阻燃劑與燃燒的關(guān)系

阻燃劑與燃燒的關(guān)系

1阻燃阻燃改性所謂的“阻力”不是用針狀羽毛將其分解并接觸火源，而是用紡織品在火中盡可能減少其燃料，減緩火災(zāi)的蔓延速度，并形成大面積的燃燒。沒(méi)有火，你就會(huì)立即停止。你不會(huì)在燃燒或陰虛時(shí)燃燒。阻燃劑與燃燒有著密切的關(guān)系。最新的觀點(diǎn)認(rèn)為燃燒應(yīng)有四要素———燃料、熱源、氧氣、鏈反應(yīng)。而通?？椢锶紵挚煞譃槿齻€(gè)階段,即熱分解、熱引燃、熱點(diǎn)燃,對(duì)不同燃燒階段的四要素采用相應(yīng)的阻燃劑加以抵制,就形成了各種各樣的阻燃機(jī)理及中斷阻燃機(jī)理(1)吸熱反應(yīng):也就是除熱。具有高熱容量的阻燃劑,在高溫下發(fā)生相變、脫水或脫鹵化氫等吸熱分解反應(yīng),降低纖維表面和火焰區(qū)的溫度,減慢熱裂解反應(yīng)的速度,抑制可燃性氣體的生成。(2)形成自由基:阻燃劑吸熱變成氣體,該氣體在火焰區(qū)大量捕捉高能量的羥基自由基和氫自由基,降低它們的濃度,從而抑制或中斷燃燒的連鎖反應(yīng),在氣相發(fā)揮阻燃作用。(3)熔化理論:在熱和能量的作用下,阻燃劑轉(zhuǎn)變成熔融狀態(tài),在織物表面形成不能滲透的覆蓋層,成為凝聚相和火焰之間的一個(gè)屏障,可阻擋熱傳導(dǎo)和熱輻射,減少反饋給纖維材料的熱量,從而抑制熱裂解和燃燒反應(yīng)。(4)微粒表面效應(yīng):若在可燃?xì)怏w中混有一定量的惰性微粒,它不僅能吸收燃燒熱,降低火焰溫度,而且能在微粒的表面上將氣相燃燒反應(yīng)中大量的高能量氫自由基,轉(zhuǎn)變成低能量的氫過(guò)氧自由基,從而抑制氣相燃燒。(5)生成不燃性氣體:阻燃劑吸熱分解放出氮?dú)?、二氧化碳、二氧化硫和氨等不燃性氣體,使纖維材料裂解處的可燃性氣體濃度被稀釋到燃燒極限以下;或使火焰中心處部分區(qū)域的氧氣不足,阻止燃燒繼續(xù)。此外,這種不燃性氣體還有散熱降溫作用。(6)凝聚相阻燃:通過(guò)阻燃劑的作用,在凝聚相反應(yīng)區(qū),改變纖維大分子鏈的熱裂解反應(yīng)過(guò)程,促使發(fā)生脫水、縮合、環(huán)化、交聯(lián)等反應(yīng),直至炭化,以增加炭化殘?jiān)?減少可燃性氣體的產(chǎn)生,使阻燃劑在凝聚相發(fā)揮阻燃作用。由于纖維的分子結(jié)構(gòu)和阻燃劑種類的不同,阻燃作用是十分復(fù)雜的,并不局限于上述的幾方面。為了獲得最佳阻燃效果,應(yīng)使上面所述的機(jī)理盡可能共同起作用,如利用協(xié)同效應(yīng)等。2按阻燃整理的方法分類阻燃劑種類繁多,分類的方法也有多種。按所含阻燃元素分類,分為含鹵阻燃劑、含磷阻燃劑、含氮阻燃劑等;按阻燃劑的使用方法和聚合物中的存在形態(tài),分為添加型和反應(yīng)型;按阻燃織物耐久程度分為非耐久性阻燃整理劑、半耐久性阻燃整理劑、耐久性阻燃整理劑三種;按化合物類型又可分為無(wú)機(jī)阻燃劑和有機(jī)阻燃劑。下面主要介紹按后兩種方法分類的阻燃劑2.1按織物的耐久性和耐洗性能混合劑的方法分(1)非耐久性阻燃整理劑:又稱為暫時(shí)性阻燃整理劑,大部分為水溶性(或乳液)無(wú)機(jī)鹽。處理時(shí)先將阻燃劑溶于水,織物經(jīng)浸漬烘干即可使用;也有二浴浸軋的,第二浴用氨水或純堿,使氧化物沉積在織物上。