滌棉阻燃面料的阻燃整理

早在三十年代,人們已充分認(rèn)識到無論是軍用紡織品還是民用紡織物的阻燃性能的重要性,至九十年代初,國內(nèi)外單一纖維織物(如純棉織物、純滌綸織物等)的阻燃整理已經(jīng)相當(dāng)成熟。但是,簡單地將單一纖維織物的阻燃整理劑應(yīng)用于滌棉混紡織物不一定能獲得良好的阻燃效果。國內(nèi)在這方面的研究還不十分成熟。為了滿足市場的需求,廣西工學(xué)院和柳州市床單廠承擔(dān)了柳州市科委項目,合作研發(fā)滌棉混紡織物阻燃產(chǎn)品。主要任務(wù)是研制一種阻燃劑,應(yīng)用于滌棉混紡織物的阻燃整理,生產(chǎn)阻燃高支高密精梳滌棉織物的煉白布、染色布、滿地印花布、斜紋臺布等。滌棉混紡組份比例為50∶50。

1滌、棉纖維的受熱燃燒性質(zhì)

棉纖維受熱到350℃就開始熱分解,很容易產(chǎn)生可燃的熱解氣化物,例如H·、CO等,如有足夠的氧存在,就會著火燃燒。棉纖維產(chǎn)生燃燒的限氧指數(shù)(LOI值)為18-20%。滌綸纖維是一種熱塑性纖維,它的軟化溫度是238～240℃,熔點是255-260℃,受熱到420～447℃開始熱分解。滌綸織物在玻璃襯托上的限氧指數(shù)是20-22%,在懸掛狀態(tài)下是25%。滌綸織物在懸掛狀態(tài)下的燃燒過程是首先發(fā)生熱收縮,然后產(chǎn)生熔融,再進一步熔融為液滴,滴落到地面,將熱能帶走,從而產(chǎn)生自熄作用。

滌棉混紡織物的燃燒性,并不等于滌棉各纖維組份燃燒性的相加滌棉織物在燃燒過程中,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,因而不會自動滴落脫離燃燒的熱源。實際上,纖維狀的碳狀焦碳不僅支托了熔融的滌綸,還會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),這種情況,人們稱之為“骨架”效應(yīng)。正由于這種“骨架”作用,使滌棉混紡織物的燃燒性遠比人們預(yù)想的要強烈得多。

滌棉混紡織物和其他燃料一樣,在熱裂解時可與空氣中的氧產(chǎn)生反應(yīng),并通過歧化反應(yīng):

H·+O2→HO·+O·(1)

O·+H2→HO·+H·(2)

使得燃燒蔓延。在燃燒的火焰中,主要的放熱反應(yīng)是:

HO·+CO→CO2+H·(3)

從而提供了保持燃燒所需的大部分熱量。因此,要實現(xiàn)阻燃目的,必須要強烈抑制歧化反應(yīng)(1)和(2)的進行。

2阻燃機理和整理方法

2.1阻燃機理

紡織物經(jīng)過阻燃整理后,并不是說織物遇到火源不產(chǎn)生燃燒,而是其可燃性降低了,即遇火不容易燃燒,火焰不蔓延或蔓延速度低,當(dāng)織物離開火源后能很快自熄,不再繼續(xù)燃燒或陰燃。阻燃機理的復(fù)雜性和多樣性已被公認(rèn),隨著使用的阻燃劑種類的不同,其阻燃機理是有所區(qū)別的,迄今尚未建立對各方面都適用的阻

燃理論

[2]

,但概括起來有四種理論:覆蓋論、氣相論、熱論和催化脫水論。

在氣相阻燃機理中,氣相燃燒反應(yīng)的速度與燃燒過程中產(chǎn)生的自由基HO·和H·的濃度有密切關(guān)系,

氣相阻燃劑的作用主要是將這類高能量的自由基轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的自由基,抑制燃燒過程的進行,達到阻燃目的。

鹵素(溴)衍生物的阻燃作用被認(rèn)為是按氣相機理進行

[3]

。當(dāng)含溴阻燃劑MBr受熱時首先釋放出溴游離基:

MBr→M+Br·(4)

或是釋放出溴化氫HBr:

MBr→M+HBr

(5)

溴游離基Br·與織物燃燒時釋放出的可燃性氣體RH反應(yīng)生成不燃燒性氣體溴化氫:

Br·+RH→R·+HBr

(6)

溴化氫可有效地抑制歧化反應(yīng)(1)和主要的放熱反應(yīng)(3),所以溴化氫是真正的火焰抑制劑:

H·+HBr→H2+Br·(7)

HO·+HBr→H2O+H·(8)

反應(yīng)(7)比反應(yīng)(8)快兩倍

[3]

,而且在火焰前沿H2/HO·的比值高,表明反應(yīng)(7)是抑制燃燒的主要反

應(yīng)。在此情況下,反應(yīng)(7)和反應(yīng)(1)相互競爭,結(jié)果是活性H·被消耗了,而活性H·的被消耗決定了抑制效應(yīng)。反應(yīng)(8)和反應(yīng)(3)也相互競爭,活性HO·也被消耗,從而也抑制了在燃燒中熱量的產(chǎn)生,使得燃燒被進一步阻止。

在鹵素(溴)的衍生化合物中加入三氧化二銻,可以增強阻燃作用。三氧化二銻本身沒有阻燃作用,但是,

它與含溴的衍生化合物共同受熱時,可產(chǎn)生如下反應(yīng):

Sb2O3+6HBr→SbBr3+3H2O(9)

SbBr3+3H·→Sb+3HBr(10)

SbBr3+H2O→SbOBr+2HBr(11)

SbOBr+H·→SbO+HBr(12)

SbO+H·→SbOH(13)

由此可見,活性H·被大量消耗的同時,還產(chǎn)生了大量的火焰抑制劑HBr

,從而起到更有效的阻燃作用。

2.2滌棉混紡織物阻燃整理的幾種方法

由于滌棉混紡織物的阻燃整理難度遠大于單一纖維織物,有人主張使用已具有阻燃性能的改性滌綸纖維(例如Trevira CS或Toyobo GH)與棉纖維混紡,再對其織物利用棉型阻燃劑進行處理,可獲得較好的阻燃效果,而且耐洗性能好。但是,這種改性的滌綸纖維價格比一般的滌綸纖維貴,因此以這種方法生產(chǎn)的滌棉混紡織物的阻燃產(chǎn)品并不多見。

浸軋烘焙整理是一種很普遍的后整理方法,它是將阻燃劑工作液浸軋到織物上,經(jīng)烘焙處理使阻燃劑粘

結(jié)于織物上而獲得阻燃效果。本文采用此后整理方法對滌棉混紡織物進行阻燃整理。

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