阻燃整理
2、阻燃纺织品(Flame resistance textile):纺织品被置 于火源时,它可被点燃或不被点燃。一旦点燃后移去火源, 即能停止燃烧,或焖烧(smoulder—无焰燃烧—阴燃)一 会儿,再自熄(self--extinguish)。
3、可燃纺织品(Flamenable textile):纺织品被置于 火源时,即被点燃。并发生燃烧至烧尽。
2001年5月16日,广州市的一所寄宿学校发生火灾,造成8名 正在准备高考的学生死亡,25人受伤。这是自1999年发生夏 令营火灾并造成19名儿童死亡以来发生的另一起校园火灾惨剧。 火灾是未熄的烟头引燃了一间休息室的沙发后引起的
2002年12月1日晚,位于南京老虎桥附近的南大成教院 宿舍楼电线老化引起发生大火,宿舍内的学生衣物等贵 重物品均被付之一炬,损失惨重。
表1 纤维素纤维热裂解产物
Madorsky及其合作者提出: “热裂解和脱水同时发生”机理,解释纤维素的热裂解反 应,认为: (1)C—O键C—C键不稳定,纤维素受热时,C5-C-, C1-O和C4-O键发生断裂,使一部分纤维素完全破坏生 成H2O,CO,CO2和C; (2)纤维素分子中的配醇键任意裂解,生成左旋葡萄糖, 左旋葡萄糖进一步分解为易挥发物质,引起火焰。 可燃气体是通过两条途径生成的。
c. 低烟、低毒性物质(smoke level and low toxicity level of combustion products ),阻燃剂本身及燃烧时产生的烟雾无毒 或低毒
d. 耐久的阻燃性
(2)阻燃整理后纺织品性能保持不变——物理机械性能,织物 外观等 (3)阻燃剂耐碱水解,耐水洗及干洗 (4)加工方便、污染少、价格低、无需特殊设备
基质在外部热量作用下,受热裂解,产生可 燃性气体(ΔH2),其中一部分气体与空气中的氧 结 合 而 呈 火 焰 燃 烧 ( ΔH1 ) , 余 下 的 可 燃 气 体 (ΔH2-ΔH1)随催化剂在剩余氧的作用下继续燃 烧。火焰产生的燃烧热(ΔH1),一部分不断提供 于基质,促使基质加热裂解,形成循环;另一部 分热量扩散周围环境中。因此材料热分解的难易 程度,即热分解发生的最低温度、气体化合物的 特性和质量都决定了材料的燃烧性。
纺织品的燃烧一般分为四个阶段
图1聚合物燃烧过程示意图
(1)加热(heating)―― 热量从火源传递到织物
(2)热裂解(pyrolysis) ――织物受热开始分解
(3)挥发(volatiligation) ――热分解化合物的扩散 及对流 (4)氧化(oxidigation) ――热分解产物与大气中 的氧发生反应(产生光和 热)
90年代至今 开发了高性能阻燃纤维如芳香聚酰胺 Nomex 、Kevlar 、 阻燃黏胶纤维、碳纤维、预氧丝 、新型阻燃剂。
三、有关阻燃纺织品的术语
1、防火纺织品(Fire resistance textile):纺织品被置 于温度为600℃的火源时,仍能保持原状而不被点燃, 纺织品不失其原有性能。
2002年11月6日,西安联合大学学生宿舍失火,原因为使用 电炉做饭,明火点燃地上报纸造成火灾。
2001年12月17日深夜,四川大学东区一座学生宿舍楼发生 火灾。一研究生寝室内电脑、电视等所有物品全遭焚毁。
2001年12月17日,四川大学一研究生宿舍发生火灾, 失火原因为台灯使用时间过长引燃床单。
第一节、概况
1912年 Perkin在纤维内沉积SnO2,得到了耐久的防火 效果。 第一、二次大战期间,美、英、德、日规定禁止出售按 DOCFF-3-71 垂直法阻燃试验不合格的产品(碳长 <7in 耐洗50次)
1975年 美、日为7-12岁儿童睡衣规定了标准 DOCPFF-5-13法(耐洗50次 上法测试)
Tovey指出 “尽管纺织品的着火是由于人们对热 源的使用或材料的点火不当而引起的,但这并 不能推卸纺织工业生产可燃性纺织品的责任。” 因此,研究纤维制品的可燃性,是科技工作者 面临的重要问题之一。
◆特殊作业环境要求阻燃防护纺织品 ; ◆强制性法规要求特殊场所使用阻燃纺织品。
(三)阻燃纺织品的开发途径 1、采用阻燃纤维织制阻燃纺织品 2、采用后整理手段制备阻燃纺织品
到1989年为止,约20%的住宅火灾是由纺织品引起的 (即纺织品是首先被引燃的材料),50%以上的死亡是 由这些(纺织品)火灾造成的。
1989年通过法律强制实施在英国国内市场销售阻燃装潢型家具。
2、日本的一项火灾调查显示: 起始着火物为纺织品的占37%。
3、美国20世纪90年代平均每年死于火灾的人数是 4600多人;平均每10万人口的火灾死亡数美国是1.77 人,日本是1.66人;
阻燃剂整理 80-307.25℃ 7.406% 305-382.63℃ 39.825% 382.63-701℃ 16.362%
