Page 86 - 精细化工2019年第9期

·1814· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

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2.4 接枝 FF 阻燃性能和拉伸性能分析 LOI 随着 Na 浓度的增加而增大，当 Na 2 CO 3 质量
接枝 FF 的阻燃性能和拉伸性能测试结果列 浓度为 20 g/L 时，20-Na 2 CO 3 -MA-FF 的 LOI 上升
于表 6。从表 6 可以看到，接枝前 FF 的 LOI 为 20%， 到 28.9%，FF 的阻燃性能得到了大幅度提高。
MA-FF 的 LOI 仍然为 20%，可见 MA 接枝对 水洗 5 次后，LOI 值下降到 27.4%，具有一定耐水
FF 的燃烧性能没有影响。碳酸钠处理后，FF 的 洗性。

表 6 FF 的阻燃性能测试结果
Table 6 Flame retardancy of FFs

样品

FF MA-FF 5-Na 2CO 3-MA-FF 10-Na 2CO 3-MA-FF 15-Na 2CO 3-MA-FF 20-Na 2CO 3-MA-FF
LOI/% 20.0 20.0 25.8 27.2 28.3 28.9
续燃时间/s 41 43 0 0 0 0
损毁长度/cm 30.0 30.0 17.3 14.8 10.0 8.3

由表 6 垂直燃烧结果看，接枝前 FF 的续燃时间 构成隔绝层，使外部空气不能进入内部、内部产生
为 41 s，MA-FF 续燃时间为 43 s，碳酸钠处理后续 的热量不容易扩散，有效地降低了 FF 的燃烧性、延
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燃时间均为 0 s，不再续燃，说明 Na 具有非常好的 缓了火焰的蔓延 [25] 。
抑制燃烧的作用。从损毁长度看，FF 和 MA-FF 损
毁长度均为 30 cm，试样均被烧通。碳酸钠处理后，
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随着 Na 浓度增加，损毁长度逐渐缩短，20-Na 2 CO 3 -
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MA-FF 织物损毁长度缩短到 8.3 cm。说明 Na 降低
了亚麻纤维的燃烧速度，有效减缓了火焰的蔓延。
这在火灾现场有利于救援逃生，降低财产的损失及
人身安全的威胁。
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Na 对 FF 产生良好阻燃作用的原因，可能是 Na +
表现 Lewis 酸的性质，促进了纤维素脱水分解成炭，
改变了纤维素热分解途径 [22-24] 。在没有酸的存在下，

纤维素热解首先形成左旋葡萄糖，进而形成左旋葡 图 5 FF 的热重曲线
萄糖酮，最后分解成 CO 2 和 H 2 O。酸存在下的纤维 Fig. 5 TGA curves of FF samples
素分解，脱水占据了主体，左旋葡萄糖生成受到抑
制。酸催化纤维素在低于 100 ℃条件下即热解脱水 3 结论
形成低聚葡萄糖，随着温度的升高进一步生成葡萄
糖，继续升温，葡萄糖继续脱水，经由五元呋喃环， 本文通过接枝马来酸酐 MA 后用碳酸钠进行中
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最后彻底脱水成炭。 和，将 Na 引入到亚麻纤维 FF 上。通过正交实验优
2.5 FF 的热降解行为分析 化得到 MA 接枝 FF 的条件为：105 ℃下质量比为
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对 FF 进行热重分析（TGA），用以评价 Na 对 48∶60 的 MA 和 FF 反应 2.4 h，在该条件下接枝率
1
FF 热稳定性的影响。氮气气氛，流速 20 mL/min， 为 71%~75%。FTIR 在 1720 cm 处出现强的羰基振
升温速度 10 ℃/min，温度范围 50~800 ℃，实验样 动吸收峰，证实 MA 接枝成功。XRD 显示，MA 接
品的质量为 3~5 mg。接枝前后 FF 的热重曲线如图 枝对 FF 结晶度影响不大。
5 所示。 MA-FF 的阻燃性能没有明显改变，碳酸钠中和
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从图 5 可以看出，碳酸钠处理后，FF 初始分解 引入 Na 后阻燃性能明显提高。20 g/L Na 2 CO 3 处理
温度从 253 ℃降低到了 20-Na 2 CO 3 -MA-FF 的 的 MA-FF，LOI 由 20.0%提高到 28.9%，续燃时间
187 ℃，热分解温度范围从 288~400 ℃降低到了 由 43 s 降到 0 s。800 ℃下的炭残留量从 16.2%提高
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260~370 ℃。而 800 ℃下的残留量从 16.2%提高到了 到 39.6%。说明 Na 提高了亚麻纤维的阻燃性能和成
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39.6%，说明 Na 降低了 FF 热分解温度，提高了 FF 炭性能。总之，引入 Na 的亚麻纤维无论单独使用
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的成炭量。这也和 Na 表现 Lewis 酸的性质，使纤 还是用于增强材料性能，都能表现明显的阻燃性能
维素脱水成炭相吻合。成炭量增加，能在纤维表面 和成炭性能。