滌棉阻燃面料的阻燃整理
滌棉阻燃面料的阻燃整理
早在三十年代,人們已充分認識到無論是軍用紡織品還是民用紡織物的阻燃性能的重要性,至九十年代初,國內外單一纖維織物(如純棉織物、純滌綸織物等)的阻燃整理已經相當成熟。但是,簡單地將單一纖維織物的阻燃整理劑應用于滌棉混紡織物不一定能獲得良好的阻燃效果。國內在這方面的研究還不十分成熟。為了滿足市場的需求,廣西工學院和柳州市床單廠承擔了柳州市科委項目,合作研發滌棉混紡織物阻燃產品。主要任務是研制一種阻燃劑,應用于滌棉混紡織物的阻燃整理,生產阻燃高支高密精梳滌棉織物的煉白布、染色布、滿地印花布、斜紋臺布等。滌棉混紡組份比例為50∶50。
1滌、棉纖維的受熱燃燒性質
棉纖維受熱到350℃就開始熱分解,很容易產生可燃的熱解氣化物,例如H·、CO等,如有足夠的氧存在,就會著火燃燒。棉纖維產生燃燒的限氧指數(LOI值)為18-20%。滌綸纖維是一種熱塑性纖維,它的軟化溫度是238～240℃,熔點是255-260℃,受熱到420～447℃開始熱分解。滌綸織物在玻璃襯托上的限氧指數是20-22%,在懸掛狀態下是25%。滌綸織物在懸掛狀態下的燃燒過程是首先發生熱收縮,然后產生熔融,再進一步熔融為液滴,滴落到地面,將熱能帶走,從而產生自熄作用。
滌棉混紡織物的燃燒性,并不等于滌棉各纖維組份燃燒性的相加滌棉織物在燃燒過程中,熔融的滌綸組分覆蓋在熱解的棉纖維(碳狀)表面,而熱解棉的碳狀態架構阻止了滌綸纖維的熱收縮,因而不會自動滴落脫離燃燒的熱源。實際上,纖維狀的碳狀焦碳不僅支托了熔融的滌綸,還會把熔融的滌綸體芯吸到燃燒的熱源中,增加了著火區中燃料的供應,這種情況,人們稱之為“骨架”效應。正由于這種“骨架”作用,使滌棉混紡織物的燃燒性遠比人們預想的要強烈得多。
滌棉混紡織物和其他燃料一樣,在熱裂解時可與空氣中的氧產生反應,并通過歧化反應:
H·+O2→HO·+O·(1)
O·+H2→HO·+H·(2)
使得燃燒蔓延。在燃燒的火焰中,主要的放熱反應是:
HO·+CO→CO2+H·(3)
從而提供了保持燃燒所需的大部分熱量。因此,要實現阻燃目的,必須要強烈抑制歧化反應(1)和(2)的進行。
2阻燃機理和整理方法
2.1阻燃機理
紡織物經過阻燃整理后,并不是說織物遇到火源不產生燃燒,而是其可燃性降低了,即遇火不容易燃燒,火焰不蔓延或蔓延速度低,當織物離開火源后能很快自熄,不再繼續燃燒或陰燃。阻燃機理的復雜性和多樣性已被公認,隨著使用的阻燃劑種類的不同,其阻燃機理是有所區別的,迄今尚未建立對各方面都適用的阻
燃理論
[2]
,但概括起來有四種理論:覆蓋論、氣相論、熱論和催化脫水論。
在氣相阻燃機理中,氣相燃燒反應的速度與燃燒過程中產生的自由基HO·和H·的濃度有密切關系,
氣相阻燃劑的作用主要是將這類高能量的自由基轉化成穩定的自由基,抑制燃燒過程的進行,達到阻燃目的。
鹵素(溴)衍生物的阻燃作用被認為是按氣相機理進行
[3]
。當含溴阻燃劑MBr受熱時首先釋放出溴游離基:
MBr→M+Br·(4)
或是釋放出溴化氫HBr:
MBr→M+HBr
(5)
溴游離基Br·與織物燃燒時釋放出的可燃性氣體RH反應生成不燃燒性氣體溴化氫:
Br·+RH→R·+HBr
(6)
溴化氫可有效地抑制歧化反應(1)和主要的放熱反應(3),所以溴化氫是真正的火焰抑制劑:
H·+HBr→H2+Br·(7)
HO·+HBr→H2O+H·(8)
反應(7)比反應(8)快兩倍
[3]
,而且在火焰前沿H2/HO·的比值高,表明反應(7)是抑制燃燒的主要反
應。在此情況下,反應(7)和反應(1)相互競爭,結果是活性H·被消耗了,而活性H·的被消耗決定了抑制效應。反應(8)和反應(3)也相互競爭,活性HO·也被消耗,從而也抑制了在燃燒中熱量的產生,使得燃燒被進一步阻止。
在鹵素(溴)的衍生化合物中加入三氧化二銻,可以增強阻燃作用。三氧化二銻本身沒有阻燃作用,但是,
它與含溴的衍生化合物共同受熱時,可產生如下反應:
Sb2O3+6HBr→SbBr3+3H2O(9)
SbBr3+3H·→Sb+3HBr(10)
SbBr3+H2O→SbOBr+2HBr(11)
SbOBr+H·→SbO+HBr(12)
SbO+H·→SbOH(13)
由此可見,活性H·被大量消耗的同時,還產生了大量的火焰抑制劑HBr
,從而起到更有效的阻燃作用。
2.2滌棉混紡織物阻燃整理的幾種方法
由于滌棉混紡織物的阻燃整理難度遠大于單一纖維織物,有人主張使用已具有阻燃性能的改性滌綸纖維(例如Trevira CS或Toyobo GH)與棉纖維混紡,再對其織物利用棉型阻燃劑進行處理,可獲得較好的阻燃效果,而且耐洗性能好。但是,這種改性的滌綸纖維價格比一般的滌綸纖維貴,因此以這種方法生產的滌棉混紡織物的阻燃產品并不多見。
浸軋烘焙整理是一種很普遍的后整理方法,它是將阻燃劑工作液浸軋到織物上,經烘焙處理使阻燃劑粘
結于織物上而獲得阻燃效果。本文采用此后整理方法對滌棉混紡織物進行阻燃整理。
【中國阻燃面料網www.China-Fire-Retardant.com】
