安防科技安全技術(shù)與管理201234.oiag裝飾織物的熱解特性研究安麗麗'高晶1.安順市消防支隊(duì),貴州,5610002.唐山市消防支隊(duì),河北,063000【摘要】本文用三種阻燃配方分別對(duì)織物進(jìn)行阻燃整理,并用熱重分析儀對(duì)各阻燃樣品進(jìn)行熱重實(shí)驗(yàn),得到各樣品的TG曲線(xiàn)和DTG曲線(xiàn)。對(duì)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(shù)?！娟P(guān)鍵詞】裝飾織物阻燃熱解熱重分析引言、阻燃劑的配制及阻燃方案隨著科學(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?nèi)粘Ｉ罴吧a(chǎn)中的應(yīng)用范圍及數(shù)量大幅增表1阻燃劑的配制及阻燃方案阻燃劑配比(質(zhì)量比)水的用量加,無(wú)論是在居民家庭、辦公場(chǎng)所,還是在賓館飯店、歌舞劇院,為了追求時(shí)尚,營(yíng)造溫馨宜人的環(huán)方案1聚磷酸銨:三聚氟膠:季皮四醇=3.1:1400方案2磷酸氫二銨:三聚氟胺:季戊四醇=3:1:1400g境,各種色彩艷麗、美觀(guān)大方的織物被廣泛應(yīng)用,但方萊3“酸氧鐵:二聚胺:季戊四:31這同時(shí)也帶來(lái)了極大的火災(zāi)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(zāi)、遼寧阜新藝液,對(duì)織物進(jìn)行阻燃整理,所得阻燃樣品分別標(biāo)記為苑歌舞廳火災(zāi)以及1985年的哈爾濱天鵝飯店火災(zāi),都A,A,A,未阻燃整理織物樣品標(biāo)記為A。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)?jù)火災(zāi)原因調(diào)查統(tǒng)計(jì),約有20%的火災(zāi)是由于織物引實(shí)驗(yàn)用織物為純棉印花布起的。因此,對(duì)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(xiǎn)性以及燃燒時(shí)有毒氣體浸軋阻燃整理液(ih)→◆預(yù)烘(98℃-105的釋放是一項(xiàng)刻不容緩的工作。℃,3min)TTH中國(guó)煤化工—≯水洗→烘干(110℃CNMHG20123安全技術(shù)與管理安防科斗四、實(shí)驗(yàn)儀器為三個(gè)階段:初始熱解階段、主要熱解階段和殘?jiān)鼰峤怆A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90℃-322.52℃,這個(gè)階段是纖維素?zé)峤獾拈_(kāi)始,主要表現(xiàn)為纖維物理性能的變化及少量失重,失重率為6.8292%;32.52℃一4392℃屬于主要熱解階段,這一階段的失重速率很圖1TGA851型熱重分析儀(瑞士梅特勒公司)快,失重量很大,失重率為750249%,出現(xiàn)最大失重TGA85型熱重分析儀是具有同步DTA及DSC功時(shí)的峰值溫度T為378.85℃;43972℃-800屬于能的最新一代熱重分析儀。它具有溫度范圍寬、溫度殘?jiān)鼰峤怆A段,熱解進(jìn)行到該階段后,脫水、炭化熱準(zhǔn)確度髙、可明確確定氣氛、單坩堝等特點(diǎn)。全程測(cè)解反應(yīng)的方向更加明顯,纖維素燃燒殘?jiān)^續(xù)脫水、量點(diǎn)達(dá)一百萬(wàn)個(gè),最高升溫速率可達(dá)100℃c/min,最脫羧,放出水和二氧化碳等,并進(jìn)行重排反應(yīng),形成高溫度為1600℃,溫度波動(dòng)控制在±0.25℃,重量靈雙鍵、羰基和羧基產(chǎn)物,殘?jiān)刑己吭絹?lái)越高敏度為±0.1μg。,但只表現(xiàn)出少量失重,失重率僅為41791%。CS101-E電熱鼓風(fēng)干燥箱(重慶四達(dá)實(shí)驗(yàn)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(yàn)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30℃,終止溫度80℃,升溫速率15℃同阻燃劑具有不同的阻燃效果,因此,實(shí)驗(yàn)中使用了/min,天平保護(hù)性氣體N2,流量30 ml/min,反應(yīng)性氣六種不同的阻燃劑分別對(duì)織物進(jìn)行阻燃整理,通過(guò)對(duì)體N2,流量30m/min。熱解曲線(xiàn)( TG/DTG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(duì)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A1)進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn),得到曲線(xiàn)如圖3所示:80空白樣:9.7560mg00050010聚磷酸銨、三聚氰胺60李四酶整理樣品00100015001STAR SWLah: METTLER圖2樣品A熱解曲線(xiàn)中國(guó)煤化由圖2可以看出,未經(jīng)阻燃整理的織物熱解可分Lab: METTlERCNMHG37安防科技安個(gè)技術(shù)與理”20123由圖3可以看出,經(jīng)聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊℃-3195℃,失重率為359609%;最大失重所對(duì)應(yīng)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311.75℃;殘?jiān)鼰峤怆A段的溫度范圍7925℃-22654℃,失重率為41007%;主要熱解階為3195℃-80℃,失重率為246243%。