阻燃粘胶纤维的热降解性能研究.pdf

合成纤维工业,2009,32(2):11
研究与开发CHINASYNTHETICFIBERINDUSTRY

阻燃粘胶纤维的热降解性能研究

程明明纪全夏延致3孔庆山

(青岛大学纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培育基地,山东青岛266071)

摘要:采用极限氧指数法测定了阻燃粘胶纤维的阻燃性能;采用热重分析法研究了普通粘胶纤维和阻燃
粘胶纤维的热稳定性及热降解表观活化能,初步探讨了阻燃粘胶纤维的热降解机理。结果表明,加入阻燃剂
后,纤维的极限氧指数由19.5%增加到34.0%,且残留量由6.41%增加到20.67%。阻燃剂在纤维降解中
凝聚相作用明显,降解后,阻燃剂主要残留在残渣里。
关键词:粘胶纤维阻燃纤维极限氧指数热重分析表观活化能
中图分类号:TQ341.1文献识别码:A文章编号:100120041(2009)0220011203

虽然粘胶纤维受到合成纤维的冲击,但其所19.5%和34.0%,可见,加入阻燃剂后,LOI有了
具有的吸湿性好、透气性好、染色性好、穿着舒适、明显的提高,表明阻燃粘胶纤维阻燃性能优异。
易于纺织加工及生物可降解性等优良性能是合成2.2TG分析
纤维所不能比拟的。而基本原料纤维素资源丰粘胶纤维的热降解分为初始降解阶段、主要
富,具有生物可降解性和可再生性[1]。这从环境降解阶段和残渣降解阶段。在低于230℃的初始
保护、绿色化学和解决能源问题的角度来看具有降解阶段对应TG曲线上有5.8%的失重,主要是
重要意义。纤维素纤维为碳水化合物,受热后不纤维内部结合水的失去。这一阶段主要发生在无
熔融,遇火焰后燃烧较快[2]。故粘胶纤维阻燃性定形区。主要降解阶段发生的温度是230～
能较差,开发阻燃粘胶纤维织物是非常有必要的。380℃。这一阶段失重速率很大,而且失重量很明
显,普通粘胶纤维及阻燃粘胶纤维的失重率分别
1实验为82.2%及67.3%。这一降解阶段主要发生在
1.1原料结晶区。残渣降解阶段发生在430℃以上。在这
普通粘胶纤维:山东海龙股份有限公司产;阻一阶段,脱水、脱羧反应比生成左旋葡聚糖的裂解
[2～4]
燃粘胶纤维:自制,阻燃剂(SiO2)质量分数为反应变得更明显,放出更多的H2O和CO2,并

15%。采用添加无机阻燃体系(SiO2溶胶),在粘形成双键、羰基和羧基。热降解产物中碳含量越
胶纺丝原液中形成稳定的纳米分散尺寸,经湿法来越高。
纺丝制备无机纳米阻燃粘胶纤维。由图1和表1可见,普通粘胶纤维和阻燃粘
1.2分析测试胶纤维的残留量分别为6.41%和20.67%。这表
1.2.1极限氧指数(LOI)明阻燃剂对促进粘胶纤维热降解成炭有重要作
采用南京市江宁区分析仪器厂JF23型氧指用,即阻燃剂在粘胶纤维中的凝聚相阻燃作用
数测定仪测试。根据GB4545—1997测试纤维试明显。
样的LOI。从表1还可看出,阻燃粘胶纤维的最大失重
1.2.2热重(TG)分析速率比普通粘胶纤维的低,这表明在降解速率较
采用德国耐驰公司NETZSCHSTA409PC/快的高温段,阻燃剂起到了减缓降解速率的作用,
PG型热重分析测试。试样质量为5mg,升温速这也进一步证明阻燃作用可能为固相模式。
率为12℃/min,从室温到1000℃,氮气气氛。
收稿日期:2008208212;修改稿收到日期:2009202201。
作者简介:程明明(1983—),女,硕士研究生。主要从事阻
2结果与讨论
燃纤维的研究。

2.1LOI基金项目:973计划前期研究专项项目(2006CB708603)。
普通粘胶纤维和阻燃粘胶纤维的LOI分别为3通讯联系人。
12合成纤维工业2009年第32卷

由图2还可见,阻燃粘胶纤维的Ea比未阻燃

的稍低。其原因可能为Ea是破坏晶区结构所需
的能量,而阻燃剂的加入只能影响无定形区,不能
影响到发生在晶区的纤维素大分子生成左旋葡聚
糖的反应。
2.4热降解机理探讨
目前被普遍认同的纤维素热裂解动力学模型
为“Broido2Shafizadeh”模型[5]见图3。

图1阻燃及未阻燃粘胶纤维的TG曲线核葡聚糖
Fig.1TGcurvesofviscosefiberandFR2viscosefiber纤维素活性纤维素
焦炭+
1—阻燃粘胶纤维;2—普通粘胶纤维轻质气体

表1普通粘胶纤维及阻燃粘胶纤维TG分析结果
图3Broido2Shafizadeh动力学模型
Tab.1TGdataofviscosefiberandFR2viscosefiber
Fig.3Broido2Shafizadehkineticmodel
项目普通粘胶纤维阻燃粘胶纤维
失重5%的温度/℃136189后来一些研究者对核葡聚糖作了进一步研
失重10%的温度/℃289286究[6～8],发现常规热解中产生的核