阻燃粘胶纤维

阻燃粘胶纤维 ：采用溶胶凝胶法选用阻燃剂硅酸钠制备了阻燃粘胶纤维 , 通过 FTIR 、SEM 、TEM 及 XRD 对阻燃粘胶纤维进行了研究 。结果显示 : 阻燃粘胶纤维在 450 ,800 ,1060 cm - 1 分别出现了 SiO2 四面体中 Si2O2Si 摇摆振动 、变曲振动及对称伸缩振动峰 ; 随 着阻燃剂加入量的增加 ,1087 和 3400 c m - 1 峰强变强 、变宽 ,明醇羟基与硅羟基之间有分子间缩合形成新的 Si2O2C ,使阻燃剂与纤维牢固地结合 。极限氧指数 (LOI) 由 19 提高 到了 32～42 ,阻燃效果大大提高 ;阻燃剂在纤维内部均匀分布 ;且阻燃剂的加入降低了纤 维的结晶性能 ,纤维的结晶度下降 ;纤维的强度有所提高 。介绍粘胶纤维的阻燃方法、 使用的阻燃剂、阻燃机理以及阻燃粘胶纤维的结构性能和它在生产生活中的应 用。 关键词：阻燃粘胶纤维，阻燃，结构，性能，应用。 ： 粘胶纤维易于着火燃烧引发火灾,从而造成人身伤亡和财产损失,使其应用受到限制。因而阻燃纤维的研究一直都是纤维改性研究的重要内容。阻燃粘胶纤 维可用作服装面料,如部队作战服、老人、儿童、病人服装以及消防服、床上用 品等。虽然粘胶纤维的强度、模量较低,用途受到一定的限制,但是随着新的纤维素品种及粘胶纤维生产工艺的改进,以及无机纳米阻燃剂在粘胶纤维中的使用都 可以改善粘胶纤维的物理机械性能,以满足阻燃粘胶纤维在不同领域的应用。随 着粘胶生产技术的发展，市场上出现了各种差别化纤维和功能性纤维，从而满足 不同客户的不同需要，其中，阻燃纤维因其独特的使用性能，得到了越来越广泛 的关注。 1.阻燃粘胶纤维的阻燃机理 燃烧是一个复杂的过程,加之不同纤维和不同的阻燃剂又有各种不同的性质,因而阻燃机理便成为一个十分复杂的问。迄今为止尚未建立对各方面都适用的 阻燃理论。纤维素纤维其物理性质在高温时不发生显著变化,TP和TC相等,均为350 ?。热对粘胶纤维的作用主要是化学变化,当温度达到TP时首先发生裂解: 图1.高聚物燃烧过程 因此对纤维素进行阻燃加工,就是设法阻碍热分解,抑制可燃性气体,改变热分解反应机理,或者通过隔离热和空气以及稀释可燃性,达到阻燃目的。目前对纤 维阻燃机理主要有四种理论:覆盖论、气体论、热论和催化脱水论。前两者仅分 别适用于某些阻燃剂的作用,而后者比较具有普遍意义。 1.1、热论 热论也有两种形式,一种是阻燃剂在高温下发生吸热变化,如熔融和升华,从而有阻止燃烧蔓延的作用;另一种则是纤维迅速散热,使织物达不到燃烧温度。 1.2、催化脱水论 催化脱水论主要指改变纤维的热裂解过程。由于阻燃剂的存在,能使纤维素分子链在断裂前发生迅速而大量的脱水,甚至发生某些交联作用,阻止左旋葡萄糖的生成,使可燃气体和挥发性液体的量大大减少,而使固体碳量大大增加,这样,有焰燃烧就会得到抑制。一般认为磷酸盐及有机磷化合物的阻燃作用是由于它可 与纤维素分子中的羟基(特别是第6 位碳原子上的羟基) 形成酯,阻止左旋葡萄糖的形成,并且进一步使纤维素脱水,生成不饱和的双键,促进纤维素分子间形成 交联,增加碳状物的生成。 2、阻燃粘胶纤维的制备 2.1、原料 粘胶溶液,α纤维素含量为82 %，硅酸钠,分析纯。 2.2、制备 称取一定量的硅酸钠晶体,将硅酸钠加入粘胶溶液中,并高速搅拌使之溶解, 经过滤、脱泡,制备出粘胶纺丝原液。采用湿法纺丝方法进行纺丝,纺丝原液在凝固浴中纤维素磺酸钠再生,同时硅酸钠在酸性条件下水解,生成聚硅酸,得到无机3、阻燃粘胶纤维的结构性能 阻燃粘胶纤维。 3.1结构 采用傅立叶红外光谱( FTIR) (NICOL ET 5700 型红外光谱仪) 对纤维的结构进行了表征, 可得出典型的二氧化硅的峰出现在低波数区,450 ,800 及1 087 cm- 1 分别为SiO2 四面体中Si2O2Si 摇摆振动、变曲振动及对称伸缩振动峰;加入二氧化硅后,在458 ,802 cm- 1出现吸收峰分别为Si2O2Si 摇摆振动、变形振动;阻燃粘胶纤维在1 087 cm- 1 的吸收峰略加强,此处为Si2O2C 及Si2O2Si 的伸缩振动。