染整工藝學(xué)-阻燃整理

1、12第九章第九章 阻燃整理阻燃整理第一節(jié)第一節(jié) 引言引言 纖維制品如服裝、裝飾織物、產(chǎn)業(yè)用布易于引發(fā)火災(zāi)，需要進(jìn)行纖維制品如服裝、裝飾織物、產(chǎn)業(yè)用布易于引發(fā)火災(zāi)，需要進(jìn)行阻燃整理。不同的紡織品有不同的阻燃要求。阻燃整理。不同的紡織品有不同的阻燃要求。 美、英國調(diào)查：近一半的火災(zāi)是由紡織品引起的，德國調(diào)查：約美、英國調(diào)查：近一半的火災(zāi)是由紡織品引起的，德國調(diào)查：約20%是由裝飾布引起的。是由裝飾布引起的。 阻燃產(chǎn)品最初是僅用于軍用特品，繼而用于運(yùn)輸工具、公共場所阻燃產(chǎn)品最初是僅用于軍用特品，繼而用于運(yùn)輸工具、公共場所的裝飾布和工作服，近年來發(fā)達(dá)國家在衣服、家用織物上亦要求的裝飾布和工作服，近年來

2、發(fā)達(dá)國家在衣服、家用織物上亦要求阻燃性。阻燃性。 值得指出的是阻燃整理不能使纖維不燃燒，而是降低其可燃性，值得指出的是阻燃整理不能使纖維不燃燒，而是降低其可燃性，離開火源后能迅速停止燃燒。阻燃是相對的。離開火源后能迅速停止燃燒。阻燃是相對的。3第二節(jié)第二節(jié) 關(guān)于纖維燃燒的分析關(guān)于纖維燃燒的分析4 以指樣品在氮、氧混合氣環(huán)境中保持燭狀燃燒所需的氧氣的最小體積分?jǐn)?shù)。 標(biāo)準(zhǔn)：不燃性：標(biāo)準(zhǔn)：不燃性：LOI 35，難燃性：，難燃性： LOI = 2634 可燃性可燃性 LOI = 2026， 高燃性：高燃性： LOI 20 大氣中大氣中O = 21%（V），因此一般民用纖維都是可燃性纖維。），因此一般民

3、用纖維都是可燃性纖維。 LOILOI：棉：棉 17-1917-19，滌綸，滌綸 20-22 20-22 羊毛羊毛 24-2624-265o化學(xué)組成中的化學(xué)組成中的H含量含量，LOI。 o組成中組成中N含量含量，LOI。o組成中的阻燃元素組成中的阻燃元素Cl、Br、 P、S和和 Sb ，阻燃性，阻燃性。o分子結(jié)構(gòu)剛性好、規(guī)整；結(jié)晶度、取白度高，燃燒性分子結(jié)構(gòu)剛性好、規(guī)整；結(jié)晶度、取白度高，燃燒性。o炭化傾向炭化傾向，燃燒性，燃燒性。6q When solid materials are heated, physical and chemical changes occur at specific

4、 temperatures depending on the chemical make-up of the solid. q Thermoplastic polymers soften at the glass transition temperature (Tg), and subsequently melt at Tm. At some higher temperature (Tp), both thermoplastic and non-thermoplastic solids will chemically decompose (pyrolyze) into lower molecu

5、lar weight fragments. q Chemical changes begin at Tp and continue through the temperature a t which combustion occurs (Tc). These four temperatures are very important when considering the flame resistance of fibers. 7q Another important factor in combustion is the Limiting Oxygen Index (LOI). q This

6、 is the amount of oxygen in the fuel mix needed to support combustion. q The higher the number, the more difficult it is for combustion to occur. Values for these parameters for various fibers are given in Table 22. 89q For non-thermoplastic fibers, Tp and/or Tc is less than Tg and/or Tm, however fo

7、r thermoplastic fibers Tp and/or Tc is greater than Tg and/or Tm.q Natural fibers are not thermoplastic, therefore when they are subjected to a heat source, pyrolysis and combustion temperatures are encountered before softening or melting temperatures are reached and eventually ignite. q On the othe

8、r hand, low melting thermoplastic fibers will melt and drip away from the flame before pyrolysis and combustion temperatures are reached. However if the melt doesnt shrink away from the flame front, pyrolysis and combustion temperatures are eventually reached and ignition will occur.10第三節(jié)第三節(jié) 阻燃機(jī)理阻燃機(jī)

9、理q 覆蓋論覆蓋論：覆蓋保護(hù)作用，阻燃劑如硼砂硼砂/硼酸硼酸在高溫下發(fā)生熔融現(xiàn)象，形成玻璃狀保護(hù)膜，一方面是隔斷外界氧氣進(jìn)入，另一方面一方面是隔斷外界氧氣進(jìn)入，另一方面是阻止可燃性氣體向外界擴(kuò)散，是阻止可燃性氣體向外界擴(kuò)散，達(dá)到對纖維的覆蓋保護(hù)作用。q 氣體論氣體論：阻燃劑在高溫時放出不燃性氣體，將燃燒放出的可燃性阻燃劑在高溫時放出不燃性氣體，將燃燒放出的可燃性氣體沖淡到燃燒濃度以下氣體沖淡到燃燒濃度以下，即具有氣體稀釋作用。不同氣體的稀釋作用如下列順序： N2CO2SO2NH3 。q 吸熱論吸熱論： 阻燃劑在受熱時發(fā)生吸熱反應(yīng)阻燃劑在受熱時發(fā)生吸熱反應(yīng)，如分解、熔融、升華、相變等，使纖維迅速

