装饰织物的热解特性研究

安防科技安全技术与管理201234.oiag装饰织物的热解特性研究安丽丽'高晶1.安顺市消防支队,贵州,5610002.唐山市消防支队,河北,063000【摘要】本文用三种阻燃配方分别对织物进行阻燃整理,并用热重分析仪对各阻燃样品进行热重实验,得到各样品的TG曲线和DTG曲线。对曲线进行分析,得到各阻燃样品各热解阶段的温度范围、失重率、主要热解阶段的峰值温度等参数。【关键词】装饰织物阻燃热解热重分析引言、阻燃剂的配制及阻燃方案随着科学技术的不断发展以及纺织业的进步,织阻燃剂的配制和阻燃方案见表1:物在人们日常生活及生产中的应用范围及数量大幅增表1阻燃剂的配制及阻燃方案阻燃剂配比(质量比)水的用量加,无论是在居民家庭、办公场所,还是在宾馆饭店、歌舞剧院,为了追求时尚,营造温馨宜人的环方案1聚磷酸铵:三聚氟胶:季皮四醇=3.1:1400方案2磷酸氢二铵:三聚氟胺:季戊四醇=3:1:1400g境,各种色彩艳丽、美观大方的织物被广泛应用,但方莱3“酸氧铁:二聚胺:季戊四:31这同时也带来了极大的火灾隐患。按照表1中的方案,将阻燃剂配制成10%的溶1994年的新疆克拉玛依友谊馆火灾、辽宁阜新艺液,对织物进行阻燃整理,所得阻燃样品分别标记为苑歌舞厅火灾以及1985年的哈尔滨天鹅饭店火灾,都A,A,A,未阻燃整理织物样品标记为A。是由于织物不具备阻燃性能被引燃并蔓延引起的。三、织物的阻燃整理据火灾原因调查统计,约有20%的火灾是由于织物引实验用织物为纯棉印花布起的。因此,对织物进行阻燃研究,赋予织物阻滞燃阻燃整理工艺流程:烧的性能,减少其燃烧危险性以及燃烧时有毒气体浸轧阻燃整理液(ih)→◆预烘(98℃-105的释放是一项刻不容缓的工作。℃,3min)TTH中国煤化工—≯水洗→烘干(110℃CNMHG20123安全技术与管理安防科斗四、实验仪器为三个阶段:初始热解阶段、主要热解阶段和残渣热解阶段。各个阶段的热解温度范围及失重率可由图2中读出。初始热解阶段温度范围为90℃-322.52℃,这个阶段是纤维素热解的开始,主要表现为纤维物理性能的变化及少量失重,失重率为6.8292%;32.52℃一4392℃属于主要热解阶段,这一阶段的失重速率很图1TGA851型热重分析仪(瑞士梅特勒公司)快,失重量很大,失重率为750249%,出现最大失重TGA85型热重分析仪是具有同步DTA及DSC功时的峰值温度T为378.85℃;43972℃-800属于能的最新一代热重分析仪。它具有温度范围宽、温度残渣热解阶段,热解进行到该阶段后,脱水、炭化热准确度髙、可明确确定气氛、单坩埚等特点。全程测解反应的方向更加明显,纤维素燃烧残渣继续脱水、量点达一百万个,最高升温速率可达100℃c/min,最脱羧,放出水和二氧化碳等,并进行重排反应,形成高温度为1600℃,温度波动控制在±0.25℃,重量灵双键、羰基和羧基产物,残渣中碳含量越来越高敏度为±0.1μg。,但只表现出少量失重,失重率仅为41791%。CS101-E电热鼓风干燥箱(重庆四达实验仪器七、阻燃织物的热解过程及分析有限公司)经阻燃整理后,纤维的三个热解阶段仍旧存在五、实验条件但温度范围及失重率有了较大的变化。同时,由于不初始温度30℃,终止温度80℃,升温速率15℃同阻燃剂具有不同的阻燃效果,因此,实验中使用了/min,天平保护性气体N2,流量30 ml/min,反应性气六种不同的阻燃剂分别对织物进行阻燃整理,通过对体N2,流量30m/min。热解曲线( TG/DTG曲线)进行比较,得到最佳的阻六、织物热解的典型过程燃配方。图2所示是未阻燃整理样品(即A)的热解曲通过对聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺、季戊四醇线阻燃整理的织物(即样品A1)进行热解实验,得到曲线如图3所示:80空白样:9.7560mg00050010聚磷酸铵、三聚氰胺60李四酶整理样品00100015001STAR SWLah: METTLER图2样品A热解曲线中国煤化由图2可以看出,未经阻燃整理的织物热解可分Lab: METTlERCNMHG37安防科技安个技术与理”20123由图3可以看出,经聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊℃-3195℃,失重率为359609%;最大失重所对应四醇阻燃整理的织物,其初始热解阶段温度范围为的峰值温度T为311.75℃;残渣热解阶段的温度范围7925℃-22654℃,失重率为41007%;主要热解阶为3195℃-80℃,失重率为246243%。