还可以看出,随着阻燃剂加入量的增加,阻燃粘胶纤维的羟基峰较粘 胶纤维变强、变宽,这是由于硅酸钠经酸浴后,聚合成聚硅酸,从而使总羟基量增加,峰强变强;同时硅羟基之间以及硅羟基与醇羟基之间形成缔合作用,从而使羟基峰变宽。阻燃粘胶纤维表面的阻燃剂是以纳米尺度存在。阻燃剂纳米二氧化硅 在纤维中呈一定的梯度分布,从纤维内部到纤维外部,阻燃剂的浓度是逐渐增大 的,而纤维内部阻燃剂的分布均匀。阻燃剂梯度分布的优点,可以表现在遇火后,纤维外层高浓度的阻燃剂能够充分发挥其阻燃效果。 3.2性能 3.2.1阻燃粘胶纤维的物理机械性能 阻燃粘胶短纤维的干态强度、湿态强度、断裂伸长较普通粘胶短纤维的略有 上升,由于硅酸钠经聚合生成聚硅酸,聚硅酸本身形成网状结构,并以化学键的形式与纤维素结合,无机网络的引入,提高了纤维的干强、湿强、断裂伸长。 3.2.2结晶性能 加入无机阻燃剂后无机物与有机物之间形成了稳定的共价键,使阻燃剂与纤维牢固的结合,从而使阻燃剂不易流失,阻燃效果大大提高,阻燃剂在纤维内部均匀分布;硅酸钠经凝固浴后聚合成聚硅酸,聚硅酸本身是聚合物,并为网络状,分散在纤维素中,从而增大了粘胶纤维的无定形区域的比率,因而使结晶度有所下 降。 3.2.3阻燃粘胶纤维的极限氧指数 从表可以看出 ,普通粘胶短纤维的氧指数比较小 ,非常容易燃烧 ,而加入阻燃剂的阻燃粘胶纤维在阻燃剂含量较小时就已经达到国家的阻燃标准要求 L O I > 28 ,氧指数最大可以达到 42 ,完全符合各种阻燃要求 。Vi sil 纤维的阻燃剂的加入量达 30 % ,而其 L O I 却只有 22 ,而本实验所做的 2 # 添加量只为 15 % ,其 L O I 就达到 32 ,无机阻燃剂的阻燃效果很好 。 阻燃剂含量对阻燃粘胶短纤维氧指数的影响样品 1 # 2 # 3 # 4 # 5 # 6 # L O I 19 32 36 39 42 22 4、阻燃粘胶纤维的应用 粘胶纤维易于着火燃烧引发火灾,从而造成人身伤亡和财产损失,使其应用受到限制。因而阻燃纤维的研究一直都是纤维改性研究的重要内容。阻燃粘胶纤 维可用作服装面料,如部队作战服、老人、儿童、病人服装以及消防服、床上用 品等。虽然粘胶纤维的强度、模量较低,用途受到一定的限制,但是随着新的纤维素品种及粘胶纤维生产工艺的改进,以及无机纳米阻燃剂在粘胶纤维中的使用都 可以改善粘胶纤维的物理机械性能,以满足阻燃粘胶纤维在不同领域的应用。 选择阻燃性能好、低毒、低烟、对环境无污染的，混入粘胶生产的阻燃 粘胶纤维，阻燃效果持久，耐洗性强，并具有粘胶纤维自身的优良性能。可广泛 应用于针织、机织的纯纺或混纺及非织造布领域，适用于制作防护服、消防服、 儿童睡衣、老人服装、床上用品、宾馆、饭店、交通工具及家居的装饰用布，另 参考文献： 外还可作为耐热的绝缘材料和耐烫织物等。 [1]刘宗义.发展阻燃粘胶纤维是必然趋势.人造纤维,1996(1) :14～15. [2]徐鹏等.纶腈(Lenzing) 阻燃粘胶纤维的性能及用途.中国个体防护装备,2001 :222～224 [3]冷纯延等.新型耐高温阻燃粘胶纤维. 产业用纺织品,1998(10):35. [4]刘越(译).粘胶P硅酸混纺纤维的阻燃机理研究. 人造纤维,1995(3):38～40. [5]刘国良.染整助剂应用测试[M].北京:中国纺织出版社,2005. [6]王艳昌,许海育.反应性防紫外线整理剂DHUV21的应用[J].印染,2005 ,22(7):42 - 44. [7]宋新平.阻燃纺织品及其性能测试的发展动态[J ].棉纺织技术,2001,29(1):61263. [8]陈胜,郑庆康,叶光斗,等.烷氧基环三磷腈共混改性阻燃粘胶纤维阻燃机理研究[J ].四川大学学报(工程科学版) , 2006 , 38 (2) : 1092113. [9]程博闻.环境友好型阻燃纤维素纤维的阻燃性能及机理研究[J].天津工业大学学报,2005,24(1):123.