据统计,2008 年1~6 月,全国共发生火灾80 057起(不含森林、草原、军队、矿井地下部分火灾),死亡862 人,受伤332 人,直接财产损失6 亿多元.[1]由纺织品引起的火灾约占火灾总数的1/2 以上,床上用品和室内装饰用纺织品为起火的主要材料.为了阻止火灾发生,除采取防火措施外,还可使用具有阻燃性能的纺织品,以延缓火灾的扩大,使人们有时间撤离或采取措施进行灭火.为此,纺织品燃烧性技术法规逐渐成为各国技术性贸易壁垒的一个重要组成部分.纺织品经过阻燃处理后,能不同程度地降低可燃性,在燃烧过程中可显著延缓其燃烧效率,并在离开火源后能迅速自熄,从而不易燃烧.织物阻燃整理是通过化学键合、化学粘合、吸附沉积及非极性范德华力结合等作用,使阻燃剂固着在纤维和织物上,从而使织物获得阻燃性能的加工过程.[2]阻燃剂的施加方式有纺丝前与聚合物共混后纺丝和后整理等.本文主要论述后整理方式的阻燃整理.
1阻燃机理
大部分学者对阻燃剂阻燃机理的研究都使用了DSC、TGA等热分析手段.差示扫描量热法(DSC)是在程序温度控制下,测量输入到试样和参比材料之间的能量差随温度变化函数的一种技术;热重分析法(TGA)是测量试样在受热或等温过程中质量的变化,从而可以研究或测定在受热过程中发生的伴随有质量变化的反应或物质,它是研究纺织材料热学性质的重要手段.
纤维素纤维的燃烧过程:纤维素纤维织物主要为碳水化合物,受热不熔融,遇火焰后燃烧较快.纤维素受热后产生热裂解,裂解产物为固态物质、液态物质和挥发性气体.纤维的燃烧分为有焰燃烧(续燃)和无焰燃烧(阴燃),续燃主要是纤维素热裂解时产生可燃性气体或挥发性液体的燃烧,而阴燃则主要是碳氧化的固体残渣,续燃所需温度比阴燃要低得多.纤维素的裂解是纤维燃烧的最重要环节,因为裂解将产生大量裂解产物,其中可燃性气体和挥发性液体将作为续燃的燃料.燃料燃烧后产生大量热,又作用于纤维使其继续裂解,使裂解反应循环进行下去.纤维素的裂解是个相当复杂的过程,其中涉及到许多物理、化学变化.一般认为纤维素纤维的裂解反应分两个方向:一个方向是纤维素脱水炭化,产生水、CO2和固体残渣;另一个方向是纤维素通过解聚生成不挥发的液体左旋葡萄糖,而后左旋葡萄糖进一步裂解,产生低分子质量的裂解产物,并形成二次焦炭.在氧的存在下,左旋葡萄糖的裂解产物发生氧化,燃烧产生大量热,又引起更多纤维素发生裂解.这两个反应相互竞争,始终存在于纤维素裂解的整个过程中.
朱平教授[3]应用DSC、TGA、裂解-气质联用等分析手段,分析了阻燃整理过程中棉织物的热裂解产物.研究发现:纤维素纤维的热裂解可分为3 个阶段:初始裂解阶段、主要裂解阶段和残渣裂解阶段.裂解阶段的温度范围分别是80~370.25℃、368~431℃和429.88~701 ℃,失重率分别为15.792%、71.982%和6.502%.而阻燃纤维素3 个裂解阶段的温度范围分别为80~307.25 ℃、305~382.63 ℃和382.63~701 ℃,失重率分别为7.406%、39.825%和16.362%.阻燃棉纤维中阻燃剂对纤维的脱水、炭化有催化作用,阻止了左旋葡萄糖的生成,从而减少了可燃性裂解产物的生成,促使固体残渣量增多.用PY-GC-MS 联用仪研究阻燃及未阻燃织物的裂解产物,在棉纤维的裂解气相色谱图上确认了43 个峰,认定了裂解产物40 种,比国内外文献多了12 种.阻燃棉纤维的裂解产物确认了28 个峰,含裂解产物27 种.阻燃棉纤维的峰数和强峰数比棉纤维减少了许多,检出的裂解产物也大大减少.峰的强弱可以初步判断裂解产物量的多少.强峰数目明显减少,表明挥发性裂解产物减少.在所有裂解产物中,水和CO2是不能燃烧的物质,这类产物在阻燃研究中显得特别重要.醇、醛、酮、呋喃、苯环、酯、醚类均属易燃性物质,这些裂解产物的数量在纤维阻燃前后均有明显的变化.除了呋喃类阻燃前后略有增加外,其他类均有大幅度减少.
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