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纺织品阻燃整理
某些阻燃剂在温度比较高的情况下(>500℃),能在纤维表明产生覆盖层,而具有隔绝作用,除了阻碍氧气的供应外,还可以阻止可燃性气体向外扩散的作用,进而达到阻燃的目的。如硼砂-硼酸。
阻燃剂在燃烧的温度下,分解出不燃性气体如CO2、HCl、H2O等,将可燃性气体的浓度冲淡到能产生火焰的浓度以下。
随着纺织品应用领域的逐步扩大和需求量的日益增多,由纺织品引起的火灾也持续不断的增加,尤其是床上用品和室内装饰用纺织品,其所引起的火灾比例占火灾总数的一半以上,这对人们的生命安全及财产损失造成了极大的威胁。为减少因纺织品着火而引起的火灾的发生,需要对纺织品进行一定的阻燃整理。现在已经有很多纺织品阻燃整理的新技术。本论文中系统介绍了纺织品的阻燃整理技术,包括该功能整理技术的发展现状、作用原理、影响该功能整理技术应用效果的主要工艺参数、应用效果主要是采用的标准及测试的参数、采用整理剂的分子结构特征及制备方法及该功能整理技术主要存在的问题及解决办法等。
阻燃剂的用量越大,所获得的阻燃性能越好。但阻燃剂用量过大会影响织物的手感和风格,同时增加了成本。阻燃添加剂的加入可大幅度的提升阻燃效果,如棉织物用Pyrovatex CP整理时,添加一定量的尿素可提高织物的限氧指数。另外,轧液率、烘干和焙烘的温度及时间均会对织物的阻燃性能造成影响。
棉织物的阻燃按其耐久性可大致分为三类:非永久性,半永久性和永久性阻燃整理方法。
阻燃技术的历史记载可以追溯到公元前。公元前83年,克劳迪亚斯(Claudius)年鉴中记载,古希腊利用铁和铝的硫酸复盐技术处理木制的碉堡,提高碉堡的阻燃性,这也许是阻燃技术的首次应用[3]。1735年,怀尔德(Wyld)发明了明矾、硼砂、硫酸亚铁等成分配制成用于纤维素、纺织品和纸浆的阻燃专利,这是第一个阻燃剂的专利[3]。1820年,盖·吕萨克(Gay-Lussac)对纺织品的阻燃系统地进行了研究,利用磷酸铵、氯化铵、硼砂等无机物配制成适用于纤维素的阻燃剂,并成功地在巴黎剧院的幕布上进行了阻燃处理[3]。1913年,珀金(W.H.Perkin)研究了绒布的阻燃技术。他先将绒布在锡盐中浸渍,再用硫酸铵溶液处理,水洗干燥,使氧化锡阻燃剂渗入绒布的纤维内[4]。
磷系阻燃剂也可在气相用物理方式来抑制燃烧。如果阻燃剂所释放出的气体浓度足够高,该历程可能是物理性质的。例如惰性气体的抑制效应。
某些含氮化合物能增强磷化合物对纤维素纤维的阻燃作用,其原因是因为阻燃系统中的磷化合物与氮化合物的反应生成了含P-N键的中间体,而后者比原来系统中的磷化合物具有更佳的磷酸化试剂。
总的来说整理织物的阻燃性尚可,但手感太硬,有白霜,色变等现象,整理液的稳定性也不好,根本原因是阻燃剂颗粒大,易聚沉,且对纤维吸附性差。据研究: 粒子大小在15nm~20nm,阻燃效果能大大的提升3倍,手感柔软,耐洗性也好。
棉纤维燃烧后炭化,而涤纶燃烧时熔融滴落。由于棉纤维变成支持体,能使熔融纤维聚集,并阻止了它的滴落,使其熔融纤维燃烧更加剧烈,即所谓“骨架效应”。故涤/棉混纺织物的阻燃更加困难。
气相阻燃剂的作用在于干扰聚合物的燃烧链。聚合物的燃烧与其它材料的燃烧相似,热裂解时产生可与大气中氧反应的物质,形成H2-O2系统,并可通过链支化反应使燃烧传播。反应式如下:
结论:只有那些同时在凝聚相和气相都发挥功效的阻燃剂才能对纤维素纤维及聚酯纤维均有阻燃效果。