這種方法工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜,但織物的手感較差,洗滌后阻燃效果大幅度下降。多用在一次性防護(hù)服上。(2)半耐久性阻燃整理劑:用這種工藝處理的阻燃紡織品能耐1~10次溫和洗滌,但不耐高溫皂洗。該法有尿素磷酸法(通常稱Banflam法)、磷酸尿酯法、磷酸銨一羥甲基氰銨—甲醋混合溶液法。(3)耐久性阻燃整理劑:采用化學(xué)法在纖維內(nèi)部表面進(jìn)行聚合或縮合反應(yīng),形成不溶于水的聚合物,一般要求耐洗程度30次以上。該法主要有汽巴(CP)法和Proban法。CP法由瑞士汽巴公司創(chuàng)造,該法加工工藝容易實(shí)施,阻燃效果顯著;缺點(diǎn)是織物強(qiáng)力損失較大,對(duì)服飾性能影響較大。Proban法由英國(guó)奧布賴一威爾遜有限公司創(chuàng)造,該法整理的織物,阻燃效果好,特別是處理后織物的手感與強(qiáng)力保持是任何其他整理方法所不可比擬的,但此法危險(xiǎn)性較大,環(huán)境污染嚴(yán)重,因而推廣受到限制2.2無(wú)鹵阻燃材料(1)無(wú)機(jī)阻燃劑:無(wú)機(jī)阻燃劑主要作用是吸熱,主要品種有氫氧化鋁、氫氧化鎂、紅磷、氧化銻、氧化鉬、鉬酸氨、硼酸鋅、氧化鋅、氧化鋯、氫氧化鋯等,其中以氫氧化鋁、氫氧化鎂、紅磷、氧化銻應(yīng)用最為廣泛,尤其是氫氧化鋁、氫氧化鎂不僅可以起到阻燃作用,而且可以起到填充作用。它們具有熱穩(wěn)定好、高效、抑煙、阻滴、填充安全、對(duì)環(huán)境基本無(wú)污染且價(jià)格便宜等特點(diǎn),在無(wú)鹵阻燃材料中得到廣泛的應(yīng)用。但是無(wú)機(jī)阻燃劑耐洗性差,這是因?yàn)闊o(wú)機(jī)阻燃劑具有較強(qiáng)的極性與親水性,同非極性的織物兼容性差(2)有機(jī)阻燃劑:有機(jī)阻燃劑分為磷系和鹵系兩個(gè)系列。前者在用受到很大限制。鹵系阻燃劑主要包括氯和溴兩大類。但氯系阻燃劑的效果比溴系阻燃劑要差的多,這是由于不易產(chǎn)生游離氯基的緣故。另外由于溴化物熱分解后腐蝕性和毒性相對(duì)較小,因而較少量使用即可達(dá)到與氯化物相同的阻燃效果。因此溴系阻燃劑使用要普遍得多。但是,從總的使用情況來(lái)看,鹵系阻燃劑由于其分解產(chǎn)物中含有鹵酸,煙霧大,對(duì)人體有害等缺點(diǎn),正逐步被其他無(wú)機(jī)阻燃劑所代替3紡織布護(hù)理劑的應(yīng)用3.1阻燃織物織物在各種紡織材料中,棉是具有燃燒危險(xiǎn)性的一種,它的含氧指數(shù)只有18,不僅燃燒速度快,而且具有很大的助燃性。加上棉織物又是紡織品中應(yīng)用最廣泛的一種,因此棉織物的阻燃整理研究進(jìn)行得比較早,目前發(fā)展得也比較成熟。傳統(tǒng)棉織物的阻燃性主要是通過(guò)織物浸軋阻燃劑,使阻燃劑均勻地滲透到纖維內(nèi)部,并且與纖維發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而牢牢地附著在纖維上。阻燃織物的阻燃劑遇到高溫或高熱以后,能快速產(chǎn)生阻滯燃燒過(guò)程中羥基基團(tuán)所反應(yīng)的氣體,以降低釋放出的熱能,致使燃燒不能繼續(xù)發(fā)展,從而使織物產(chǎn)生阻燃的積極作用。其工藝簡(jiǎn)單,成本較低,并能獲得良好的、耐久的阻燃效果。