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中国统计年鉴显示,2010年1至6月份我国共发生火灾73317起,死亡656人,受伤271人,直接财产损失79290.7万元,其中大部分由织物燃烧引起,因此,研究织物阻燃技术并推广阻燃织物应用,对有效减少火灾带来的损失有着重要意义。我国现行对装饰类织物的国家标准GB17591—2006《阻燃织物》中考核指标为Bl级标准的损毁长度小于150mil,续燃和阴燃时间都小于5s。研究表明,经阻燃处理后的织物比普通织物具有更长的燃烧时间(增加10一l5倍),燃烧释放的热量却只有未经阻燃加工织物的25%。此外,如何减少纺织品燃烧时的危险性及有毒气体的释放,减少生命财产的损失,也已得到了全世界的重视。
1阻燃剂
1.1阻燃剂的阻燃基本原理
燃烧反应需要由可燃物、氧气及一定温度三要素组成。阻燃剂作用机理就是在燃烧时抑制一种或者几种要素的产生,以达到阻止燃烧的目的。每一种特定的阻燃剂都有着不同的阻燃机理,但阻燃的基本原理都是相同的。主要包括吸热冷却、气相稀释、形成隔热层和终止自由基链反应,前3种为物理效应,后一种为化学效应。多数纤维素织物在300ºC以下发生分解,经过阻燃整理后,并不是就不发生燃烧或不会造成损伤,只是在不同程度上降低了其可燃性,或离开火源后会停止燃烧。
1.2织物的阻燃整理方法
纤维素织物阻燃整理通过吸附沉积、化学键合等作用在织物上,常见的方法有以下3种:
(1)简单浸渍法:将阻燃剂配制成一定浓度的溶液,把织物浸渍在阻燃剂溶液中一定时间后脱水干燥,干燥温度一般不超过100ºC。阻燃剂可以是单一的,也可以是复配的,溶剂大多为水。该法多用于暂时性或半耐久性阻燃整理。
(2)浸轧一焙烘法:将织物浸渍在盛有阻燃剂溶液的设备中,连续浸轧直至达到要求,先预烘、焙烘,然后干燥。在预烘和焙烘过程中,阻燃剂和纤维素发生反应或使其在织物内交联,焙烘温度和时间起着重要作用。该法多用于半耐久性和耐久性阻燃整理。
(3)涂覆法:阻燃剂需要借助于胶粘剂,靠其粘合作=用附着于织物上。方法简单、阻燃剂用量少,但仅织物的表面阻燃,达不到很高的阻燃要求,适于不能用全浴浸渍法的织物,如窗帘、地毯等。该方法多用于暂时性阻燃整理。
1.3阻燃剂的分类
阻燃剂分类方式很多,根据不同的划分标准可将阻燃剂分为以下3类:
按所含阻燃元素分为:卤系、磷系、硼系、硫系、硅系和氮系等J,其中卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的阻燃剂之一;按组分不同分为:无机盐类阻燃剂、有机阻燃剂和有机、无机混合阻燃剂3种,其中无机阻燃剂包括无机水合金属化合物阻燃剂、锑系阻燃剂、硅系阻燃剂和无机磷系阻燃剂等,有机阻燃剂主要包括卤系阻燃剂、磷系阻燃剂等;
③按使用方法和在聚合物中存在形态分为:添加型和反应型两大类阻燃剂,其中添加型以无机阻燃剂为主,反应型以有机阻燃剂为主。
1.4各类阻燃剂的阻燃特性
1.4.1无机阻燃剂的特性
(1)红磷是应用最为广泛和研究最多的阻燃剂之一,它以较低浓度使大多高聚物具有很好的阻燃性能、处理过程稳定,但易产生有毒气体磷化氢且其粉尘易爆炸;
(2)硼系阻燃剂主要是以硼酸锌为主,该阻燃剂可明显提高制品耐火性、具有优良的阻燃和抑烟性能,使物品燃烧时散发出较少地有毒、有害气体;
(3)锑系阻燃剂中三氧化二锑是主要产品,用于塑料制品和纺织物的阻燃,也可用于橡胶、木材等的阻燃处理;(4)无机水合金属类阻燃剂主要有氢氧化镁、氢氧化铝、水滑石等J,这类物质具有热稳定性好、无毒、不产生腐蚀性气体、发烟量小等优点。
1.4.2有机阻燃剂的特性
(1)卤系阻燃剂在受热时分解产生卤化氢气体,通过吸热降温、气相稀释和自由基机理实现阻燃的目的;
(2)磷系阻燃剂主要是以添加型为主,按凝聚相阻燃机理进行阻燃。有机磷系阻燃剂的研究主要包括磷酸酯、有机磷酸盐、氧化磷和磷杂环化合物¨。。。阻燃机理为:磷化合物在加热初期,生成具有脱水作用的挥发性酸,使纤维碳化达到阻燃效果。适合用于纤维素纤维的阻燃整理。其中,有机磷阻燃剂用于织物整理时有良好的耐洗性和阻燃耐久性,但其存在着容易使织物变色和有毒等问题。(3)氮系阻燃剂主要包括:双氰胺、联二脲、胍类化合物、三聚氰胺及其盐类,其主要优点是无卤、低烟、低毒,对热和紫外线较稳定,阻燃效率好且价格低廉。氮系阻燃剂在吸热后分解产生不燃性气体,如NH32N2、NO、CO2等。
