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膨胀型复合阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-11-30 11:23:40
采用聚磷酸铵(APP)和三聚氰胺(MEL)组成的膨胀型复合阻燃剂对织物进行整理,垂直法燃烧试验、热重分析、扫描电子显微镜分析等表明,当APP和MEL的配比为2:1,膨胀型复合阻燃剂的用量为25%时,织物的炭损长度低至10.0cm,极限氧指数高达37%。阻燃整理后,700℃时织物的质量保留率由不加膨胀型复合阻燃剂时的16%增至35%,织物在燃烧时可形成膨胀的发泡焦化炭层,起良好的膨胀阻燃效果。此外,织物的强度、白度、透气性和手感均有一定程度的下降。

膨胀型阻燃剂一般由酸源、气源和炭源三部分组成。酸源可以是无机酸或受热能生成无机酸的化合物,如磷酸、硫酸、各种磷酸盐和硼酸盐等:气源又称发泡源,常用的有三聚氰胺和双氰胺等:炭源则是形成泡沫炭化层的基础,主要是一些含碳量高的多羟基化合物,如季戊四醇及其二聚体、三聚体等。

膨胀型阻燃剂主要通过形成多孔泡沫炭层而在凝聚相起阻燃作用。炭层的形成过程如下:在较低温度下,酸源分解释放出酯化多元醇和作为脱水剂的无机酸。随着温度的升高,无机酸与多元醇进行酯化反应而使体系融化,反应过程中水蒸气和由气源产生的不燃性气体使已处于熔融状态的体系膨胀发泡,同时,多元醇和酯脱水成炭,形成无机物及炭残余物,并且体系进一步膨胀发泡。

反应接近完成时,体系焦化和固化,形成多孔泡沫炭层,此层隔热、隔氧,截断燃烧链,具有阻燃效果。此外,组成膨胀型阻燃剂的P—N—C体系遇热会产生一氧化氮(NO)、氮气(N2)和氨(NH3)等不燃性气体,这些气体能捕捉燃烧赖以进行的活性自由基,如H·和OH·,导致燃烧反应链中断,所以膨胀型阻燃剂具有优异的阻燃性能。

膨胀型阻燃剂在塑料、橡胶以及合成高聚物的阻燃整理中已有较多应用[4,5],用于纺织材料的阻燃则鲜有报道。亚麻纤维为纤维素纤维,属多羟基聚合物,本身就是炭源。为了降低成本,本试验采用聚磷酸铵(酸源)与三聚氰胺汽源)复配,对织物(炭源)进行整理,分别采用氧指数测试仪、垂直燃烧仪和热重分析仪测定整理后织物的阻燃性能。

采用质量分数为25%的膨胀型阻燃剂,整理后织物的白度由原来的92.5%略降至90.6%,阻燃整理对织物的白度影响不大。


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经过阻燃整理后,织物的强力略有下降。织物的透气量由原来的236.2L/m2·s下降至整理后的180.4L/m2·s。这是因为织物经整理后,膨胀型阻燃剂不仅固着在织物的表面,而且还渗透至纤维内部,一方面限制了亚麻纤维间的相对滑移,导致纤维在受外力时,应力集中,使大分子链更容易断裂,进而引起纤维强度的下降:另一方面使织物中的孔洞和缝隙减少或变小,从而使织物的透气性下降。

整理后织物的手感由原样的5分下降至3分,说明膨胀型阻燃剂的使用会使织物的手感发硬。为了改善整理后织物的手感,可在整理液中加入相容性较好的柔软剂。

未经燃烧时,膨胀型阻燃剂以球状颗粒均匀分布于织物的表层或纤维间;经燃烧后,织物产生了明显的膨胀发泡效果,形成了蓬松的焦化炭层。

由APP和MEL组成的膨胀型复合阻燃剂对织物具有良好的膨胀阻燃效果。当APP与MEL的配比为2:1,总质量分数为25%时,膨胀型阻燃剂整理织物的LOI值为37%,炭损长度10.0cm,阻燃性能良好。

常温下,阻燃亚麻纤维表面被阻燃剂所覆盖:200℃左右时阻燃剂开始分解,700℃时织物的质量保留率为35%。阻燃织物的起始失重温度、最大失重速率温度均低于未阻燃整理织物,但其质量保留率远高于后者。

膨胀型阻燃剂整理织物的剩炭表面形成一层厚且密的膨胀发泡焦炭层,起到隔热、隔氧,截断燃烧链的作用,具有优异的阻燃效果。

经膨胀型阻燃剂整理后,织物的强力、白度、透气性和手感均有一定程度的下降。

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