段温度范围为226.54℃-327.25℃,失重率为通过对磷酸二氢铵、三聚氰胺、季戊四醇阻燃整361986%,最大失重对应的峰值温度T。为304℃,残理的织物(即样品A3)进行热解实验,得到曲线如图渣热解阶段温度范围为32725℃-800℃,失重率为5所示:21.4691%。在对聚磷酸铵的阻燃机理进行分析后,发现聚磷801重二感、聚架酸铵具有以下几方面作用:00061.释放出聚磷酸,作为氧的物理屏障,阻隔了织0m08物与氧气的接触,起到绝热和隔绝空气的作用;2.作为亲核剂,可促进邻近的悬垂腈基发生低聚反应以形成阶梯聚合物;100200300400500600700STAR SW 83.作为催化剂,具有很强的催化脱水作用,促使图4样品A热解曲线阶梯结构去氢向全碳质炭转变(聚磷酸基牢固地联结在碳质炭上),其经验式为CH1P200020004同时,由于聚磷酸铵属于氮磷化合物,是磷氮系阻燃样品阻燃剂的一种,具有很好的磷-氮协效作用,其协同效应的机理主要体现在以下几点:(1)氮与磷在燃烧过程中首先形成磷酰胺结00200300400500600700构,磷酰胺更易与纤维素发生酯化反应,这种酯的热STAR SW8.10Lab: METTLER稳定性好;图5样品A热解曲线(2)氮原子的存在有利于磷系阻燃剂分解形成由图5可以看出,经阻燃整理的织物其三个热解聚磷酸,起到很强的催化脱水作用;阶段分别为:初始热解阶段温度范围为87℃(3)含氮化合物与磷酸结合,在火焰中有吹胀26525℃,失重率为56419%;主要热解阶段温度范作用,可使纤维发生膨化,形成焦炭。围为26525℃-3105℃,失重率为398332%;最大失通过对磷酸氢二铵、三聚氰胺、季戊四醇阻燃整重所对应的峰值温度T为296.25℃;残渣热解阶段温理的织物(即样品A,)进行热解实验,得到曲线如图度范围为3105℃-800℃,失重率为29562%4所示:磷酸氢二铵和磷酸二氢铵均属无机磷阻燃剂,比由图4可以看出,其同样也具有三个热解阶段。较图4和5可以发现,这两种阻燃剂分别与三聚氰胺初始热解阶段的温度范围为8204℃-26525℃,失重季戊四醇复中国煤化工阻燃样品在热率为53030%;主要热解阶段的温度范围为26525解过程中各dHaCNMH(率近似,说明23、·安全技术与管理安防科技www.sooumag.com二者对于织物有着较为相似的阻燃效果,这主要缘于二者有着相似的阻燃机理:即磷酸氢二铵和磷酸二氢00021铵受热分解成磷酸、偏磷酸以及氨和水等不燃性气体,而偏磷酸进一步聚合成聚偏磷酸,融熔覆盖于织60聚磷酸铵整理样品磷酸氢二铵整理样品0008物表面,它是很强的脱水催化剂,能使聚合物脱水形磷酸二氢铵整理样品成炭膜,起到隔热阻燃的作用。0012但从峰值温度来比较,样品A3比样品A2的峰值温300400度要低约15℃,这说明,磷酸二氢铵、三聚氰胺、季Lab: METTLER戊四醇这一组阻燃剂较磷酸氢二铵、三聚氰胺、季戊图6(b)样品A、A、A的DTG曲线比较四醇阻燃剂而言,在织物热解过程中,对纤维的热解表2A、A、A实验参数比较a变生样品名起到了更好的抑制作用,使得生成左旋葡萄糖的热解失重阶段温各阶段失重峰值温度总失重率反应受到抑制,热解活化能降低,热解温度下降,从79.25℃4.1007226.54℃而主要向纤维素脱水炭化的方向进行。226.54℃试样A36.1986304℃62.9135%八、几种阻燃剂的比较327.25℃327.25℃在对各种阻燃整理样品进行热解实验并分析各阻21.4691%燃剂的阻燃机理后,下面将集中对几种阻燃剂做一个82.04℃5.3030%℃系统的比较,以找出阻燃效果最佳的阻燃剂。