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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