裝飾織物的熱解特性研究

安防科技安全技術(shù)與管理.2012ww.60o6umi6g.comax由裝飾織物的熱解特性研究安麗麗'高晶’. 1.安順市消防支隊，貴州，5610002.唐山市消防支隊，河北，063000[摘要]本文用三種阻燃配方分別對織物進(jìn)行阻燃整理，并用熱重分析儀對各阻燃樣品進(jìn)行熱重實(shí)驗，得到各樣品的TG曲線(xiàn)和DTG曲線(xiàn)。對曲線(xiàn)進(jìn)行分析，得到各阻燃樣品各熱解階段的溫度范圍、失重率、主要熱解階段的峰值溫度等參數。[關(guān)鍵詞] 裝飾織物阻燃熱解熱重分析一、引言二、阻燃劑的配制及阻燃方案.隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及紡織業(yè)的進(jìn)步,織阻燃劑的配制和阻燃方案見(jiàn)表1:物在人們日常生活及生產(chǎn)中的應用范圍及數量大幅增表1阻燃劑的配制及阻燃方案陽(yáng)燃陽(yáng)燃劑配比(質(zhì)獻比)水的用發(fā)1加，無(wú)論是在居民家庭、辦公場(chǎng)所，還是在賓館飯方案店、歌舞劇院，為了追求時(shí)尚，營(yíng)造溫馨宜人的環(huán)力案1|聚磷酸銨:三聚氟胺:事儀四醇=3: 1; 1400g萬(wàn)案2|磷酸氫二鉸;三聚氟胺:季戊四醇=3; 1: 1境，各種色彩艷麗、美觀(guān)大方的織物被廣泛應用，但方案3磷酸二釩銨:三聚氟胺:季戊四醇=3; 1: 1| 400g這同時(shí)也帶來(lái)了極大的火災隱患。按照表1中的方案，將阻燃劑配制成10%的溶1994年的新疆克拉瑪依友誼館火災、遼寧阜新藝液， 對織物進(jìn)行阻燃整理，所得阻燃樣品分別標記為苑歌舞廳火災以及1985年的哈爾濱天鵝飯店火災，都A, A, A,未阻燃整理織物樣品標記為Aoo .是由于織物不具備阻燃性能被引燃并蔓延引起的"。三、織物的阻燃整理?yè)馂脑蛘{查統計，約有20%的火災是由于織物引實(shí)驗用織物為純棉印花布起的。因此，對織物進(jìn)行阻燃研究，賦予織物阻滯燃阻燃整理工藝流程:燒的性能"，減少其燃燒危險性以及燃燒時(shí)有毒氣體浸軋阻燃整理液( 1h)一+ 預烘( 98C- -105的釋放是-項刻不容緩的工作。C，3min)-→焙烘( 160C, 3min)-- +水洗- > 烘干(110C，3min)-36-2012 3安全技術(shù)與管理安防科技四、實(shí)驗儀器:為三個(gè)階段:初始熱解階段、主要熱解階段和殘渣熱解階段。各個(gè)階段的熱解溫度范圍及失重率可由圖2中讀出。初始熱解階段溫度范圍為90C- -322.52C, 這個(gè)階段是纖維索熱解的開(kāi)始，主要表現為纖維物理性能的變化及少量失重，失重率為6.8292%; 322.52C一439.729C屬于主要熱解階段，這一階段的失重速率很團1 TGA851"型熱重分析儀(瑞士梅特勒公司)快，失重量很大，失重率為75.0249%，出現最大失重TGA851型熱重分析儀是具有同步DTA及DSC功時(shí)的峰值溫度T.為378.85C; 439.729- -800C屬于能的最新一代熱重分析儀。它具有溫度范圍寬、溫度殘渣熱解階段，熱解進(jìn)行到該階段后，脫水、炭化熱準確度高、可明確確定氣氛、單坩堝等特點(diǎn)。全程測解反應的方向更加明顯，纖維素燃燒殘渣繼續脫水、量點(diǎn)達一百萬(wàn)個(gè)，最高升溫速率可達100C/min,最脫羧, 放出水和二氧化碳等，并進(jìn)行重排反應，形成高溫度為1600C，溫度波動(dòng)控制在+0.25C，重量靈雙鍵、 羰基和羧基產(chǎn)物，殘渣中碳含量越來(lái)越高敏度為+0.1μgoD,但只表現出少量失重，失重率僅為4.1791%。CS101-1E電熱鼓風(fēng)干燥箱(重慶四達實(shí)驗儀器七、阻燃織物的熱解過(guò)程及分析有限公司)經(jīng)阻燃整理后，纖維的三個(gè)熱解階段仍舊存在，五、實(shí)驗條件但溫度范圍及失重率有了較大的變化。