室温浸轧阻燃工作液,二浸二轧(轧余率为X%)→预烘(100℃×2分钟)→焙烘(Y℃×T分钟)→碱洗中和(第一次室温浸轧碱液20g/L;第二次50℃浸轧纯碱20g/L;第三次浸轧纯碱10 g/L)→水洗(50~60℃)→冷水洗→烘干。
磷系阻燃剂大多用于纤维素纤维的阻燃中。当未被阻燃的纤维素被加热至它的热裂解温度时,通常解聚为焦油状的炭水化合物(主要为左旋葡萄糖),后者又进一步断裂为有机可燃碎片。
如果在纤维素中加入磷系阻燃剂,则纤维素遇火时阻燃剂会分解为含磷酸或酸酐,后者可使纤维素磷酰化并释放出水,而磷酰化的纤维素则可转变为炭。
随着科学技术的发展,纺织品阻燃技术发展很快,到20世纪60~70年代已达到较高水准,天然纤维织物的阻燃技术已投入到正常的使用中。20世纪80年代以后,阻燃纺织品的研究开发进入活跃时期,国内外的研究单位和生产厂商竞相研究纺织品用阻燃剂和阻燃整理技术,阻燃合成纤维的研究也非常活跃,已开发出多种阻燃效果持久、阻燃性能可满足各种标准的阻燃纺织品,并投放市场。在赋予纺织品阻燃性能的同时,还应考虑纺织品的色泽、白度及物理机械性能的保持。而且随着时下人们对纺织品要求的提高,还应考虑阻燃纺织品的公害问题。
室温二浸二轧(轧余率X%)→预烘(100℃×2分钟)→焙烘(Y℃×T分钟)→皂洗(40℃)→水洗→烘干。
目前涤纶织物阻燃剂三(2,3-二溴丙基)磷酸酯(TDBPP)对涤纶阻燃有一定的效果,但有致癌作用;
美国莫信尔公司推出一种Antiblaze 19T的阻燃剂,适合于100%涤纶的阻燃,效果较好,毒性小;对含溴、锡化合物的整理剂,例如十溴联苯醚、六溴环十二烷、三氧化二锡、五氧化二锡等都进行了研究,在溶液中添加粘合剂,将阻燃剂粘于织物上。
传统的Proban法是阻燃剂THPC(四羟甲基氯化鏻)浸轧后焙烘工艺,改良的方法是Proban/氨熏工艺,工艺流程为:
这是目前公认阻燃效果好,织物强力降低小,手感影响少的工艺。但由于设备问题限制了其推广应用。
阻燃剂可同时在凝聚相及气相发挥阻燃效能,而在两相中均存在物理和化学因素,这中间还包括抑制火焰、熔流耗热、含磷酸形成的表面屏障、酸催化成炭、炭层的隔热、隔氧等。
这种现象将有利于纤维素进行成炭反应,而不利于裂解反应。而且,生成的多磷酸的催化反应可进一步加速成炭反应。
磷-氮协同正被很多学者所研究。据有关研究认为:磷-氮协同并不是一个普遍现象,例如一种环状脲与磷起对抗作用。
织物的平方米克重和织物结构对阻燃性能有影响。同类组织架构的织物,重量越大,限氧指数越高;平方米克重相同的织物,密度大、织物结构紧密的织物限氧指数高。
如果形成的炭层能抗氧化,则阻燃效率提高。但即使过渡性的炭层也具有一定的阻燃作用。而且即使炭层被氧化(一般是通过阴燃发生),磷化合物的存在也能被氧化为二氧化碳,因而可降低氧化释放热量。同时磷阻燃剂可覆盖炭层,其作用机理可能是炭层表面覆盖有多磷酸(即物理保护作用)和炭上可氧化活性中
在混纺织物阻燃整理时,宜采用对混纺织物中各组成纤维均有效的阻燃剂,但是合成纤维和天然纤维的性质不同,阻燃作用的机理是不一样的。由于合成纤维遇火时收缩、熔融、滴落,所以,阻燃剂含脱水催化剂对它们的阻燃是无效
的;而对棉纤维最有效的阻燃剂则是酸催化或碱催化脱水的脱水剂。但是可用于阻燃纤维素纤维的脱水剂,在纤维素的热裂解阶段,应存在于基质中,不可能进入气相作为链终止剂。
观点一:阻燃剂在高温下发生吸热变化如熔融和升华,从Baidu Nhomakorabea有阻止燃烧蔓延的作用;
