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淺析皮革阻燃技術(shù)原理 新型阻燃母料防火

來源:邵君( 先生,國內(nèi)國際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時間:2014-4-11 21:10:29

  近年來,國內(nèi)外火災的發(fā)生越來越頻繁,火災造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失也越來越嚴重[1]。而隨著人民生活水平的提高,人們對安全防火也越來越重視。為了避免火災的發(fā)生,降低火災的可能損失,各種阻燃材料得到了廣泛的應用。皮革制品以其卓越透氣性、透水汽性、絕熱、耐陳化、耐汗、耐磨及防穿刺等綜合性能,被廣泛的應用于森林防火裝備的制造、高層建筑的內(nèi)裝潢以及飛機、汽車內(nèi)裝飾和辦公家具的制造等高檔領域。針對皮革的易燃,且燃燒會釋放出有毒氣體和煙霧的缺點,國外汽車公司紛紛提出苛刻的內(nèi)飾革阻燃指標[2],于是阻燃皮革技術(shù)上升為國內(nèi)外業(yè)內(nèi)人士關注的焦點之一。而目前,我國對于皮革阻燃技術(shù)以及阻燃材料的研究開發(fā)很少,特別針對具有高效、無毒、無腐蝕、耐久性好、多功能化性能的阻燃材料,幾乎還是空白。


  1.阻燃的機理
所謂阻燃就是降低材料可燃性,減慢火焰蔓延速度,當火焰移去后能很快自熄,不再陰燃。從燃燒過程分析可知,要達到阻燃目的,就必須切斷由可燃物、熱源和氧氣三要素構(gòu)成的燃燒循環(huán)。因阻燃劑不同,阻燃方式則不同,皮革的阻燃大體可分為三種方式:氣相阻燃、凝聚相阻燃和吸熱作用[3]。

?。?)氣相阻燃。在氣相中,起到燃燒中斷或者延緩鏈式燃燒反應的阻燃作用,如鹵系阻燃劑阻燃。其作用機理是經(jīng)阻燃劑處理過的皮革,在受熱狀態(tài)下釋放出不燃氣體如CO2、NH3、HCl、H2O和SO2等,這些氣體降低了燃燒區(qū)氧氣的濃度。此外,皮革燃燒時阻燃劑的熱分解產(chǎn)物,在火焰區(qū)捕捉大量高能量的羥基自由基和氫自由基,降低了它們的濃度,從而抑制或中斷燃燒的連鎖反應,發(fā)揮阻燃作用。這方面阻燃劑主要有鹵系、氮系等。

?。?)凝聚相阻燃——覆蓋作用。阻燃劑在凝固相中延緩或阻止生成可燃性氣體和自由基;阻燃材料中的比熱容較大的無機填料,通過蓄熱和導熱使材料不易達到熱分解溫度,阻燃材料分解吸熱外界熱量,導致外界溫度降低;阻燃材料燃燒時在其表面生成難燃、隔熱、隔氧的多孔炭層,導致燃燒中斷。其作用歷程為阻燃劑在相對較低的溫度下呈現(xiàn)熔融狀態(tài),這樣能夠在膠原纖維表面形成隔熱層將其包覆;阻燃劑也可使膠原纖維脫水,在膠原纖維表面形成炭化層,隔絕氧氣和外部熱源的進入,并阻止可燃性氣體的逸出。這方面有代表性的阻燃劑如:硼砂、磷系、氮-磷復合系等。
?。?)吸熱作用。具有高熱容量的阻燃劑,在高溫下發(fā)生相變、脫水或脫鹵化氫等吸熱分解反應,會降低皮革表面和火焰區(qū)的溫度,減慢熱裂解反應的速度,抑制可燃性氣體的生成。這類阻燃劑如氫氧化鎂、氫氧化鋁。對于同一種阻燃劑,往往發(fā)揮兩種或兩種以上阻燃方式,如氫氧化鎂阻燃劑,在燃燒過程中分解吸收大量的熱量,降低了燃燒區(qū)的溫度,同時燃燒釋放出的水蒸氣,稀釋了燃燒區(qū)的氧氣濃度,降低了燃燒繼續(xù)發(fā)生的可能性,發(fā)揮出氣相阻燃和吸熱作用方式。

