涤棉阻燃面料的阻燃整理

早在三十年代,人们已充分认识到无论是军用纺织品还是民用纺织物的阻燃性能的重要性,至九十年代初,国内外单一纤维织物(如纯棉织物、纯涤纶织物等)的阻燃整理已经相当成熟。但是,简单地将单一纤维织物的阻燃整理剂应用于涤棉混纺织物不一定能获得良好的阻燃效果。国内在这方面的研究还不十分成熟。为了满足市场的需求,广西工学院和柳州市床单厂承担了柳州市科委项目,合作研发涤棉混纺织物阻燃产品。主要任务是研制一种阻燃剂,应用于涤棉混纺织物的阻燃整理,生产阻燃高支高密精梳涤棉织物的炼白布、染色布、满地印花布、斜纹台布等。涤棉混纺组份比例为50∶50。

1涤、棉纤维的受热燃烧性质

棉纤维受热到350℃就开始热分解,很容易产生可燃的热解气化物,例如H·、CO等,如有足够的氧存在,就会着火燃烧。棉纤维产生燃烧的限氧指数(LOI值)为18-20%。涤纶纤维是一种热塑性纤维,它的软化温度是238～240℃,熔点是255-260℃,受热到420～447℃开始热分解。涤纶织物在玻璃衬托上的限氧指数是20-22%,在悬挂状态下是25%。涤纶织物在悬挂状态下的燃烧过程是首先发生热收缩,然后产生熔融,再进一步熔融为液滴,滴落到地面,将热能带走,从而产生自熄作用。

涤棉混纺织物的燃烧性,并不等于涤棉各纤维组份燃烧性的相加涤棉织物在燃烧过程中,熔融的涤纶组分覆盖在热解的棉纤维(碳状)表面,而热解棉的碳状态架构阻止了涤纶纤维的热收缩,因而不会自动滴落脱离燃烧的热源。实际上,纤维状的碳状焦碳不仅支托了熔融的涤纶,还会把熔融的涤纶体芯吸到燃烧的热源中,增加了着火区中燃料的供应,这种情况,人们称之为“骨架”效应。正由于这种“骨架”作用,使涤棉混纺织物的燃烧性远比人们预想的要强烈得多。

涤棉混纺织物和其他燃料一样,在热裂解时可与空气中的氧产生反应,并通过歧化反应:

H·+O2→HO·+O·(1)

O·+H2→HO·+H·(2)

使得燃烧蔓延。在燃烧的火焰中,主要的放热反应是:

HO·+CO→CO2+H·(3)

从而提供了保持燃烧所需的大部分热量。因此,要实现阻燃目的,必须要强烈抑制歧化反应(1)和(2)的进行。

2阻燃机理和整理方法

2.1阻燃机理

纺织物经过阻燃整理后,并不是说织物遇到火源不产生燃烧,而是其可燃性降低了,即遇火不容易燃烧,火焰不蔓延或蔓延速度低,当织物离开火源后能很快自熄,不再继续燃烧或阴燃。阻燃机理的复杂性和多样性已被公认,随着使用的阻燃剂种类的不同,其阻燃机理是有所区别的,迄今尚未建立对各方面都适用的阻

燃理论

[2]

,但概括起来有四种理论:覆盖论、气相论、热论和催化脱水论。

在气相阻燃机理中,气相燃烧反应的速度与燃烧过程中产生的自由基HO·和H·的浓度有密切关系,

气相阻燃剂的作用主要是将这类高能量的自由基转化成稳定的自由基,抑制燃烧过程的进行,达到阻燃目的。

卤素(溴)衍生物的阻燃作用被认为是按气相机理进行

[3]

。当含溴阻燃剂MBr受热时首先释放出溴游离基:

MBr→M+Br·(4)

或是释放出溴化氢HBr:

MBr→M+HBr

(5)

溴游离基Br·与织物燃烧时释放出的可燃性气体RH反应生成不燃烧性气体溴化氢:

Br·+RH→R·+HBr

(6)

溴化氢可有效地抑制歧化反应(1)和主要的放热反应(3),所以溴化氢是真正的火焰抑制剂:

H·+HBr→H2+Br·(7)

HO·+HBr→H2O+H·(8)

反应(7)比反应(8)快两倍

[3]

,而且在火焰前沿H2/HO·的比值高,表明反应(7)是抑制燃烧的主要反

应。在此情况下,反应(7)和反应(1)相互竞争,结果是活性H·被消耗了,而活性H·的被消耗决定了抑制效应。反应(8)和反应(3)也相互竞争,活性HO·也被消耗,从而也抑制了在燃烧中热量的产生,使得燃烧被进一步阻止。

在卤素(溴)的衍生化合物中加入三氧化二锑,可以增强阻燃作用。三氧化二锑本身没有阻燃作用,但是,

它与含溴的衍生化合物共同受热时,可产生如下反应:

Sb2O3+6HBr→SbBr3+3H2O(9)

SbBr3+3H·→Sb+3HBr(10)

SbBr3+H2O→SbOBr+2HBr(11)

SbOBr+H·→SbO+HBr(12)

SbO+H·→SbOH(13)

由此可见,活性H·被大量消耗的同时,还产生了大量的火焰抑制剂HBr

,从而起到更有效的阻燃作用。

2.2涤棉混纺织物阻燃整理的几种方法

由于涤棉混纺织物的阻燃整理难度远大于单一纤维织物,有人主张使用已具有阻燃性能的改性涤纶纤维(例如Trevira CS或Toyobo GH)与棉纤维混纺,再对其织物利用棉型阻燃剂进行处理,可获得较好的阻燃效果,而且耐洗性能好。但是,这种改性的涤纶纤维价格比一般的涤纶纤维贵,因此以这种方法生产的涤棉混纺织物的阻燃产品并不多见。

浸轧烘焙整理是一种很普遍的后整理方法,它是将阻燃剂工作液浸轧到织物上,经烘焙处理使阻燃剂粘

结于织物上而获得阻燃效果。本文采用此后整理方法对涤棉混纺织物进行阻燃整理。

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