第九章阻燃整理

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常用阻燃剂及其工艺 o 硼砂/硼酸或磷酸二氢铵混合物 非耐久性阻燃剂，价廉、效果好，用于窗帘等不常洗织物。 可用浸轧、喷雾、涂刷等方法应用。
• 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 mentioned earlier, coats the fiber with a glassy polymer to insulate the polymer. o 金属氧化物或氯化物 常用锑、钛的氧化物或卤化物，处理纤维后经水解生成氢氧化锑或 钛沉积在纤维表面，作为纤维素的脱水剂，纤维燃烧时生成较多的 固体炭，挥发性物质减少，是一种半耐久性阻燃剂（经15次温和洗 涤），可用浸渍法加工，加工织物手感粗硬，强力下降30%左右。
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o 磷酸及其盐类 常用磷酸、磷酸氢二胺、磷酸二氢胺和聚磷酸胺，由于它们与纤 维素反应，使其燃烧时固体炭量↑，焦油及可燃性气体↓，有阻燃 作用，为半耐久阻燃剂，因对纤维损伤严重而不常应用。 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 associated 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.
第九章 阻燃整理
第一节 引言
纤维制品如服装、装饰织物、产业用布易于引发火灾，需要进行 阻燃整理。不同的纺织品有不同的阻燃要求。 美、英国调查：近一半的火灾是由纺织品引起的，德国调查：约 20%是由装饰布引起的。 阻燃产品最初是仅用于军用特品，继而用于运输工具、公共场所 的装饰布和工作服，近年来发达国家在衣服、家用织物上亦要求 阻燃性。 值得指出的是阻燃整理不能使纤维不燃烧，而是降低其可燃性， 离开火源后能迅速停止燃烧。阻燃是相对的。
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应用工艺： 二浸二轧（40~60%）→烘干→熔烘（185~195℃ 1.2~1.5min）→ 水洗→烘干。 处方： 阻燃剂 12~15% 交联剂 1.0~1.5% 渗透剂 0.1 防泳移剂 0.1 柔软剂 0.1 与纤维作用原理： 阻燃剂热熔进入涤纶纤维内部，温度要在185~195℃。可耐60℃ 洗50次，阻燃剂保持率在95%以上，而未固着在织物上的阻燃剂 易被温水洗掉。（耐久型）
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催化脱水论：阻燃剂改变纤维的热裂解历程，发生脱水，阻止可 燃性物质产生，固体炭量增加，抑制有焰燃烧。
熔滴作用：阻燃剂降低熔融温度，形成熔滴，离开燃烧体系。
吸收游离基作用（气相阻燃理论）：阻燃剂作为游离基的转移体， 使它们失去活性，阻止游离基反应的进行。卤化烃有此作用： RX + H·→ HX + R· 客观而言，在实际中，阻燃剂的阻燃作用是多种机理的复合作用。 其中覆盖论、气体论、吸热论和催化脱水论通常适用于纤维素纤 维织物，而熔滴作用和吸收游离基作用通常适用于合成纤维织物。

应用工艺：浸轧—烘干—焙烘—后处理
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第五节 涤纶及T/C织物的阻燃整理
涤纶纤维的热性能 LOI：20~22 Ts ：238~240℃，Tm：255~260℃，Tp：420~449℃，Tc：450℃ 研究不如棉纤维深入，P系和含Br系阻燃剂有一定效果，如三 （2· 3-溴丙基）磷酸酯（TDBPP），但有致癌性早已停产。近 年来，新产品Antiblaze 19T可用于100%聚酯纤维，效果好，低 毒性。亦有采用十溴二苯醚(DBDBO)作为阻燃剂，但需与三氧 化二锑和粘合剂配合使用。
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六溴环十二烷
六溴环十二烷是由十二碳烯与溴加成而制备的高溴含量化合物， 作为织物用阻燃剂是其水分散液。
Br Br
Br Br
Br
Br
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日明成化学的Phoscon FR-100，日华化学的NIKKA Finon CG-1，国 内已有厂家生产。 o 工艺： p-d-c 工 艺 ： 一 浸 一 轧 （ 58% ） → 烘 干 （ 120℃×2min ） → 熔 烘 （200℃×90s）→皂洗→水洗→烘干 处方：Nikka Finon CG-1 20% （owf） 染色同浴工艺： 染色（浴比1：10 130℃×60min）→皂洗或还原清洗→水洗→烘干 处方：阻燃剂 15%（owf） 染料 3% （owf） 分散剂 0.5 % （owf） 与纤维作用原理： 阻燃剂在130℃左右变为溶解状态，并均匀吸附于涤纶纤维，继而进 入其内部。
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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（乙缩醛）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） unit.
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THPC、TMM与纤维素纤维之间的反应产物
CH2O HN C N H N H2 C H N OH2C C N N C NH CH2O Cl HOH2C CH2 CH2OH P CH2O Cell Cell
TMM THPC
Fiber
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普鲁班（Proban）工艺 THPC、TMM（或尿素）、NH3三者反应生成不溶性沉淀于纤维上 工艺：浸轧→烘干→氨熏→后处理 （氨熏法）
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o Tetrakis(hydroxymethyl) phosphonium Chloride (THPC) 四羟甲基氯化磷 [P（CH2OH）4]+Cl-
50年代由美国人发明，现代许多阻燃剂由其衍化而来，是一种耐 久性阻燃剂（其中四个活泼的羟甲基能与纤维素上的甲基反应）。
应用方法： THPC/酰胺法 • THPC与TMM、尿素、氢氧化钠、柔软剂等混合组成阻燃工作浴， 应用P-D-C工艺加工，THPC与TMM反应生成聚合物，沉积于纤 维上，并少量与纤维反应。耐水洗，但加工织物手感硬、强力损 失较严重，吸氯，泛黄。
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第四节 纤维素纤维织物的阻燃整理
纤维素的燃烧过程（COMBUSTION OF CELLULOSE） When cellulose fibers are heated, three classes of volatile chemicals are generated at pyrolysis temperature, 350C, o flammable volatiles（可燃性挥发物）, e.g., alcohols, aldehydes and alkanes, o flammable gases（可燃性气体）, e.g., carbon monoxide, ethylene and methane。 o non-flammable gases （可燃性气体） , 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 in figure 64.
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影响纤维燃烧的因素 o 化学组成中的H含量↑，LOI↓。 o 组成中N含量↑，LOI↑。 o 组成中的阻燃元素Cl、Br、 P、S和 Sb ，阻燃性↑。 o 分子结构刚性好、规整；结晶度、取白度高，燃烧性↓。
o 炭化倾向↑，燃烧性↑。
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第三节 阻燃机理
覆盖论：覆盖保护作用，阻燃剂如硼砂/硼酸在高温下发生熔融现 象，形成玻璃状保护膜，一方面是隔断外界氧气进入，另一方面 是阻止可燃性气体向外界扩散，达到对纤维的覆盖保护作用。 气体论：阻燃剂在高温时放出不燃性气体，将燃烧放出的可燃性 气体冲淡到燃烧浓度以下，即具有气体稀释作用。不同气体的稀 释作用如下列顺序： N2＞CO2＞SO2＞NH3 。 吸热论： 阻燃剂在受热时发生吸热反应，如分解、熔融、升华、 相变等，使纤维迅速散热，达不到燃烧温度。
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环膦酸酯阻燃整理工艺
以美国Mobil公司的Antiblaze 19T为代表，其是由瞵酸酯与双环 亚瞵酸酯反应而成的混合物，结构通式可能如下：
O H3CO P H2CO C2H5 OH2C C OH2C CH3
O P CH3
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