紡織品面料的熱裂解,纖維素的熱裂解,纖維素纖維的熱裂解過程,滌綸面料的熱裂解

   纖維的熱烈解在紡織品面料的燃燒過程中是一個至關重要的步驟，他決定裂解產(chǎn)物的組成的比例，與能否續(xù)燃關系極大。了解紡織品面料的熱裂解即熱裂解的產(chǎn)物，可以幫助人們研制阻燃劑、制定紡織品面料的阻燃整理工藝。

  纖維素纖維是天然高分子材料，其主要成分是纖維素，纖維素是有許多脫水的B-葡萄糖（C₆H₁₀O₅）以1,4-苷鍵連接的多糖類。

  纖維素纖維受熱不熔融，遇火焰后燃燒較快。纖維素受熱后產(chǎn)生熱裂解，裂解產(chǎn)物為固態(tài)、液態(tài)物質和揮發(fā)性氣體。纖維的燃燒可分為有焰燃燒和無焰燃燒（銀燃）。有焰燃燒主要是纖維受熱烈屆時產(chǎn)生的可燃性氣體或揮發(fā)性液體的燃燒，而陰燃則是固體殘渣（主要是碳）的氧化，有焰燃燒所需溫度比陰燃要低得多。纖維素的裂解使纖維燃燒最重要的環(huán)節(jié)，因為裂解將產(chǎn)生大量裂解產(chǎn)物，其中可燃性氣體和揮發(fā)性液體將作為有焰燃燒的燃料，燃料后產(chǎn)生大量的熱，有作用于纖維使其繼續(xù)裂解，使裂解反應循環(huán)進行。

1.   纖維素纖維的熱裂解過程

一般認為，纖維素纖維的裂解反應為纖維素脫水炭化，產(chǎn)生水、二氧化碳和固體殘渣；纖維素通過結聚生成不揮發(fā)的液體L_葡萄糖，而后L_葡萄糖的裂解產(chǎn)物發(fā)生氧化，燃燒產(chǎn)生大量熱，引起更多纖維素發(fā)生裂解。這兩個反應相互競爭，始終存在與纖維素裂解的整個過程中。

  通過實驗發(fā)現(xiàn)，纖維素纖維的熱裂解可以分為三個階段：初始裂解階段、主要列階段和殘渣解階段。

  溫度低于370⁰C的裂解屬于初始裂解階段，這個階段是纖維素裂解的開始，主要表現(xiàn)為纖維物理性能的變化及少量失重。纖維素纖維的初始裂解階段主要與纖維素纖維中的無定形部分有關。

  溫度在270~430⁰C的裂解是主要裂解階段。這一階段纖維的失重速率很快，失重量很大。裂解的大部分產(chǎn)物在這一階段產(chǎn)生，左旋葡萄糖是主要中間裂解產(chǎn)物，再由它分解成各種可燃性氣體。纖維素纖維的主要裂解階段發(fā)生在纖維的結晶區(qū)。

  溫度高于430⁰C時，纖維素纖維的裂解屬于殘渣解階段。在纖維素的裂解過程中，脫水、碳化反應與生成左旋葡萄糖的裂解放映始終相互競爭，存在于整個裂解過程中。到了殘渣裂解階段后，脫水、碳化裂解反應的方向更加明顯，纖維素燃燒殘渣繼續(xù)脫水、脫羧，放出水和二氧化碳等物質，并進行重排反應，形成雙鏈、羰基和羧基產(chǎn)物，殘渣中碳含量越來越高。

  由于纖維素種類或實驗條件不同，纖維素纖維裂解的三個階段溫度范圍會有變化，單纖維素纖維裂解的階段性總是存在的，這是由纖維素纖維微結構的特點所決定的。從初始裂解階段到主要裂解階段，其實質就是從無定形區(qū)到結晶區(qū)的一個裂解過程。

 2.   纖維素纖維的熱裂解產(chǎn)物

  纖維素纖維的裂解是決定纖維燃燒性能的關鍵。纖維素纖維的裂解產(chǎn)物中，大部分是纖維燃燒的燃料。研究纖維阻燃前后裂解產(chǎn)物的變化及裂解產(chǎn)物的認定，對研究纖維素纖維的燃燒及阻燃機理非常有意義。

  國外有文獻介紹，纖維素纖維裂解產(chǎn)物確定的有12種，主要有醛、酮、呋喃、糠醛和和葡聚糖等。。國內有人做出裂解氣相色譜圖后，認定棉纖維有45個色譜峰，人工揀出的裂解產(chǎn)物有21個峰，含28中裂解產(chǎn)物，其中有2種為可能裂解產(chǎn)物；阻燃棉纖維檢出24種裂解產(chǎn)物，其中有2種可能是裂解產(chǎn)物。近年有人利用PY–GC–MC色質聯(lián)用儀研究棉纖維的熱裂解產(chǎn)物，其結果與以前的結果有所不同。棉纖維裂解產(chǎn)物及其含量見表9-2.在所有的裂解產(chǎn)物中，只有水、二氧化碳是不燃燒的，而醇、醛、醚、酮、酯、呋喃、苯等都是易燃的。這在研究阻燃整理和阻燃劑時都是非常重要的。通過阻燃整理時這些易燃物質減少或將其封閉，可以達到阻燃的目的、

 一、滌綸面料的熱裂解

  滌綸面料是應用較廣的合成纖維之一，它的燃燒與其他合成高分子材料一樣。滌綸與高溫熱源接觸，吸收熱量后發(fā)生熱裂解反應生成易燃氣體，易燃氣體在空中（氧）存在的條件下，發(fā)生燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量被纖維吸收后，又促進了纖維繼續(xù)熱裂解和進一步燃燒，形成一個循環(huán)。合成纖維持續(xù)燃燒，必須具備下列條件：

（1）    高聚物裂解，能產(chǎn)生可燃氣體；

（2）    燃燒產(chǎn)生的熱量，足以加熱高聚物，使之連續(xù)不斷的產(chǎn)生可燃氣體；

（3）    產(chǎn)生的可燃氣體能與氧氣混合，并擴散到己點燃的部分；

（4）    燃燒部分蔓延到可燃氣體與氧氣的混合區(qū)域中

  針對這四個條件，人們提出了阻燃的基本原理：減少（或者基本沒有）熱裂解氣體的生成，阻礙氣相燃燒的基本反應，吸收燃燒區(qū)域的熱量，稀釋和隔離空氣。

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