段溫度范圍為226.54℃-327.25℃,失重率為通過(guò)對(duì)磷酸二氫銨、三聚氰胺、季戊四醇阻燃整361986%,最大失重對(duì)應(yīng)的峰值溫度T。為304℃,殘理的織物(即樣品A3)進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn),得到曲線(xiàn)如圖渣熱解階段溫度范圍為32725℃-800℃,失重率為5所示:21.4691%。在對(duì)聚磷酸銨的阻燃機(jī)理進(jìn)行分析后,發(fā)現(xiàn)聚磷801重二感、聚架酸銨具有以下幾方面作用:00061.釋放出聚磷酸,作為氧的物理屏障,阻隔了織0m08物與氧氣的接觸,起到絕熱和隔絕空氣的作用;2.作為親核劑,可促進(jìn)鄰近的懸垂腈基發(fā)生低聚反應(yīng)以形成階梯聚合物;100200300400500600700STAR SW 83.作為催化劑,具有很強(qiáng)的催化脫水作用,促使圖4樣品A熱解曲線(xiàn)階梯結(jié)構(gòu)去氫向全碳質(zhì)炭轉(zhuǎn)變(聚磷酸基牢固地聯(lián)結(jié)在碳質(zhì)炭上),其經(jīng)驗(yàn)式為CH1P200020004同時(shí),由于聚磷酸銨屬于氮磷化合物,是磷氮系阻燃樣品阻燃劑的一種,具有很好的磷-氮協(xié)效作用,其協(xié)同效應(yīng)的機(jī)理主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):(1)氮與磷在燃燒過(guò)程中首先形成磷酰胺結(jié)00200300400500600700構(gòu),磷酰胺更易與纖維素發(fā)生酯化反應(yīng),這種酯的熱STAR SW8.10Lab: METTLER穩(wěn)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)熱解聚磷酸,起到很強(qiáng)的催化脫水作用;階段分別為:初始熱解階段溫度范圍為87℃(3)含氮化合物與磷酸結(jié)合,在火焰中有吹脹26525℃,失重率為56419%;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26525℃-3105℃,失重率為398332%;最大失通過(guò)對(duì)磷酸氫二銨、三聚氰胺、季戊四醇阻燃整重所對(duì)應(yīng)的峰值溫度T為296.25℃;殘?jiān)鼰峤怆A段溫理的織物(即樣品A,)進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn),得到曲線(xiàn)如圖度范圍為3105℃-800℃,失重率為29562%4所示:磷酸氫二銨和磷酸二氫銨均屬無(wú)機(jī)磷阻燃劑,比由圖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(xiàn),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8204℃-26525℃,失重季戊四醇復(fù)中國(guó)煤化工阻燃樣品在熱率為53030%;主要熱解階段的溫度范圍為26525解過(guò)程中各dHaCNMH(率近似,說(shuō)明23、·安全技術(shù)與管理安防科技www.sooumag.com二者對(duì)于織物有著較為相似的阻燃效果,這主要緣于二者有著相似的阻燃機(jī)理:即磷酸氫二銨和磷酸二氫00021銨受熱分解成磷酸、偏磷酸以及氨和水等不燃性氣體,而偏磷酸進(jìn)一步聚合成聚偏磷酸,融熔覆蓋于織60聚磷酸銨整理樣品磷酸氫二銨整理樣品0008物表面,它是很強(qiáng)的脫水催化劑,能使聚合物脫水形磷酸二氫銨整理樣品成炭膜,起到隔熱阻燃的作用。0012但從峰值溫度來(lái)比較,樣品A3比樣品A2的峰值溫300400度要低約15℃,這說(shuō)明,磷酸二氫銨、三聚氰胺、季Lab: METTLER戊四醇這一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)比較四醇阻燃劑而言,在織物熱解過(guò)程中,對(duì)纖維的熱解表2A、A、A實(shí)驗(yàn)參數(shù)比較a變生樣品名起到了更好的抑制作用,使得生成左旋葡萄糖的熱解失重階段溫各階段失重峰值溫度總失重率反應(yīng)受到抑制,熱解活化能降低,熱解溫度下降,從79.25℃4.1007226.54℃而主要向纖維素脫水炭化的方向進(jìn)行。226.54℃試樣A36.1986304℃62.9135%八、幾種阻燃劑的比較327.25℃327.25℃在對(duì)各種阻燃整理樣品進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn)并分析各阻21.4691%燃劑的阻燃機(jī)理后,下面將集中對(duì)幾種阻燃劑做一個(gè)82.04℃5.3030%℃系統(tǒng)的比較,以找出阻燃效果最佳的阻燃劑。