同時(shí)，由于不初始溫度30C，終止溫度800C，升溫速率15C同阻燃劑具有不同的阻燃效果，因此，實(shí)驗中使用了/min,天平保護性氣體N,流量30m/min, 反應性氣六種不同的阻燃 劑分別對織物進(jìn)行阻燃整理，通過(guò)對體N,，流量30m/min。熱解曲線(xiàn)( TC/DTC曲線(xiàn))進(jìn)行比較，得到最佳的阻六、織物熱解的典型過(guò)程燃配方。圖2所示是未阻燃整理樣品(即A。)的熱解曲通過(guò)對聚磷酸銨(APP)、三聚氰胺、季戊四醇線(xiàn)。阻燃整理的織物(即樣品A, )進(jìn)行熱解實(shí)驗，得到曲10線(xiàn)如圖3所示:80空白樣: 9.7560mg-0005-sr---0|-00051-0010聚磷酸鐵， 三聚氟胺G0季戊四醉整理樣品:I 10.3545mg-00-0015-0015)200 300400500 600STARSW8.10 JLah:METTLERH2 樣品A熱解曲線(xiàn)0o 200 300 400 500 600STARSW 8.10」由圖2可以看出，未經(jīng)阻燃整理的織物熱解可分Lab:METTLER團3樣品A.熱解曲線(xiàn)-37-安防科技安全技術(shù)與管理。2012 3www.socumg.com業(yè)矛。由圖3可以看出，經(jīng)聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊C- -319.5C， 失重率為35.9609%;最大失重所對應四醇阻燃整理的織物，其初始熱解階段溫度范圍為的峰值溫度T_為311.75C; 殘渣熱解階段的溫度范圍79.25C- 226.54， 失重率為4.1007%;主要熱解階為319.5C- -800,失重率為24.6243%。段溫度范圍為226.54C一327.25C，失重率為通過(guò)對磷酸二二氫銨、三聚氰胺、季戊四醇阻燃整36.1986%，最大失重對應的峰值溫度T為304C，殘理的織物 (即樣品A, )進(jìn)行熱解實(shí)驗，得到曲線(xiàn)如圖渣熱解階段溫度范圍為327.25C- -800，失重率為5所示:21.4691%。在對聚磷酸銨的阻燃機理進(jìn)行分析后，發(fā)現聚磷800.002-聚請二胺，深氰肢。.004酸銨具有以下幾方面作用":季成因醇陽(yáng)然整理樣品:60 1 9.9695mg-0.00661.釋放出聚磷酸，作為氧的物理屏障,阻隔了織-0.008-0.010-物與氧氣的接觸，起到絕熱和隔絕空氣的作用;200.012-2.作為親核劑，可促進(jìn)鄰近的懸垂腈基發(fā)生低聚-0.014100200300400500”600 700反應以形成階梯聚合物; .STARSW8.10Iab:METTLER3.作為催化劑，具有很強的催化脫水作用，促使「圖4樣品A熱解 曲線(xiàn)階梯結構去氫向全碳質(zhì)炭轉變(聚磷酸基牢固地聯(lián)結10在碳質(zhì)炭上) ,其經(jīng)驗式為C2gH3P2。0.00202聚藏二鼓，業(yè)氰胺.-0.004同時(shí)，由于聚磷酸銨屬于氮磷化合物，是磷氮系60- 事戊四醇阻燃樣品:-0.009.5922ug阻燃劑的一-種，具有很好的磷氨協(xié)效作用，其協(xié)同400.010-效應的機理主要體現在以下幾點(diǎn)”:-0012(1)氮與磷在燃燒過(guò)程中首先形成磷酰胺結00 200 300 400 500 600 700構，磷酰胺更易與纖維素發(fā)生酯化反應，這種酯的熱STAR SW8.10 JLab:METTLER穩定性好;圖5樣品A.熱解 曲線(xiàn)(2)氮原子的存在有利于磷系阻燃劑分解形成由圖5可以看出，經(jīng)阻燃整理的織物其三個(gè)熱解階段分別為:初始熱解階段溫度范圍為87C一聚磷酸，起到很強的催化脫水作用;(3)含氮化合物與磷酸結合,在火焰中有吹脹265.25C，失重率為5.6419%;主要熱解階段溫度范作用，可使纖維發(fā)生膨化，形成焦炭。