近年來(lái),隨著阻燃整理技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展,以及為了滿足市場(chǎng)對(duì)于阻燃棉織物越來(lái)越高的要求,對(duì)棉織物的阻燃整理也逐漸探索出了各種新型的阻燃整理技術(shù),如:納米阻燃技術(shù)、催化阻燃技術(shù)、綠色阻燃技術(shù)、微膠囊阻燃技術(shù)、復(fù)配阻燃技術(shù)等。3.2彈性和保暖性羊毛是物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)均較為復(fù)雜的天然蛋白質(zhì)纖維。其手感柔軟、質(zhì)地堅(jiān)牢,有良好的彈性和保暖性,光澤自然、柔和。在建筑、服用、家紡等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。這就對(duì)其后整理提出了更高的要求3.3阻燃滌綸方法滌綸是各種合成纖維中發(fā)展最快、產(chǎn)量最高、應(yīng)用范圍最廣的一種合成纖維,其纖維紡織品大量用于衣料、窗簾、幕布、床上用品、室內(nèi)裝飾及各種特殊材料。滌綸的極限氧指數(shù)在21左右,隨著滌綸纖維織物的廣泛應(yīng)用,其火災(zāi)的潛在危險(xiǎn)也日益突出。我國(guó)從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始進(jìn)行阻燃滌綸的研究工作,大體可分為三個(gè)階段:第一階段利用含溴共聚單體與聚酯單體進(jìn)行三元共聚;第二階段是80年代中期,遼陽(yáng)石化研究院利用美國(guó)大湖公司提供的十溴聯(lián)苯醚為主的阻燃劑,生產(chǎn)共混型阻燃切片。但這兩種方法都由于種種原因沒(méi)能繼續(xù)工業(yè)化生產(chǎn);第三階段是80年代后期開(kāi)始,國(guó)內(nèi)紡織高等院校開(kāi)始介入阻燃滌綸研究,對(duì)該項(xiàng)工作的進(jìn)展起到了很大的推動(dòng)作用,使這一研究領(lǐng)域,從產(chǎn)品到理論都有較大的進(jìn)展。按生產(chǎn)過(guò)程和阻燃劑的引入方式,滌綸的阻燃改性方法可歸納為以下五種:(1)在酯交換或縮聚階段加入反應(yīng)型阻燃劑進(jìn)行共縮聚;(2)在熔融紡絲前向熔體中加入添加型阻燃劑;(3)以普通聚酯與含有阻燃成分的聚酯進(jìn)行復(fù)合紡絲;(4)反應(yīng)型阻燃劑在滌綸或織物上進(jìn)行接枝共聚;(5)滌綸織物進(jìn)行阻燃后處理。用于生產(chǎn)阻燃滌綸織物的有機(jī)阻燃劑多為鹵系和磷系阻燃劑,目前鹵系阻燃劑的使用占大多數(shù)。隨著人們對(duì)火災(zāi)和阻燃材料研究的深入以及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),特別是自上世紀(jì)90年代以來(lái),具有低煙、低毒的磷系阻燃劑受到普遍重視。雖然磷系阻燃劑在使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì),但是阻燃劑的各種中間體及生產(chǎn)過(guò)程都具有一定的毒性,人們也將逐漸重視硅系阻燃劑及其他無(wú)機(jī)阻燃劑的研究與應(yīng)用3.4滌棉混紡織物的“支架”效應(yīng)滌棉織物是當(dāng)今用途非常廣泛的織物之一,較多的用于防護(hù)服和室內(nèi)裝飾,需要較高的阻燃性能。滌棉混紡織物的燃燒性并不等于滌棉各纖維組分燃燒性的相加。滌棉織物在燃燒過(guò)程中,熔融的滌綸組分覆蓋在熱解的棉纖維(碳狀)表面。