纺织纤维大多是有机高分子化合物,达到一定温度时会由于剧烈氧化而发生燃烧。由纺织品的燃烧引起的火灾时有发生,因此大大促进了纺织行业对纺织品的阻燃(俗称防火)整理(flame checking)的研究,竞相开发阻燃产品。多年来,阻燃整理一直是纺织品的特种整理中的一个热门话题。
经过阻燃整理的纺织品,并非是其接触火源而不会燃烧,只不过是其可燃性受到抑制,当它着火离开火源后,具有抑制火焰蔓延的性能。在阻燃整理中经常会接触到一些专用的术语,应对它们有所了解。
(一)燃烧性能的专用术语
(1)燃烧(combustion):可燃性物质接触火源后产生的氧化放热反应,并伴有有焰的或无焰的燃着或发烟。
(2)点燃温度(ignition temperature;俗称着火点):在规定的试验条件下,使材料开始持续燃烧的最低温度。
(3)有焰燃烧(flame):伴有发光现象的气相燃烧。
(4)发烟燃烧(fuming combustion):一种无光但有烟雾出现的缓慢燃烧现象。
(5)余燃(residual combustion):燃着物质离开火源后仍有持续有焰燃烧。
(6)阴燃(afterglow):燃着物质离开火源后仍有持续无焰燃烧。
(7)热解(pyrolysis):材料在无氧化的高温下所发生的不可逆化学分解。
(8)炭化(carbonization):材料在热解或不完全燃烧过程中,形成炭质残渣的过程。
(9)阻燃(flame retardant):某种材料所具有的防止、减慢或终止有焰燃烧的特性。
(10)损毁长度(damaged length;俗称炭长):在规定试验条件下,材料损毁面积在指定方向的最大长度。
(11)极限氧指数(LOI;limiting oxygen index):在规定试验条件下,使材料保持燃烧状态所需氮氧混合气体中氧的最低浓度。
在上述术语中,点燃温度(着火点)表示材料着火的难易;材料的极限氧指数,和在一定条件下的余燃、阴燃和损毁长度(炭长)反映其燃烧性能。
(二)纤维的燃烧性能(combustibility of fibre)
可燃性纤维着火燃烧过程中,首先是受热水分蒸发、升温,然后产生热分解,形成可燃性物质与空气混合而着火燃烧。不同纤维由于其化学结构以及物理状态的差异,燃烧的难易程度也不相同。常见纤维的燃烧特性见表5-3 。
表5-3 常见纤维的燃烧特性
着火点和极限氧指数越低的纤维越容易燃烧,纤维素纤维与蛋白质纤维相比,前者更易燃烧。除了纤维的性能外,影响织物燃烧的因素还有织物的组织结构、织物的含湿量、环境温度、空气压强和空气的流动等。在纤维相同的条件下,织物的组织结构越紧密厚重越不易燃烧;织物的含湿量高就不易着火,反之,干燥的织物容易燃烧;环境温度高会加速燃烧;空气压强高或适当的风速增加了氧气的流量,会加快燃烧的进程。
(三)阻燃理论
阻燃织物的燃烧过程随着纺织材料和阻燃剂的不同而变化,有关的理论解释有很多,但最常用的阻燃理论主要有催化脱水论、气体论、覆盖论和热论以及协同阻燃效应。(www.xing528.com)
1.催化脱水论(catalytic dewatering theory) 阻燃剂的作用是改变纤维的热裂解过程,促进纤维材料的催化脱水炭化,使纤维素分子链在断裂前发生迅速而大量的脱水,使可燃性气体和挥发性液体量大大减少,而使难燃性固体炭量大大增加,有焰燃烧得到抑制。如含磷阻燃剂在高温下生成磷酸,酸的催化脱水阻止左旋葡萄糖的形成,减少了热分解可燃性气体量,另外也增强其脱水炭化能力,增加固体炭量,才能有效阻止有焰燃烧。
2.覆盖论(coverage theory) 有些阻燃剂在一定温度下是稳定的不会分解的,但在较高的温度条件下,阻燃剂可分解成不燃性气体等覆盖在纤维的表面,隔绝氧气和阻止可燃性气体向外扩散,从而达到阻燃的目的。如以硼砂—硼酸与氯化镁组成的混合阻燃剂的阻燃过程为:
H3BO3熔融成玻璃层,黏附于纤维表面阻隔气体。
Na2B4O7+MgCl2 不溶并不燃性的硼酸镁沉积于纤维表面,产生阻燃作用。
3.气体论(gas theory) 阻燃剂在一定温度下分解出不燃性气体将可燃性气体冲淡到能产生火焰的浓度以下,如阻燃剂中分解出来的二氧化碳、氯化氢和水等;或者阻燃剂分解出游离基转移体,与促进织物燃烧的活泼性较高的游离基反应,从而阻止了这些游离基反应的进行,因而具有阻燃作用。例如,以溴化烃作阻燃剂时:
式中:·H——促进织物燃烧的活泼性较高的游离基;
R·——一种比较不活泼的游离基。
4.热论(heat theory) 阻燃剂在高温下产生吸热变化(如熔融、升华),从而降低燃烧织物的温度,阻止火焰的蔓延,如:
另一种解释是使纤维迅速散热,从而使织物达不到燃烧温度。
5.协同阻燃效应(synergistic effect of flame retardant) 纺织品的阻燃整理常常由阻燃剂的综合作用来完成。含有两种以上阻燃元素的整理剂整理的织物所具有的阻燃能力,往往比使用一种阻燃元素的阻燃能力强得多,这种效应叫协同阻燃效应。如磷—氮类协同效应,卤素—锑类协同效应等。
(四)阻燃剂及其应用工艺
阻燃剂按其属性分类,有无机类阻燃剂(如金属氧化物、卤化物、硼砂和磷酸盐等)和有机类阻燃剂(如四羟甲基氯化和氯化腈等膨胀型阻燃剂是一种以氮、磷为主要组成的复合阻燃剂,不含卤素,也不用氧化锑协同剂,其体系自身具有协同作用,受热时发泡膨胀,起到隔热、隔氧、抑烟、防滴等功效,具有优良的阻燃性能,且低烟、低毒、无腐蚀性气体,具有较好的应用前景)。经阻燃整理的纺织品按耐洗牢度,可分为非耐久性阻燃剂整理品(不耐水洗,如用于无机盐沉积处理),半耐久性阻燃剂整理品(能耐1 ~15 次的温和水洗,但不耐高温皂洗,如络合阻燃处理)和耐久性阻燃剂整理品(能耐50 次以上水洗,而且耐皂洗,如有机磷阻燃处理)。
例1:
织物在室温条件下浸渍脱水,或喷雾或涂刷后烘干即可,控制增重率10%~15%,即有优良的阻燃效果。
例2:
二浸二轧(轧余率70%左右)→拉幅烘干→焙烘(175℃,3min)→水洗→烘干。
到目前为止,纺织品的阻燃整理技术已比较成熟,但还不完善。在阻燃加工中常要施加较多的固体物质,织物的增重率很高,在获得阻燃功能的同时也影响了其他的服用性能,加上人们对环境和纺织品安全的要求越来越高,有些阻燃剂被禁用。因此,新的阻燃剂和阻燃整理技术仍会被不断地研究。
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