265.25℃一試樣A35.960%%3l1.75℃6.8534%通過(guò)對(duì)三種阻燃樣品的 TG/DTG曲線(xiàn)進(jìn)行比較,319.50℃319.50℃得到圖6:87.00℃由圖6(a)、圖6(b)曲線(xiàn)可以發(fā)現(xiàn),經(jīng)聚磷酸265.25℃銨整理的織物(即A1),其熱解曲線(xiàn)要比另兩條曲線(xiàn)265.25℃試樣A3039.8332625℃6.416左移,且失重率較小,而磷酸氫二銨和磷酸二氫銨阻310.50℃22.9562%燃整理的織物(A2、A3)熱解曲線(xiàn)比較相似,詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2:對(duì)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),經(jīng)聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇阻燃整理的織物三個(gè)熱解階段溫度最聚磷酸銨整理樣品低,分別為:7925℃-22654℃,226.54℃-327.25磷酸氫二銨整理樣品磷酸二氫銨整理樣品℃,327.25℃-800℃,總失重率最小,為629135且峰值溫度也相對(duì)較小,為304℃;磷酸氫二銨和磷酸二氫銨分別與三聚氰胺、季戊四醇復(fù)配而成的阻燃劑阻燃整理的織物的熱解溫度范圍近似,且總失重率100200300也僅相差3%但樣品A3的峰值溫度比樣品A2低15STAR SW8.10Lab METTLER中國(guó)煤化工圖6(a)樣品A、A、A的TG曲線(xiàn)比較℃。由此可以CNMHG聚解酸銨(下轉(zhuǎn)第69頁(yè))3920123環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)安防科科技濃度超標(biāo)范圍出現(xiàn)在7119M范圍內(nèi),在此范圍內(nèi)人員短時(shí)間接觸火災(zāi)煙氣會(huì)出現(xiàn)中毒反應(yīng);沒(méi)有出現(xiàn)達(dá)到參考文獻(xiàn)]半致死濃度區(qū)域,不會(huì)造成人員中毒死亡。王志榮,蔣軍成,等.室外池火災(zāi)火焰環(huán)境研究進(jìn)展五、結(jié)論石油與天然氣化工,2005,34(1):321-324從池火災(zāi)模型和蒸氣云爆炸模型計(jì)算結(jié)果可知,(2]陳國(guó)慶,孫志友,等.大型油罐火災(zāi)的熱輻射危害汽油、柴油儲(chǔ)罐如果發(fā)生火災(zāi),如在防火堤所圍的面特性叮安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2008:110-114積之內(nèi),對(duì)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(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估若儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸則影響范圍就相當(dāng)大。所以,一旦發(fā)中的參數(shù)研究性分析團(tuán)石油與天然氣化工,2009,生火災(zāi)必須立即有效地對(duì)罐壁進(jìn)行冷卻,及時(shí)撲救38(5):448452盡量降低物料蒸發(fā)程度,防止發(fā)生蒸氣云爆炸事故出胡二邦環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)用技術(shù)和方法中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社現(xiàn)隨著國(guó)內(nèi)石油化工工業(yè)的發(fā)展以及國(guó)家原油戰(zhàn)略5馬普利,郭小芳.中國(guó)石油甘肅銷(xiāo)售公司白銀油庫(kù)擴(kuò)容工程環(huán)境影響報(bào)告表(R]西北礦冶研究院,儲(chǔ)備庫(kù)項(xiàng)目的實(shí)施,油罐的大型化將成為發(fā)展的必然2010,7月趨勢(shì)。如此巨大的油罐一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸,其后果是間6]張瑩,劉峰,楊光輝,等.大型油罐火災(zāi)爆炸危害性難以想象的。油罐的火災(zāi)爆炸事故危害極大,不僅嚴(yán)研究管道技術(shù)與設(shè)備.2007(4):19-20,30.重威脅人民生命安全,還給國(guó)家和企業(yè)帶來(lái)重大經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)",在油庫(kù)事故中,火災(zāi)爆炸事故占事轉(zhuǎn)自《石油與天然氣化工》2012年第2期故總數(shù)的424%以上。而在油庫(kù)著火爆炸事故中,油罐著火爆炸事故數(shù)占總爆炸事故數(shù)的25.6%。因此,做好事故預(yù)防非常重要上接第39頁(yè)三聚氰胺、季戊四醇復(fù)配而成的阻燃劑阻燃效果最4]鄧義,劉秀華,等.含磷阻燃劑在夭然纖維織物阻燃好,磷酸二氫銨、三聚氰胺、季戊四醇這組次之。中的應(yīng)用纖維素科學(xué)與技術(shù),2004,12(4)【參考文獻(xiàn)57-61[張鳳濤,郭雪峰,等.簡(jiǎn)述阻燃織物的應(yīng)用與加工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,204(6):25-27N青島大學(xué)學(xué)報(bào),20015(4):1-52]王麗佳,楊世鵬幾種不同織物的阻燃整理U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姚培建.阻燃纖維及阻燃織物發(fā)展趨勢(shì)U]中國(guó)個(gè)Unmodified and Flame-Retardant Cotton. J體防護(hù)裝各(2)·1-AA中國(guó)煤化工Macron.Sa.Chem,1983,19(4):619-641.CNMHG