圍為265.25C- -310.5C, 失重率為39.8332%;最大失通過(guò)對磷酸氫二銨、三聚氰胺、季戍四醇阻燃整重所對應的峰值溫度T為296.25C; 殘渣熱解階段溫理的織物(即樣品A2)進(jìn)行熱解實(shí)驗，得到曲線(xiàn)如圖度范圍為310.5C一800C， 失重率為22.9562%。磷酸氫二銨和磷酸二氫銨均屬無(wú)機磷阻燃劑，比4所示:由圖4可以看出，其同樣也具有三個(gè)熱解階段。較圖4和5可以發(fā)現，這兩種阻燃劑分別與三聚氰胺、初始熱解階段的溫度范圍為82.04C- -265.25C,失重季戊四醇復配后對織物進(jìn)行阻燃整理，阻燃樣品在熱率為5.3030%;主要熱解階段的溫度范圍為265.25解過(guò)程中各熱解階段的溫度范圍及失重率近似，說(shuō)明-38-2012 3”-安全技術(shù)與管理安防科技二者對于織物有著(zhù)較為相似的阻燃效果,這主要緣于|100二者有著(zhù)相似的阻燃機理:即磷酸氫二銨和磷酸:二氫. syov-e0800-0.002銨受熱分解成磷酸、偏磷酸以及氨和水等不燃性氣-0.004豪磷酸銨賴(lài)理樣品體，而偏磷酸進(jìn)-步聚合成聚偏磷酸,融熔覆蓋于織磷酸氨二銨整理樣品-0.008物表面，它是很強的脫水催化劑，能使聚合物脫水形-磷酸二氫銨整理樣品-0.010-成炭膜，起到隔熱阻燃的作用。20-0.012-0.014但從峰值溫度來(lái)比較，樣品A,比樣品A的峰值溫10200 300 400 500 600STARSW 8.10 J度要低約I5C，這說(shuō)明，磷酸二氫銨、三驟氰胺、季Lab:METTLER戊四醇這- -組阻燃劑較磷酸氫二銨、三聚氰胺、季戊圖6(b)樣品A、 A、A的DTG曲線(xiàn)比較表2 A,. A、A.實(shí)驗參數比較四醇阻燃劑而言，在織物熱解過(guò)程中，對纖維的熱解樣晶名各失重階段溢|各階段失 重起到了更好的抑制作用，使得生成左旋葡萄糖的熱解峰偵溫度總失重率反應受到抑制，熱解活化能降低，熱解溫度下降,從79. 25C226. 54C4. 1007%而主要向纖維素脫水炭化的方向進(jìn)行。226. 54C-八、幾種阻燃劑的比較試樣A327.25 C36. 1986%304C62. 9135%327. 25C-在對各種阻燃整理樣品進(jìn)行熱解實(shí)驗并分析各阻800. 00C21. 4691%燃劑的阻燃機理后，下面將集中對幾種阻燃劑做一個(gè)82.04C-5. 3030%265. 25C系統的比較，以找出阻燃效果最佳的阻燃劑。265. 25C一319. 50C35. 9609%311. 75C66. 8534%通過(guò)對三種阻燃樣品的TG/DTG曲線(xiàn)進(jìn)行比較，319. 50C-得到圖6:800.00C24. 6243%87.00C-由圖6(a)、圖6 (b)曲線(xiàn)可以發(fā)現，經(jīng)聚磷酸5. 6419%銨整理的織物(即A)，其熱解曲線(xiàn)要比另兩條曲線(xiàn)265. 25C-39. 8332%296. 25C69. 4416%310. 50左移，且失重率較小，而磷酸氫二銨和磷酸二氫銨阻310. 50C-800 00C22. 9562%燃整理的織物( A2、A,)熱解曲線(xiàn)比較相似，詳細數對表中數據進(jìn)行比較發(fā)現，經(jīng)聚磷酸銨、三聚氰據見(jiàn)表2:胺、季戊四醇阻燃整理的織物三個(gè)熱解階段溫度最|100---聚磷酸銨整理樣品低，分別為: 79.25C . 226.54C，226.54C -327.25磷酸氨二銨繁理樣品. 