阻燃整理基础知识

导读：几乎所有的常用纺织纤维都是有机高分子化合物,绝大多数可在300℃左右分解,产生可燃气体和挥发性液体,引起燃烧。由纺织品引起的火灾事故不断增加,引起了人们的普遍关注。某些特殊用途的织物,如冶金及消防工作服、军用纺织品、舞台幕布、地毯及儿童玩具、服装等,要求具有一定的阻燃性能,因此需要对织物进行阻燃整理。

所谓“阻燃”并非说经处理后的纺织品具有在接触火源时不被烧着的性能,而是指不同程度的阻碍火焰迅速蔓延的性能。具有优良阻燃性能的织物在接触火源时不易燃烧或一燃即熄,当火源移去后不再燃烧,无余燃(离开火源后持续有焰燃烧)和阴燃(离开火源后持续无焰燃烧)现象。

可燃性织物着火燃烧过程中,首先是受热后水分蒸发、升温,然后产生热分解作用,形成可燃性物质与空气混合而着火燃烧。各种纤维由于化学组成、结构以及物理状态的差异,燃烧的难易不尽相同。

燃烧过程本身是一个复杂的过程,而且随纺织材料和阻燃剂的性能而变化。阻燃有物理的作用,也有化学的作用。根据现有的研究结果,阻燃整理原理可归纳为以下几种:

1.催化脱水论

经过阻燃整理后的纤维素纤维,在300℃左右就开始脱水炭化,抑制了原来纤维在340℃以上时纤维1,4苷键断裂时形成的左旋葡萄糖。改变了热分解历程和分解产物的比例,减少热分解产物中可燃性的气体和液体,增加难燃性固体炭的量。该理论主要适用于纤维素纤维,在一定程度上也可以用于其他纤维材料的阻燃整理机理。含磷阻燃剂具有路易士酸的性质,可促进纤维素的脱水炭化。当织物上含有2%左右的有机磷阻燃剂时,纤维素热裂解产物中已无左旋葡萄糖存在,阻止阴燃;当有机磷阻燃剂用量增加到10%后,纤维素热裂解形成大量的固体炭,有效地阻止了有焰燃烧。

2.气相论

阻燃剂的作用是通过抑制可燃性分解产物的氧化,干扰火焰的燃烧方式,阻止火焰的蔓延,但并不改变热分解反应历程和产物。该理论不仅适用于纤维素纤维,而且对大多数合成纤维都是有效的。含卤素阻燃剂一般按气相论作用。

灼烧是碳化物的氧化。碳可氧化成CO、CO2,碳氧化成CO2所产生的热量约为碳氧化成CO热量的4倍。因此,如果使碳只氧化成CO,则发热量少而不致使其自身蔓延,从而可阻止余燃。一种解释是阻燃剂吸附在碳的反应活化中心上,抑制碳的氧化作用,主要形成CO。另一种解释是阻燃剂可以和CO反应,因此阻止进一步氧化成CO2。一般认为含磷阻燃剂都有较好的阻余燃能力。6.协同阻燃效应在阻燃理论中,通常称磷、氮、氯、溴、硼、硫和锑等元素为阻燃元素。虽然阻燃剂的类型繁多,原理各异,但都需要含有一种或几种阻燃元素。含有两种或两种以上阻燃元素的阻燃剂整理织物所得到的阻燃能力,往往比单独使用一种阻燃元素的阻燃剂强得多,这就是协同阻燃效应。因此,人们往往将含磷阻燃剂与含氮的三羟甲基三聚氰胺或含卤阻燃剂与三氯化二锑同时使用,以增强阻燃能力。

非耐久性整理又称暂时性整理。整理品虽有良好的阻燃能力,手感柔软,但不耐水洗,可用于某些少洗或不洗的织物。大部分非耐久性阻燃剂是水溶性的无机盐类,将阻燃剂溶解于水,织物经浸轧和烘干即可,加工方便,成本较低。也有使用二浴法,用氨水和纯碱进行第二浴处理,使金属盐变成金属氧化物沉积于纤维表面,增加耐洗性。

常用的非耐久性的阻燃剂有硼酸—硼砂、磷酸及其铵盐,以及一些高温下可分解而产生阻燃性气体的金属盐类。很多非耐久性阻燃剂进行混合整理织物,例如,硼砂∶硼酸∶磷酸氢二铵∶磷酸二氢铵=7∶3∶5∶5(重量比),效果都比单独用好得多。

所谓半耐久性阻燃整理是指能经受15次温和洗涤,但不耐高温皂洗的阻燃整理,价格较低廉,适用于不常洗涤的服用织物。这类阻燃剂包括含磷阻燃剂和不溶性金属盐阻燃剂。

1.含磷无机阻燃剂

磷酸和磷酸氢二铵在高温焙烘时,可使纤维素磷酰化,而赋予其较高的磷含量,使纤维素在燃烧时生成较多的不挥发性炭质,减少焦油等挥发物的生成量,进而达到阻燃目的。但是棉纤维与磷酸作用后,强度大幅度下降。为了克服这一缺点,目前多应用磷酸和含氮化合物混合制成的阻燃整理剂。应用这一阻燃剂整理纤维素纤维时,在高温下使纤维素变成纤维素磷酸酯,起到阻燃作用。

2.锑—钛络合物

纤维素纤维经氯化氧钛和三氯化锑处理后,钛化合物和三氯化锑与纤维素纤维反应生成纤维素的锑—钛络合物。钛、锑化合物水解生成氢氧化钛和氢氧化锑在纤维表面,成为纤维素的脱水剂。当织物燃烧时,生成较多的固态炭,挥发性焦油量减少。并且纤维素和锑、钛成配价键及化学键结合,在燃烧时结成大块,相应地降低了织物的可燃性,从而赋予织物阻燃效果。用锑—钛络合物整理后的棉织物对织物透气性影响不大,但织物的撕破强力下降30%。

3.金属氧化物—非可燃性粘合物阻燃整理

利用阻燃性金属氧化物沉积于纤维上的阻燃处理,虽有较好的阻燃效果,但耐久性是有限的。如将阻燃性金属氧化物和非可燃性粘合剂一起应用,可以提高耐洗性。

阻燃整理剂与纤维素之间通过化学反应达到阻燃目的的整理称耐久性阻燃整理。耐久性阻燃整理一般需要耐水洗50次以上,有时要达200次以上,而且要耐皂洗。这类阻燃整理剂是近年来广泛使用的以有机磷为基础的阻燃剂。

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