殘渣量增多.用PY-GC-MS 聯用儀研究阻燃及未阻燃織物的裂解產物,在棉纖維的裂解氣相色譜圖上確認了43 個峰,認定了裂解產物40 種,比國內外文獻多了12 種.阻燃棉纖維的裂解產物確認了28 個峰,含裂解產物27 種.阻燃棉纖維的峰數和強峰數比棉纖維減少了許多,檢出的裂解產物也大大減少.峰的強弱可以初步判斷裂解產物量的多少.強峰數目明顯減少,表明揮發性裂解產物減少.在所有裂解產物中,水和CO2是不能燃燒的物質,這類產物在阻燃研究中顯得特別重要.醇、醛、酮、呋喃、苯環、酯、醚類均屬易燃性物質,這些裂解產物的數量在纖維阻燃前后均有明顯的變化.除了呋喃類阻燃前后略有增加外,其他類均有大幅度減少.
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