2亚麻织物阻燃整理的研究现状
亚麻起源于近东、地中海沿岸。早在5000多年前,人们就开始栽培亚麻并用其纤维纺织成衣料。纤维型亚麻是1906年从日本引入我国的,主要分布在黑龙江和吉林两省。亚麻纤维具有拉力强、柔软、导电弱、吸水散水快等特点,用于制作高级衣料、装饰织物、桌布和汽车用品等u5,J。在大量开发、应用亚麻织物的同时,寻求有效地预防和控制其燃烧方法迫在眉睫。我国纤维素织物阻燃整理始于20世纪50年代,当时的织物就用硼砂、硼酸、磷酸铵等进行阻燃处理。
2.1亚麻织物的燃烧机理
亚麻纤维属纤维素纤维,纤维素纤维热裂解的关键是燃烧,裂解产物中的可燃性气体和挥发性液体会成为有焰燃烧的燃料,燃烧后产生大量的热,作用于纤维素使其继续循环裂解。
2.2亚麻阻燃整理的分类
亚麻织物按整理后的耐久程度,可划分为暂时陛(不耐洗涤)、半耐久性和耐久性阻燃整理。虽然这种划分界限不够确切,尤其是在区分半耐久性和耐久性阻燃整理方面,当阻燃工艺改变时,可由半耐久性转成耐久性阻燃整理。但为了叙述方便,仍按照这种分类方法讨论。2.2.1暂时性(不耐洗涤)阻燃整理
暂时性阻燃整理即整理后织物遇水即失去其阻燃性。它们通常为无机酸及其盐类,或者是两者的混和物。用无机水溶性阻燃剂溶液处理织物后,经干燥后得成品。干燥过程必须小心进行,干燥过快可能引起阻燃剂在织物表面结晶,温度过高又会引起阻燃剂分解从而降低阻燃性能。无机硼化物作为非永久性整理剂,处理织物也很方便,即织物经浸渍、烘干即可使用。续燃时间、阴燃时间和损毁长度都可达到要求,而且经济、无毒,对一些少洗或不洗的织物都可用其进行处理。如早期采用的阻燃剂多为30%硼酸和70%硼砂的混和物,对织物进行阻燃整理后阻燃效果很好。因此,硼砂、硼酸、硼酸盐等无机硼系阻燃剂迄今为止仍在庞大的阻燃剂市场中占有一席之地。
2.2.2半耐久性及耐久性阻燃整理
半耐久性及耐久性阻燃整理都是通过纤维素中的羟基与阻燃剂分子中的基团进行反应,使阻燃剂分子牢牢地固定在纤维素分子内;或者织物经带有热塑性树脂的阻燃剂处理后发生聚合反应,阻燃剂被固结于纤维间。与半耐久性阻燃整理相比较,耐久性阻燃整理所需要达到的耐干洗和水洗至少要在50次以上。
半耐久性阻燃整理主要是采用磷酸一尿素法,经浸轧、烘焙工艺,阻燃性好,且有一定的耐洗性,但强度损失太大。关于亚麻织物的耐久性阻燃处理,与棉织物的耐久性阻燃整理类似。但亚麻织物与棉织物性质上有差异,所达到的阻燃程度不同。
磷系阻燃剂是阻燃剂中最重要的一种,利用亚磷酸二甲酯与丙烯酰胺在醇钠的作用下缩合,再经甲醛羟甲基化而成的阻燃剂具有阻燃效果好、工艺简单、产品耐水洗、手感较好,而得到了广泛的应用。但是它封闭了纤维素中的羟基,虽然可以使织物的阻燃性持久,但是织物的强度、吸湿性明显下降,且甲醛含量较高。
多聚磷酸铵(APP)属于无机磷系阻燃剂,受热后生成强脱水剂聚磷酸,它可以促使有机物表面形成膨胀炭层,隔绝空气而起到阻燃作用¨。APP阻燃效果好、成本低、无毒无味,其热分解后不产生有毒气体,符合当前阻燃剂无卤环保的发展趋势,但在织物中的应用还比较少。
生物整理剂主要是采用天然物质,如甲壳素等,有一定活性基团,与合成的中间体形成磷、氮系的阻燃剂,从而可以提高织物的阻燃性能。由于壳聚糖本身具有抗皱的性能,使得合成的新型整理剂,兼备了阻燃与抗皱的性能。这种整理剂来自于天然、成本低廉,对环境和人体都没有污染。
3结语
织物的阻燃功能对消除火灾隐患、延缓火势蔓延、降低人民生命财产损失极为重要。采用阻燃技术是提高防火安全水平、减少火灾损失的战略性措施之一。并且越来越严格的阻燃标准和环保法规的实施,使阻燃材料必须同时满足这两方面的要求。新型阻燃技术可使一些与人们息息相关的产品提高安全性,不会对人类健康和生态环境造成影响。因此,国内外十分重视对织物新型阻燃整理的研究,要求织物不但要具有良好的阻燃性能,而且要绿色环保。目前针对亚麻织物后整理工艺包括阻燃整理工艺的研究报导不是很多,而无毒、无卤、低烟、对环境冲击最小且具有最佳阻燃性能的新型阻燃剂体系是今后阻燃剂发展的重要研究方向。参考文献
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