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據(jù)統(tǒng)計,2008 年1~6 月,全國共發(fā)生火災(zāi)80 057起(不含森林、草原、軍隊、礦井地下部分火災(zāi)),死亡862 人,受傷332 人,直接財產(chǎn)損失6 億多元.[1]由紡織品引起的火災(zāi)約占火災(zāi)總數(shù)的1/2 以上,床上用品和室內(nèi)裝飾用紡織品為起火的主要材料.為了阻止火災(zāi)發(fā)生,除采取防火措施外,還可使用具有阻燃性能的紡織品,以延緩火災(zāi)的擴(kuò)大,使人們有時間撤離或采取措施進(jìn)行滅火.為此,紡織品燃燒性技術(shù)法規(guī)逐漸成為各國技術(shù)性貿(mào)易壁壘的一個重要組成部分.紡織品經(jīng)過阻燃處理后,能不同程度地降低可燃性,在燃燒過程中可顯著延緩其燃燒效率,并在離開火源后能迅速自熄,從而不易燃燒.織物阻燃整理是通過化學(xué)鍵合、化學(xué)粘合、吸附沉積及非極性范德華力結(jié)合等作用,使阻燃劑固著在纖維和織物上,從而使織物獲得阻燃性能的加工過程.[2]阻燃劑的施加方式有紡絲前與聚合物共混后紡絲和后整理等.本文主要論述后整理方式的阻燃整理.

1阻燃機(jī)理

大部分學(xué)者對阻燃劑阻燃機(jī)理的研究都使用了DSC、TGA等熱分析手段.差示掃描量熱法(DSC)是在程序溫度控制下,測量輸入到試樣和參比材料之間的能量差隨溫度變化函數(shù)的一種技術(shù);熱重分析法(TGA)是測量試樣在受熱或等溫過程中質(zhì)量的變化,從而可以研究或測定在受熱過程中發(fā)生的伴隨有質(zhì)量變化的反應(yīng)或物質(zhì),它是研究紡織材料熱學(xué)性質(zhì)的重要手段.

纖維素纖維的燃燒過程:纖維素纖維織物主要為碳水化合物,受熱不熔融,遇火焰后燃燒較快.纖維素受熱后產(chǎn)生熱裂解,裂解產(chǎn)物為固態(tài)物質(zhì)、液態(tài)物質(zhì)和揮發(fā)性氣體.纖維的燃燒分為有焰燃燒(續(xù)燃)和無焰燃燒(陰燃),續(xù)燃主要是纖維素?zé)崃呀鈺r產(chǎn)生可燃性氣體或揮發(fā)性液體的燃燒,而陰燃則主要是碳氧化的固體殘渣,續(xù)燃所需溫度比陰燃要低得多.纖維素的裂解是纖維燃燒的最重要環(huán)節(jié),因為裂解將產(chǎn)生大量裂解產(chǎn)物,其中可燃性氣體和揮發(fā)性液體將作為續(xù)燃的燃料.燃料燃燒后產(chǎn)生大量熱,又作用于纖維使其繼續(xù)裂解,使裂解反應(yīng)循環(huán)進(jìn)行下去.纖維素的裂解是個相當(dāng)復(fù)雜的過程,其中涉及到許多物理、化學(xué)變化.一般認(rèn)為纖維素纖維的裂解反應(yīng)分兩個方向:一個方向是纖維素脫水炭化,產(chǎn)生水、CO2和固體殘渣;另一個方向是纖維素通過解聚生成不揮發(fā)的液體左旋葡萄糖,而后左旋葡萄糖進(jìn)一步裂解,產(chǎn)生低分子質(zhì)量的裂解產(chǎn)物,并形成二次焦炭.在氧的存在下,左旋葡萄糖的裂解產(chǎn)物發(fā)生氧化,燃燒產(chǎn)生大量熱,又引起更多纖維素發(fā)生裂解.這兩個反應(yīng)相互競爭,始終存在于纖維素裂解的整個過程中.

朱平教授[3]應(yīng)用DSC、TGA、裂解-氣質(zhì)聯(lián)用等分析手段,分析了阻燃整理過程中棉織物的熱裂解產(chǎn)物.研究發(fā)現(xiàn):纖維素纖維的熱裂解可分為3 個階段:初始裂解階段、主要裂解階段和殘渣裂解階段.裂解階段的溫度范圍分別是80~370.25℃、368~431℃和429.88~701 ℃,失重率分別為15.792%、71.982%和6.502%.而阻燃纖維素3 個裂解階段的溫度范圍分別為80~307.25 ℃、305~382.63 ℃和382.63~701 ℃,失重率分別為7.406%、39.825%和16.362%.阻燃棉纖維中阻燃劑對纖維的脫水、炭化有催化作用,阻止了左旋葡萄糖的生成,從而減少了可燃性裂解產(chǎn)物的生成,促使固體殘渣量增多.用PY-GC-MS 聯(lián)用儀研究阻燃及未阻燃織物的裂解產(chǎn)物,在棉纖維的裂解氣相色譜圖上確認(rèn)了43 個峰,認(rèn)定了裂解產(chǎn)物40 種,比國內(nèi)外文獻(xiàn)多了12 種.阻燃棉纖維的裂解產(chǎn)物確認(rèn)了28 個峰,含裂解產(chǎn)物27 種.阻燃棉纖維的峰數(shù)和強(qiáng)峰數(shù)比棉纖維減少了許多,檢出的裂解產(chǎn)物也大大減少.峰的強(qiáng)弱可以初步判斷裂解產(chǎn)物量的多少.強(qiáng)峰數(shù)目明顯減少,表明揮發(fā)性裂解產(chǎn)物減少.在所有裂解產(chǎn)物中,水和CO2是不能燃燒的物質(zhì),這類產(chǎn)物在阻燃研究中顯得特別重要.醇、醛、酮、呋喃、苯環(huán)、酯、醚類均屬易燃性物質(zhì),這些裂解產(chǎn)物的數(shù)量在纖維阻燃前后均有明顯的變化.除了呋喃類阻燃前后略有增加外,其他類均有大幅度減少.