265.25℃一试样A35.960%%3l1.75℃6.8534%通过对三种阻燃样品的 TG/DTG曲线进行比较,319.50℃319.50℃得到图6:87.00℃由图6(a)、图6(b)曲线可以发现,经聚磷酸265.25℃铵整理的织物(即A1),其热解曲线要比另两条曲线265.25℃试样A3039.8332625℃6.416左移,且失重率较小,而磷酸氢二铵和磷酸二氢铵阻310.50℃22.9562%燃整理的织物(A2、A3)热解曲线比较相似,详细数据见表2:对表中数据进行比较发现,经聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇阻燃整理的织物三个热解阶段温度最聚磷酸铵整理样品低,分别为:7925℃-22654℃,226.54℃-327.25磷酸氢二铵整理样品磷酸二氢铵整理样品℃,327.25℃-800℃,总失重率最小,为629135且峰值温度也相对较小,为304℃;磷酸氢二铵和磷酸二氢铵分别与三聚氰胺、季戊四醇复配而成的阻燃剂阻燃整理的织物的热解温度范围近似,且总失重率100200300也仅相差3%但样品A3的峰值温度比样品A2低15STAR SW8.10Lab METTLER中国煤化工图6(a)样品A、A、A的TG曲线比较℃。由此可以CNMHG聚解酸铵(下转第69页)3920123环境风险安防科科技浓度超标范围出现在7119M范围内,在此范围内人员短时间接触火灾烟气会出现中毒反应;没有出现达到参考文献]半致死浓度区域,不会造成人员中毒死亡。王志荣,蒋军成,等.室外池火灾火焰环境研究进展五、结论石油与天然气化工,2005,34(1):321-324从池火灾模型和蒸气云爆炸模型计算结果可知,(2]陈国庆,孙志友,等.大型油罐火灾的热辐射危害汽油、柴油储罐如果发生火灾,如在防火堤所围的面特性叮安全与环境学报,2008:110-114积之内,对四周的影响仅为热辐射,影响范围较小;③孙东亮,杜峰,等、密闭汽油罐泄漏池火灾风险评估若储罐发生爆炸则影响范围就相当大。所以,一旦发中的参数研究性分析团石油与天然气化工,2009,生火灾必须立即有效地对罐壁进行冷却,及时扑救38(5):448452尽量降低物料蒸发程度,防止发生蒸气云爆炸事故出胡二邦环境风险评价实用技术和方法中国环境科学出版社现随着国内石油化工工业的发展以及国家原油战略5马普利,郭小芳.中国石油甘肃销售公司白银油库扩容工程环境影响报告表(R]西北矿冶研究院,储备库项目的实施,油罐的大型化将成为发展的必然2010,7月趋势。如此巨大的油罐一旦发生火灾爆炸,其后果是间6]张莹,刘峰,杨光辉,等.大型油罐火灾爆炸危害性难以想象的。油罐的火灾爆炸事故危害极大,不仅严研究管道技术与设备.2007(4):19-20,30.重威胁人民生命安全,还给国家和企业带来重大经济损失。据统计",在油库事故中,火灾爆炸事故占事转自《石油与天然气化工》2012年第2期故总数的424%以上。而在油库着火爆炸事故中,油罐着火爆炸事故数占总爆炸事故数的25.6%。因此,做好事故预防非常重要上接第39页三聚氰胺、季戊四醇复配而成的阻燃剂阻燃效果最4]邓义,刘秀华,等.含磷阻燃剂在夭然纤维织物阻燃好,磷酸二氢铵、三聚氰胺、季戊四醇这组次之。中的应用纤维素科学与技术,2004,12(4)【参考文献57-61[张凤涛,郭雪峰,等.简述阻燃织物的应用与加工5]朱平隋淑英,等.阻燃及未阻燃棉织物的热分析山东纺织科技,204(6):25-27N青岛大学学报,20015(4):1-52]王丽佳,杨世鹏几种不同织物的阻燃整理U印染6欧育湘实用阻燃技术M北京:化学工业出版社,助剂,2003,20(3):45-47.2002:348-383.3] FRANKLINWE. Initial Pyrolysis Reaction in姚培建.阻燃纤维及阻燃织物发展趋势U]中国个Unmodified and Flame-Retardant Cotton. J体防护装各(2)·1-AA中国煤化工Macron.Sa.Chem,1983,19(4):619-641.CNMHG