磷酸二氫銨蟄理樣品C，327.25C. -800C，總失重率最小，為62.9135%，且峰值溫度也相對較小，為304C; 磷酸氫二銨和磷o-酸二氫銨分別與=三聚氰胺、季戍四醇復配而成的阻燃0劑阻燃整理的織物的熱解溫度范圍近似，且總失重率700也僅相差3%，但樣品A3的峰值溫度比樣品A2低15STARSW 8.10」C。由此可以得出，在這=組阻燃劑中，聚磷酸銨、圖6(a)樣品A、 A2. A.的TG曲線(xiàn)比較(下轉第69頁(yè))- 39.2012 3噓nwww.secumj.com環(huán)境風(fēng)險.| 安防科技濃度超標范圍出現在711.9M范圍內，在此范圍內人員短時(shí)間接觸火災煙氣會(huì )出現中毒反應;沒(méi)有出現達到[參考文獻]半致死濃度區域，不會(huì )造成人員中毒死亡。[1]王志榮,蔣軍成,等.室外池火災火焰環(huán)境研究進(jìn)展五、結論0].石油與天然氣化工，2005, 34 (1) : 321-324.從池火災模型和蒸氣云爆炸模型計算結果可知，[2]陳國慶，孫志友,等.大型油罐火災的熱輻射危害汽油、柴油儲罐如果發(fā)生火災，如在防火堤所圍的面特性[]安全與環(huán)境學(xué)報, 2008: 110-114.積之內，對四周的影響僅為熱輻射，影響范圍較小;[3]孫東亮,杜峰,等.密閉汽油罐泄漏池火災風(fēng)險評估若儲罐發(fā)生爆炸則影響范圍就相當大。所以，一旦發(fā)中的參數研究性分析D].石油與天然氣化工, 2009,生火災必須立即有效地對罐壁進(jìn)行冷卻，及時(shí)撲救，1” 38(5) :448-452.盡量降低物料蒸發(fā)程度，防止發(fā)生蒸氣云爆炸事故出[4]胡二邦.環(huán)境風(fēng)險評價(jià)實(shí)用技術(shù)和方法[M].中國環(huán)境科學(xué)出版社.現。隨著(zhù)國內石油化工工業(yè)的發(fā)展以及國家原油戰略[5]馬普利,郭小芳.中國石油甘肅銷(xiāo)售公司白銀油庫儲備庫項目的實(shí)施，油罐的大型化將成為發(fā)展的必然擴容工程環(huán)境影響報告表[R].西北礦冶研究院,2010,7月趨勢。如此巨大的油罐-一旦發(fā)生火災爆炸，其后果是[6]張瑩,劉峰,楊光輝,等.大型油罐火災爆炸危害性難以想象的。油罐的火災爆炸事故危害極大，不僅嚴研究[].管道技術(shù)與設備.2007 (4): 19- -20, 30.重威脅人民生命安全，還給國家和企業(yè)帶來(lái)重大經(jīng)濟損失。據統計間，在油庫事故中，火災爆炸事故占事轉自《石油與天然氣化工》2012年第2期故總數的42.4%以上。而在油庫著(zhù)火爆炸事故中，油罐著(zhù)火爆炸事故數占總爆炸事故數的25.6%。因此，做好事故預防非常重要。(上接第39頁(yè))三聚氰胺、季戊四醇復配而成的阻燃劑阻燃效果最[4]鄧義,劉秀華,等.含磷阻燃劑在天然纖維織物阻燃好，磷酸二氫餒、三聚氰胺、季戍四醇這組次之。中的應用U].纖維素科學(xué)與技術(shù), 2004, 12(4):57- -61.[1]張鳳濤,郭雪峰,等.簡(jiǎn)述阻燃織物的應用與加工U].[5]朱平,隋淑英,等.阻燃及未阻燃棉織物的熱分析山東紡織科技, 2004 (6) :25-27.[N].青島大學(xué)學(xué)報, 2000,15(4):1-5.[2]王麗佳,楊世鵬.幾種不同織物的阻燃整理[].印染[6]歐育湘.實(shí)用阻燃技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,助劑, 2003, 20(3) :45-47.2002: 348 -383.[3] FRANKLINWE. Initial Pyrolysis Reaction in[7]姚培建.阻燃纖維及阻燃織物發(fā)展趨勢[].中國個(gè)Unmodified and Flame- Retardant Cotton[Ul. J體防護裝備, 2006 (2) :41-44.Macromol. Sci. Chem, 1983, 19(4) : 619-641.-69-