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皮革阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-1-16 17:11:53
本文阐述了皮革的阻燃性机理,介绍了国内外皮革阻燃剂的发展史及现状,阐明了皮革阻燃剂应具备的条件,并列举皮革阻燃性能的检验方法,提出解决皮革阻燃性能的研究途径及发展趋势。

近年来,国内外火灾的发生越来越频繁,火灾造成的人员伤亡和财产损失也越来越严重。而随着人民生活水平的提高,人们对安全防火也越来越重视。为了避免火灾的发生,降低火灾的可能损失,各种阻燃材料得到了广泛的应用。

皮革制品以其卓越透气性、透水汽性、绝热、耐陈化、耐汗、耐磨及防穿刺等综合性能,被广泛的应用于森林防火装备的制造、高层建筑的内装潢以及飞机、汽车内装饰和办公家具的制造等高档领域。

针对皮革的易燃,且燃烧会释放出有毒气体和烟雾的缺点,国外汽车公司纷纷提出苛刻的内饰革阻燃指标,于是阻燃皮革技术上升为国内外业内人士关注的焦点之一。而目前,我国对于皮革阻燃技术以及阻燃材料的研究开发很少,特别针对具有高效、无毒、无腐蚀、耐久性好、多功能化性能的阻燃材料,几乎还是空白。

皮革阻燃剂阻燃的机理。所谓阻燃就是降低材料可燃性,减慢火焰蔓延速度,当火焰移去后能很快自熄,不再阴燃。从燃烧过程分析可知,要达到阻燃目的,就必须切断由可燃物、热源和氧气三要素构成的燃烧循环。因阻燃剂不同,阻燃方式则不同,皮革的阻燃大体可分为三种方式:气相阻燃、凝聚相阻燃和吸热作用[3]。

(1)气相阻燃。在气相中,起到燃烧中断或者延缓链式燃烧反应的阻燃作用,如卤系阻燃剂阻燃。其作用机理是经阻燃剂处理过的皮革,在受热状态下释放出不燃气体如CO2、NH3、HCl、H2O和SO2等,这些气体降低了燃烧区氧气的浓度。此外,皮革燃烧时阻燃剂的热分解产物,在火焰区捕捉大量高能量的羟基自由基和氢自由基,降低了它们的浓度,从而抑制或中断燃烧的连锁反应,发挥阻燃作用。这方面阻燃剂主要有卤系、氮系等。


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(2)凝聚相阻燃——覆盖作用。阻燃剂在凝固相中延缓或阻止生成可燃性气体和自由基;阻燃材料中的比热容较大的无机填料,通过蓄热和导热使材料不易达到热分解温度,阻燃材料分解吸热外界热量,导致外界温度降低;阻燃材料燃烧时在其表面生成难燃、隔热、隔氧的多孔炭层,导致燃烧中断。其作用历程为阻燃剂在相对较低的温度下呈现熔融状态,这样能够在胶原纤维表面形成隔热层将其包覆;阻燃剂也可使胶原纤维脱水,在胶原纤维表面形成炭化层,隔绝氧气和外部热源的进入,并阻止可燃性气体的逸出。这方面有代表性的阻燃剂如:硼砂、磷系、氮-磷复合系等。

(3)吸热作用。具有高热容量的阻燃剂,在高温下发生相变、脱水或脱卤化氢等吸热分解反应,会降低皮革表面和火焰区的温度,减慢热裂解反应的速度,抑制可燃性气体的生成。这类阻燃剂如氢氧化镁、氢氧化铝。

对于同一种皮革阻燃剂,往往发挥两种或两种以上阻燃方式,如氢氧化镁阻燃剂,在燃烧过程中分解吸收大量的热量,降低了燃烧区的温度,同时燃烧释放出的水蒸气,稀释了燃烧区的氧气浓度,降低了燃烧继续发生的可能性,发挥出气相阻燃和吸热作用方式。

通过阻燃剂的作用,在凝聚相改变纤维大分子链的热裂解历程,促进发生脱水、缩合、环化、交联等反应,增加炭化残渣,减少可燃性气体的产生。凝聚相阻燃作用的效果,与阻燃剂同纤维在化学结构上的匹配与否有密切关系。如磷化合物对纤维素纤维的阻燃机理主要是此种方式。纤维素纤维在较低温度下裂解时,可能发生分子链1,4-甙键的断裂,继而残片发生分子重排,并首先生成左旋葡萄糖。左旋葡萄糖可通过脱水和缩聚作用形成焦油状物质,接着在高温的作用下又分解为可燃的有机物、气体和水。

一般认为磷酸盐及有机磷化合物的阻燃作用,是由于它可与纤维素大分子中的羟基(特别是第六位碳原子上的羟基)形成酯,阻止左旋葡萄糖的形成,并且进一步使纤维素分子脱水,生成不饱和双键,促进纤维素分子间形成交联,增加固体碳的形成。其他一些具有酸性或碱性的阻燃剂也有类似作用。

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