  2.皮革阻燃的現(xiàn)狀
目前,解決皮革阻燃技術(shù),主要采用施加阻燃劑法和優(yōu)化工藝法。

  2.1施加阻燃劑法
  施加阻燃劑法是將阻燃劑以添加劑的形式施加于皮革,讓其發(fā)揮其阻燃效果。
我國阻燃性皮革的研究起步較晚。國內(nèi)最早研究阻燃性皮革的是陳高明[4],他選用比較有代表性的硼系、磷系、鹵系等阻燃劑施加與皮革中,結(jié)果發(fā)現(xiàn),加入阻燃劑后,皮革的阻燃性都有較大幅度的提高。此外,黑龍江省森林保護研究所的王志成[5]等人研究了森林皮革防火服的阻燃情況,他們從阻燃劑選擇的角度上,進行了篩選,并最終獲得了兩種較為理想的阻燃劑配方。國內(nèi)很多學者對皮革生產(chǎn)工藝過程中使用的化學品進行阻燃處理。2004年,李立新[5]等人合成了新型阻燃劑三聚氰胺樹脂鞣劑,實現(xiàn)了阻燃劑應用于皮革的一個重大突破。施加阻燃劑法以其阻燃效率高、阻燃性能好,被許多科研工作者所接受,但缺點在于增加了皮革制品的成本,引起皮革發(fā)硬,手感差等缺陷,因此研發(fā)出適合皮革特點的阻燃劑已成為皮革阻燃的一大趨勢。

  2.2優(yōu)化工藝法
  優(yōu)化工藝法是在皮革生產(chǎn)工藝過程中,通過改進生產(chǎn)工藝來使皮革達到一定的阻燃效果,改進工藝就需減少或取消傳統(tǒng)工藝使用的某些化學品。眾所周知,皮革蛋白質(zhì)是經(jīng)一系列加工處理而得的制品,在它的加工過程中,有許多不同種類材料如鞣劑、復鞣劑、加脂劑和涂飾劑等被加入到皮革中或在皮革的表面。這些材料均可能降低皮革的阻燃性。因此,要對皮革實現(xiàn)阻燃,且制造柔軟豐滿、機械性能好、阻燃性好的皮革難度較大。陳高明發(fā)現(xiàn):采用不同有機復鞣劑都會不同程度降低皮革的抗燃性。復鞣劑起始分解溫度和極大熱失重溫度比鉻鞣革發(fā)生明火燃燒溫度低,在遇火時,復鞣劑就遷移并先于膠原分解產(chǎn)生可燃氣體,或增加可燃氣體濃度而引起燃燒,從而降低了皮革的抗燃性。段寶榮[7]等人也對此進行了研究,他發(fā)現(xiàn)施加不同鞣劑的皮革阻燃性不同。其中阻燃效果最好的是有機磷鞣劑,其次是改性戊二醛鞣劑與合成鞣劑。
王全杰[8]等人研究了加脂劑對皮革阻燃性能的研究,他們分析了五種類型加脂劑對皮革阻燃性能的研究,實驗發(fā)現(xiàn),不同類型加脂劑的抗燃性能順序依次為烷基磺酰氯、魚油、蓖麻油、磷脂、合成油。最近,段寶榮[9]等人又研究了涂飾劑對皮革阻燃性能的研究。他們在優(yōu)化阻燃皮革工藝的基礎上,選用了四種成膜劑:丙烯酸樹脂、聚氨酯、硝化纖維、乳酪素涂飾于皮革中,研究其對皮革阻燃性的影響,實驗發(fā)現(xiàn),成膜劑均有不同程度的降低皮革抗燃性能。

  優(yōu)化工藝法是指在皮革生產(chǎn)中通過篩選出化學品來使皮革達到一定的阻燃性,而不必另行施加阻燃劑,該法的優(yōu)點在于不增加皮革加工的成本,但由于篩選出降低皮革抗燃性的化學品,所制成的皮革手感、豐滿性、柔軟性、彈性部分或全部都會降低,因此如何解決提高抗燃性與保持皮革良好理化性能這一矛盾,則是解決皮革阻燃的難點。

  彭治漢說,環(huán)保高效聚烯烴阻燃母料是他帶領課題組,經(jīng)三年研發(fā)而成的新型阻燃材料,擁有兩項發(fā)明專利。那么,添加這種材料后會有什么效果呢?彭博士為筆者做了演示實驗:兩塊看似相同的屋內(nèi)建筑材料,其中一塊添加了阻燃母料,它們在火焰炙烤下,沒有阻燃母料的那塊迅速被燒出一個大洞,而且釋放出了大量黑煙;而添加了這種材料的建材被燒到的地方火勢并不擴散,也不散發(fā)有毒氣體。“這種新型阻燃母料中含有磷、氮以及納米粉體等材料,利用它們的協(xié)同增效原理,能提高阻燃體系的阻燃性。”彭治漢介紹說,與傳統(tǒng)的阻燃材料相比,環(huán)保高效聚烯烴阻燃母料的阻燃效率高,添加比例小,不會析出,在生產(chǎn)和使用過程中也不會產(chǎn)生二次污染。如果把它添加到聚乙烯、聚丙烯等材料中,就可以讓它們在火災中不易燃燒,給人們提供更多的逃生時間和空間。而且,由于添加比例小,應用這種材料也不會大幅提高各類產(chǎn)品的成本。

  日前,彭治漢課題組正在與上海等地企業(yè)醞釀啟動合作項目,準備將新型阻燃母料逐步推廣,應用到建筑工程和家用電器制件等的制造中,有望為人們?nèi)粘I钐砑右坏?ldquo;防火保險”。

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