而熱解棉的碳狀態(tài)架構(gòu)阻止了滌綸纖維的熱收縮,因而不會(huì)自動(dòng)滴落脫離燃燒的熱源。實(shí)際上,纖維狀的碳狀焦碳不僅支托了熔融的滌綸,還會(huì)把熔融的滌綸體芯吸到燃燒的熱源中,增加了著火區(qū)中燃料的供應(yīng),這種現(xiàn)象人們稱之為“支架”效應(yīng)。正是這種“支架”作用,使滌棉混紡織物的燃燒性遠(yuǎn)比人們預(yù)想的要強(qiáng)烈得多。盡管?chē)?guó)內(nèi)外對(duì)滌棉混紡織物的燃燒性和阻燃整理已經(jīng)做了大量研究,但迄今為止尚未研制出理想的滌棉織物耐久阻燃整理劑3.5阻燃錦綸纖維用阻燃劑國(guó)內(nèi)對(duì)阻燃錦綸的研究起始于70年代,開(kāi)發(fā)與發(fā)展也比較緩慢。這主要是因?yàn)殄\綸大分子中酰胺較活躍,易與阻燃劑在熔融狀態(tài)下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。并且在高溫下許多添加劑所產(chǎn)生的鹵化氫又能使錦綸大分子降解,使熔體粘度下降,致使許多用于制造阻燃纖維的阻燃劑都不能使用。目前,國(guó)內(nèi)用于生產(chǎn)阻燃錦綸比較好的阻燃劑是山西化纖所生產(chǎn)的NF-8702型錦綸阻燃劑。阻燃錦綸的生產(chǎn)以共混為主,采用的阻燃劑主要是含增效劑的鹵化物體系和有機(jī)磷系。阻燃聚丙烯腈的生產(chǎn)方法以共聚法為主。共聚的阻燃單體多選用氯乙烯或偏二氯乙烯,其含量一般在32%~36%范圍內(nèi)。若超過(guò)40%,會(huì)使聚合物光熱穩(wěn)定性下降和紡絲性能惡化。聚合方法有溶液聚合和水相聚合兩種。水相聚合因適宜大規(guī)模的生產(chǎn)而較多被采用。我國(guó)對(duì)阻燃腈綸進(jìn)行研制的單位很多,所生產(chǎn)的阻燃劑腈綸極限氧指數(shù)在27以上但均未達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)4阻燃及阻燃技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)已成功地研制了多種阻燃材料,為我國(guó)紡織品的阻燃技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了新的途徑。但就品種、數(shù)量及阻燃性能而言,與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距還很大。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)家法制的健全,阻燃紡織品的推廣應(yīng)用必將引起全社會(huì)的重視。阻燃紡織品在我國(guó)具有廣闊的市場(chǎng)需求,開(kāi)發(fā)潛力巨大。今后阻燃技術(shù)的發(fā)展大致有以下幾個(gè)趨勢(shì)。(1)加強(qiáng)阻燃理論研究,阻燃理論研究是整個(gè)阻燃技術(shù)的基礎(chǔ),燃燒及阻燃理論的研究為尋找新型阻燃劑、確定阻燃方法、提高阻燃水平提供了強(qiáng)大的理論依據(jù),具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。(2)開(kāi)發(fā)新型低毒、無(wú)煙、無(wú)污染的阻燃劑,使阻燃劑向無(wú)鹵化和超細(xì)化發(fā)展,以減少火災(zāi)事故