阻燃剂的存在,改变了纤维的热裂解机理,使纤维在裂解温度前而大量脱水或发生交联作用,使可燃性气体和挥发性液体的量大幅度减少,而使固体碳量大幅度提升,这样有焰燃烧就会得到抑制。
这种阻燃剂用于纤维素纤维的阻燃时,可降低这类材料热裂解或者燃烧时挥发性产物的生成量,并催化炭层的形成。
P-N系阻燃剂受热时,首先释出多磷酸,后者可使无水吡啶葡萄糖中的C(6)羟基磷酸化,且磷酸可同时作为酸催化剂,使纤维素脱水。即P-N系阻燃剂释出多磷酸的反应,可抑制生成左旋葡萄糖,该糖是可燃性、挥发性产物的前体。
这种阻燃工艺是采用的一种反应型的阻燃剂,在酸催化下阻燃剂与棉纤维上的羟基进行反应,形成牢固的化学键。此产品的阻燃性好,耐久性好,可以耐家庭洗涤50次甚至200次以上,手感良好,但强力降低稍大。
电毯、墙布、沙发布等织物的阻燃耐水洗次数要求不是很高,这类产品做暂时性或半耐久性阻燃整理即可,能耐1~15次温和洗涤,但不耐皂洗。这种暂时性,半耐久性主要有硼砂-硼酸工艺,磷酸氢二氨工艺,磷酰氨工艺,双氢氨工艺等。
上述小分子磷化合物所抑制的是传播火焰的速控步骤,即链支化步骤。在这步反应中,一个氢自由基与一个氧分子反应,生成一个氢氧自由基和一个氧自由基。其中PO•自由基最重要。当燃烧过程主要根据链的支化反应(如H•O2→OH•O•)时,PO•自由基的反应尤其重要。
③、分解阶段:当温度上升到一定的温度时,除弱键断裂外,主键也断裂,即发生裂解,产生低分子物;
④、点燃阶段:当分解阶段所产生的可燃性气体达到一定的浓度,且温度也达到其燃点,并有足够的氧或者氧化剂存在时,慢慢的出现火焰,这就是“点燃”,燃烧从此开始;
⑤、燃烧阶段:燃烧释出的能量和活性游离基引起的连锁反应,不断提供可燃物质,使燃烧自动传播和扩展,火焰慢慢的变大。即:热量传递给织物;纤维的热裂解;裂解产物的扩散与对流;空气中的氧和裂解产物的动力学反应;步骤循环进行并同时存在。
挥发性的磷化合物是有效的火焰抑制剂。在火焰中,磷酸酯类裂解为小分子,如P2、PO、PO2和HPO2等,它们可使火焰区氢自由基浓度降低而使火焰熄灭。
②、降解阶段:聚合物被加热到一定温度,聚合物中最弱的键断裂,即发生热降解,这取决于该键键能的大小。O-O键是最弱的键,极易断裂;C-F键是最强的键,不易断裂。如果在此阶段发生的是吸热反应,则可减缓温度的上升,对燃烧起一定的抑制作用。如果是放热反应,则加速燃烧;
关键词:纺织品;纺织品阻燃整理;阻燃;阻燃整理;功能整理;工艺参数;应用效果测试参数;制备方法。
随着纺织品应用领域的逐步扩大和需求量的日益增多,由纺织品引起的火灾也持续不断的增加。据统计,由纺织品引起的火灾约占火灾总数的一半以上,特别是建筑住宅火灾,纺织品着火蔓延引起火灾所占的比例更大,床上用品和室内装饰用纺织品为起火的根本原因。发达国家早在20世纪60~70年代就对纺织品提出了阻燃要求,并制定了各类纺织品的阻燃标准和法规,从纺织品的种类和使用场所来限制使用非阻燃纺织品。如美国的DOCFF3-17[1]即是针对儿童睡衣制定的阻燃商业标准。阻燃纺织品的研究和生产,对减少火灾次数和损失,确保人民生命安全具备极其重大的现实意义。本论文中系统介绍了纺织品的阻燃整理技术,包括该功能整理技术的发展现状、作用原理、影响该功能整理技术应用效果的主要工艺参数、应用效果主要是采用的标准及测试的参数、采用整理剂的分子结构特征及该功能整理技术主要存在的问题及解决办法等[2]。
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