阻燃剂
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综合实践
——期末论文
轻工纺织学院
轻化工程074班
姓名:付国华
学号:2007101079
皮革阻燃技术的探究及阻燃剂的现状与发展趋势
轻化工程074班付国华
摘要:阐述了皮革的阻燃性机理,介绍了国内外皮革阻燃的发展史及现状,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。的检验方法,提出了解决皮革具有阻燃性问题的研究途径。
关键词:皮革;阻燃;阻燃机理;涂饰剂;加脂剂
随着国民经济的快速发展和人民生活水平的逐步提高,皮革制品的应用越来越广泛,与塑料、橡胶、造纸一样,皮革的阻燃问题,也越来越受到重视,如沙发革、室内装饰革、消防用革及汽车用革等,都需要一定的阻燃性能,尤其汽车用革。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[1],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,特别是具有高效、无毒、无腐蚀、耐久性好、多功能化的阻燃材料,几乎还是空白。
1 阻燃的机理
阻燃方式的根本就是切断燃烧的进行。燃烧必须具备3个条件:氧气、可燃物、火源。因阻燃剂不同,阻燃方式就不同,皮革的阻燃大体有3种方式[2]:气相阻燃、凝聚相阻燃和吸热作用。
1.1 气相阻燃
经阻燃剂处理过的皮革,在受热状态下会释放不燃气体如二氧化碳、二氧化硫等,这些气体有利于稀释可燃气体的浓度。此外,皮革燃烧时阻燃剂的热分解产物,在火焰区大量捕捉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,在气相发挥阻燃作用。这方面主要有卤素阻燃剂、碳酸氢钠阻燃剂等。
1.2 凝聚相阻燃
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碳化层,隔绝氧气和外部热源的进入,并阻止可燃性气体的逸出。这方面比较有代表性的阻燃剂[3]有:硼
砂、磷系、氮磷复合物、氢氧化镁、氢氧化铝等。
1.3 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。
2 皮革中常用的阻燃剂
在元素周期表中,具有阻燃效果的元素主要是ⅡA族的镁,ⅢA族的硼和铝,ⅤA族的氮、磷、锑和ⅦA族的卤素以及ⅣB族的钛和锆。由于皮革的加工过程大部分在水中进行,因此,从便利施加阻燃剂和阻燃剂的结合性的角度考虑,所选的阻燃剂须能溶于水,尽可能是反应型的阻燃剂,并且加入阻燃剂后皮革的各种理化性能均不能降低,根据这些要求,阻燃剂主要集中在硼、磷、氮系等。阻燃剂根据属性可分为有机阻燃剂和无机阻燃剂;按阻燃剂与被阻燃基材的关系,阻燃剂可分为反应型和添加型。2.1 硼系阻燃剂
这个系列的阻燃剂大多属于凝固相阻燃机理,大多数为水溶性无机盐,属于非耐久性阻燃剂,价格较便宜,但处理后的皮革不宜暴露在水中,主要有硼砂、硼酸、硼酸铵、硼酸锌等。由于这类阻燃剂熔点较低,形成的隔离层包裹皮革纤维或皮革纤维间的填塞物,阻止可燃气体逸出与氧气接触。实验表明,选择不同比例硼砂与硼酸施加于皮革中,采用氧指数法和垂直燃烧法检测,发现经过阻燃剂处理的皮革,无焰燃烧的时间有大幅度的降低,且氧指数可提高30%以上,同时皮革燃烧发烟量少,表明该皮革有很好阻燃抑烟性。
2.2 卤系阻燃剂
卤系阻燃剂主要是含溴、含氯阻燃剂,它的主要机理是气相阻燃,卤系阻燃剂受热分解生成的HX能与高活性自由基HO·、O·、H·反应,生成低活性的卤自由基X·,使燃烧减缓或终止;同时,密度大的HX气体还能稀释材料表面空气中的氧气或覆盖材料表面,使燃烧速度减慢或者自熄。
2.3 磷系阻燃剂
磷系阻燃剂根据组成和结构不同,可分为无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂两类。无机磷系阻燃剂包括磷酸钠、磷酰胺(如N-羟甲基二甲基磷酸丙酰胺)、聚磷酸铵以及磷-氮复合物等,它们稳定性好,不挥发,不产生腐蚀性气体,阻燃效果持久,毒
性较低。有机磷系阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、磷盐(如四羟甲基氯化磷)磷杂环化合物和缩聚磷酸酯等。其中磷氮化合物中由氮磷组成的膨胀型阻燃剂性能是非常优良的。由于磷-氮之间的协同与增效作用,使得该类阻燃剂发挥良好的阻燃性能,且发烟量小,有毒气体生成量少,磷氮化合物被认为是阻燃剂发展的方向之一,含这类阻燃剂的材料受热时,在材料的表面形成致密的多孔泡沫碳层,该碳层既可阻止内层高聚物的进一步降解,又可向可燃物表面的释放,阻止热源向高聚物的传递及隔热氧源,从而有效的阻止火焰的蔓延和传播,达到良好的阻燃效果。
3 阻燃剂对皮革抗燃性的影响(实验部分)
3.1 药品与仪器
APT,阻燃剂,希伦塞勒赫;PES,阻燃剂,科莱恩;FR-1、FR-2,阻燃剂,常州研究所;FK-105D、FK-108B,阻燃剂,中纺化工;硼砂,分析纯,天津市大茂化学试剂厂;硼酸,分析纯,宜兴市凹家化学助剂厂;磷酸二氢钱,分析纯,烟台三和化学试剂有限公司。Gl热泵循环不锈钢控温试验转鼓,无锡市德润轻工机械厂;CzF-3型水平垂直燃烧测定仪、HC-ZC氧指数测定仪、YM-3型建材烟密度测定仪,南京上元分析仪器有限公司;HWS-15O恒温恒湿培养箱,上海山连实验设备有限公司;HZ-3004皮革柔软度试验机,恒准仪器科技有限公司。
3.2 试验工艺
本试验采用的猪蓝湿革的三氧化二铬含量为3.87%,水分为66.7%,皮的厚度为0.8mm左右。将蓝湿革去除边肤部,沿脊背线剪开,然后在脊背线2侧对应部位取样,每块35cmX42cm,进行复鞭、加脂。为避免非阻燃因素对皮革抗燃性能的影响,试验严格采用相同的工艺,转鼓转速:30r/min。
脱脂
温度40℃,液比l,脱脂剂FA 0.5%,HCOOH 0.2%,转4Omin,查pH3.O一3.2,水洗2次,每次10min。
复鞣
温度40℃,液比2,HCOONa0.3%,转10min,复鞣剂4%,转l20min,HCOONa l%,转30min,水洗2次,每次10min。
中和
温度35℃,液比l,碳酸钠0.4%,转60minn,分3次加人,每次间隔10min,