10、散熱，達(dá)不到燃燒溫度。11q 催化脫水論：催化脫水論：阻燃劑改變纖維的熱裂解歷程改變纖維的熱裂解歷程，發(fā)生脫水，阻止可燃性物質(zhì)產(chǎn)生，固體炭量增加，抑制有焰燃燒。q 熔滴作用熔滴作用：阻燃劑降低熔融溫度，形成熔滴降低熔融溫度，形成熔滴，離開燃燒體系。q 吸收游離基作用吸收游離基作用（氣相阻燃理論）：阻燃劑作為游離基的轉(zhuǎn)移體，使它們失去活性，阻止游離基反應(yīng)的進(jìn)行。鹵化烴有此作用： RX + H HX + R 客觀而言，在實際中，阻燃劑的阻燃作用是多種機(jī)理的復(fù)合作用。 其中覆蓋論、氣體論、吸熱論和催化脫水論通常適用于纖維素纖維織物，而熔滴作用和吸收游離基作用通常適用于合成纖維織物。 12第四節(jié)第四節(jié)

11、 纖維素纖維織物的阻燃整理纖維素纖維織物的阻燃整理v 纖維素的燃燒過程（COMBUSTION OF CELLULOSE） When cellulose fibers are heated, three classes of volatile chemicals are generated at pyrolysis temperature, 350C, oflammable volatiles（可燃性揮發(fā)物）（可燃性揮發(fā)物）, e.g., alcohols, aldehydes and alkanes, oflammable gases（可燃性氣體）（可燃性氣體）, e.g., carbon m

12、onoxide, ethylene and methane。onon-flammable gases （可燃性氣體）（可燃性氣體）, e.g., carbon dioxide and water vapor. If oxygen is present when the pyrolysis products reach or exceed the combustion temperature, oxidation takes place (burning) and the volatiles are converted to carbon dioxide and water as shown i

13、n figure 64. 1314 Levoglucosan（左旋葡聚糖）, shown in figure 65. is the major product formed by the pyrolysis of cellulose. It is the cyclic acetal（乙縮醛）created when the alpha-1,4-glucosidic（甙） linkage is split, and a molecule of water is lost between the C(1) and C(6) hydroxyls of the anhydroglucose （葡萄糖）

14、unit.15v 常用阻燃劑及其工藝常用阻燃劑及其工藝o硼砂硼砂/硼酸或磷酸二氫銨混合物硼酸或磷酸二氫銨混合物 非耐久性阻燃劑，價廉、效果好，用于窗簾等不常洗織物。 可用浸軋、噴霧、涂刷等方法應(yīng)用。Boric acid (H3BO3) /borax (Na2B4O7) are often used as non-durable flame retardants in applications such as cellulose fibers for insulation. Boron functions in the condensed phase as a lewis acid and as

15、 mentioned earlier, coats the fiber with a glassy polymer to insulate the polymer. . o金屬氧化物或氯化物金屬氧化物或氯化物 常用銻、鈦的氧化物或鹵化物，銻、鈦的氧化物或鹵化物，處理纖維后經(jīng)水解生成氫氧化銻或鈦沉積在纖維表面，作為纖維素的脫水劑作為纖維素的脫水劑，纖維燃燒時生成較多的固體炭，揮發(fā)性物質(zhì)減少，是一種半耐久性阻燃劑是一種半耐久性阻燃劑（經(jīng)15次溫和洗滌），可用浸漬法加工，加工織物手感粗硬，強(qiáng)力下降30%左右。 16o磷酸及其鹽類磷酸及其鹽類 常用磷酸、磷酸氫二胺、磷酸二氫胺和聚磷酸胺，磷酸、磷酸氫二

16、胺、磷酸二氫胺和聚磷酸胺，由于它們與纖維素反應(yīng)，使其燃燒時固體炭量，焦油及可燃性氣體，有阻燃作用，為半耐久阻燃劑，因?qū)w維損傷嚴(yán)重而不常應(yīng)用。 Phosphorus compounds react with the C(6) hydroxyl of the anhydroglucose unit blocking the formation of levoglucosan. This reduces the amount of fuel to the flame. Additionally, phosphorous promotes char formation. The acidity as

17、sociated with certain phosphorous analogues and its electrophilic nature lowers the activation energy for dehydrating cellulose. Additionally there is the possibility of crosslinking cellulose chains which further enhances char formation. 17o Tetrakis(hydroxymethyl) phosphonium Chloride (THPC) P（CH2