经阻燃整理的纤维素纤维在初始和主要裂解阶段,失 重率明显低于未整理纤维,说明可燃气体释放量显著 减少。残渣阶段 释放CO2和水。纤维素裂解产生近 50个裂解底物,其中28个裂解底物已被鉴定,被认为 已鉴定的底物中,绝大部分为可燃性挥发化合物。
图2 纤维素纤维分解燃烧模型图
从纺织品燃烧的四个阶段分析,控制每个阶段都 有可能使其停止燃烧:
(1)去除热源或冷却基质,使织物达不到裂解温度。
(2)选择既不分解又不挥发的稳定的基质;或改变基 质的热分解历程,显著减少可燃性气体的生成量。
(3)降低燃烧区内氧气浓度以终止氧化。
(4)干扰火焰的燃烧反应,减少燃烧产生的热量
第二节 纺织品燃烧机理
Flame Mechanism
纺织品的热裂解及燃烧
燃烧包括:裂解和燃烧两个过程
纺织品无蒸气压,在燃烧前,必然先发生分解, 生成挥发性的可燃性气体(volatile combustible),再与氧反应发生燃烧。
纺织材料分解温度和热裂解产物决定于材料的组成。 不同的高聚物具有不同的热分解温度和产物,因此燃 烧机理和燃烧性能不同。
(四)阻燃纺织品的应用领域
1、军事上 军用个体防护的战训服; 军用集体防护的掩体; 武器的罩衣等。
2、产业上 消防员防护服、炼钢工作服、焊接工作服、医用 防护服等; 篷盖布、建筑纺织品、交通工具的装饰纺织品、 影剧院、宾馆等公共场所的纺织品都需要阻燃。 医院学校
3、家居生活 家庭装饰纺织品、服装; 我国对家庭用 装饰纺织品还没有防火的强制要 求,国外有些国家对装饰纺织品和儿童、老人 的家居服有防火要求的规定。
棉纤维的热裂解反应
纤维素分子结构
棉纤维是以1.4苷键相连的右旋葡萄糖所组成的大分 子,每个葡萄糖上有两个仲羟基和一个伯羟基,其热 裂解反应一般为:
纤维素高分子 → 降解成纤维素低分子 → 分解为左旋 葡萄糖 → 分解小分子有机化合物(包括可燃性气体)
纤维素分解成可燃气体的必由之路是先生成左旋葡萄 糖
初始裂解阶段到主要裂解阶段,其实质就是从 纤ຫໍສະໝຸດ 无定形部分到结晶区的逐步裂解的过程。
纤维素热分析及热裂解研究结果
未整理 初始裂解阶段 裂解温度 80-320.75℃
失 重 15.792% 主要裂解阶段 裂解温度 368-431℃
失 重 71.982% 残渣裂解阶段 裂解温度 429.88-701℃
失 重 6.502%
3、我国火灾调查显示:平均每年发生的火灾次数 为3—4万起,死亡人数2—3千人/年,火灾损 失折合人民币2—3亿。起始着火物纺织品占有很大 比例.
(二)研发阻燃纺织品的重要性:
◆防火:现代化大城市人口密集、高层与地下建筑越 来越多,灭火工作难度很大,为减少火灾发生及降 低火灾危害,包括阻燃纺织品在内的阻燃系列产品 的开发被提上日程,对纺织材料进行阻燃整理显得 更为重要。
织物阻燃整理
(flame retardant finishing)
第一节、概况
上海2010.11.15高层起火,10人死,消防员3人牺牲
2005.2.15吉林燎原中心医院火 灾
11月5日,吉林市商业大厦发生火灾,造成19人死亡,24人受 伤,家电、服装、鞋帽、家具大多化为灰烬。
云南省中心学校——21人死2人伤 1997年5月23日凌晨3时许,云南省富宁县洞波乡中心学校 学生侯应香在床上蚊帐内点蜡烛看书,不慎碰倒蜡烛引燃蚊帐 和衣物引起火灾。火灾损失烧死学生21人,伤2人, 烧毁宿舍 24平方米,直接经济损失1.5万元。
主要裂解阶段: 裂解温度:370-430℃ 主要裂解阶段发生区域:纤维的结晶区。 主要分解产物: 左旋葡萄糖; 纤维的变化:大部分失重在此阶段发生,这阶段的 失重速度快,失重率约为70%。 实测所得主要裂解阶段的活化能为50Kcal/mol左右 。
残渣裂解阶段: 裂解温度:高于430℃ 。 纤维素的残留部分脱水、脱羧,放出H2O和 CO2等,C/H比不断上升,残渣中含炭量越来 越高。
无定形部分纤维素的裂解又可分为两个子过程: (1)第一初始裂解过程――纤维素大分子上的甙键断 裂,发生转甙作用,生成跨环的桥键。 (2)第二初始裂解过程――第一葡萄糖单元变为左旋 葡萄糖,从大分子上断裂下来,接下来重复第二初始 裂解过程,不断产生左旋葡萄糖。 纤维的变化:物理性能有很小变化及少量失重,约在 14%以内;纤维素的D.P.开始时下降很快,然后趋向 于一稳定值150-400 。
阻燃整理纺织品的要求:
(1)燃烧性 a . max char length:(┸条法)<7in (17.8cm)。炭 长指试样在点燃后一定时间,试样原长与燃烧后未燃 着长度之差
b. Oxygen Index : LOI 大于27(26) (limiting oxygen index)。在一定试验条件下使纺织品维持燃 烧所需的最少含氧量(%)
1982年 美国规定1982年12月31日以后新出售的家具布 均需通过“一支烟”试验(一根香烟点完后,烧焦距离 不大于50.8mm)
当今,欧、美、日本等国,把纺织品的阻燃整理集中 于下列织物:产业用布、装饰用布,劳保用布,床单 布,家具布,老人、儿童睡衣。