18、OH）4+Cl- 50年代由美國人發(fā)明，現(xiàn)代許多阻燃劑由其衍化而來，是一種耐久性阻燃劑（其中四個活潑的羥甲基能與纖維素上的甲基反應(yīng)）。 應(yīng)用方法：應(yīng)用方法： THPC/酰胺法酰胺法THPC與TMM、尿素、氫氧化鈉、柔軟劑等混合組成阻燃工作浴， 應(yīng)用P-D-C工藝加工，THPC與TMM反應(yīng)生成聚合物，沉積于纖維上，并少量與纖維反應(yīng)。耐水洗，但加工織物手感硬、強(qiáng)力損失較嚴(yán)重，吸氯，泛黃。18THPC、TMM與纖維素纖維之間的反應(yīng)產(chǎn)物NCNCNCHNNHHNCH2OCH2OOH2CCH2PHOH2CCH2OCH2OHClCellCellH2CHNTMMTHPCFiber19 普魯班（普魯班（Prob

19、an）工藝）工藝THPC、TMM（或尿素）、NH3三者反應(yīng)生成不溶性沉淀于纖維上工藝：浸軋烘干氨熏后處理 （氨熏法） 20oTHPOH（四羥甲基氫氧化磷） （Tetrakis(hydroxymethyl)phosphonium Hydroxide） 因為THPC酸性強(qiáng)，工作液不穩(wěn)定酸性強(qiáng)，工作液不穩(wěn)定 纖維纖維損失嚴(yán)重?fù)p失嚴(yán)重，所以將用THPC燒堿進(jìn)行中和得到THPOH。應(yīng)用方法與THPC相同。oCP阻燃劑（ PYROVATEX CP）( N-Methyloldimethyl Phosphonopropioamide_NMPPA) 應(yīng)用工藝：浸軋應(yīng)用工藝：浸軋烘干烘干焙烘焙烘后處理后處理 21

20、第五節(jié)第五節(jié) 滌綸及滌綸及T/C織物的阻燃整理織物的阻燃整理q 滌綸纖維的熱性能滌綸纖維的熱性能 LOI：2022 Ts ：238240，Tm：255260，Tp：420449，Tc：450q 研究不如棉纖維深入，P系和含Br系阻燃劑有一定效果，如三（23-溴丙基）磷酸酯（TDBPP），但有致癌性早已停產(chǎn)。近年來，新產(chǎn)品Antiblaze 19T可用于100%聚酯纖維，效果好，低毒性。亦有采用十溴二苯醚十溴二苯醚(DBDBO)作為阻燃劑，但需與三氧化二銻和粘合劑配合使用。22Decabromodiphenyl Oxide (DBDPO) DBDPO is a solid material me

21、lting at 300-350 0C. which contains 83% bromine. It is sold as a water dispersion and is applied with a suitable binder to impart effective and durable flame retardancy to 100% polyester fabrics. There are many commercial formulations on the market differing in the blend of antimony oxide. One formu

22、lation, a 2 : l mixture of DBDPO and Sb2O3, is effective on polyester. Disadvantages of DBDPO are high add-ons needed for optimum retardancy and the stiff, boardy hand imparted due to the level of binder needed for durability. Additionally, the product is a white finely divided pigment which causes

23、a loss in color yield.23環(huán)膦酸酯阻燃整理工藝環(huán)膦酸酯阻燃整理工藝v 以美國Mobil公司的Antiblaze 19T為代表，其是由瞵酸酯與雙環(huán)亞瞵酸酯反應(yīng)而成的混合物，結(jié)構(gòu)通式結(jié)構(gòu)通式可能如下：v 同類產(chǎn)品還有日明成化學(xué)的K-19，國內(nèi)常化所的阻燃劑FRC-1等。 PCH3OH2COH2COCH2COC2H5PH3COCH3O1-20-124v 應(yīng)用工藝應(yīng)用工藝： 二浸二軋（4060%）烘干熔烘（185195 1.21.5min）水洗烘干。處方： 阻燃劑 1215%交聯(lián)劑 1.01.5%滲透劑 0.1防泳移劑 0.1柔軟劑 0.1v 與纖維作用原理： 阻燃劑熱熔進(jìn)入滌綸

24、纖維內(nèi)部，溫度要在185195?？赡?0洗50次，阻燃劑保持率在95%以上，而未固著在織物上的阻燃劑易被溫水洗掉。（耐久型） 25Antiblaze 19T This product is a cyclic phosphonate containing 20% phosphorous. It is a clear, water soluble, oily liquid. It can be applied by the pad-dry-thermoset process. Because of its high water solubility, it does not exhaust from a dye bath. Heat treatment causes the hand to stiffen. The finish is durable to repeated launderings.26六溴環(huán)十二烷六溴環(huán)十二烷是由十二碳烯與溴加成而制備的高溴含量化合物，作為織物用阻燃劑是其水分散液。BrBrBrBrBrBr27日明成化學(xué)的Phoscon FR-100，日華化學(xué)的NIKKA Finon CG-1，國內(nèi)已有廠家生產(chǎn)。o工藝： p-d-c 工藝工藝：一浸一軋