饰品之家讯：纤维素纤维的裂解和阻燃机理

纤维素纤维是碳水化合物，受热不熔融，遇火后燃烧较快，下图为纤维素纤维的燃烧裂解过程。纤维素纤维受热后产生裂解，裂解产物为固态物质、液态物质或气态物质，其中可燃性液态物质和气态物质着火燃烧，并产生热和光，使燃烧过程继续进行。纤维的燃烧可分为有焰燃烧和无焰燃烧（阴燃），有焰燃烧主要是纤维素热裂解时产生的可燃性气体或挥发性液体的燃烧，而阴燃则是固体残渣（主要是碳）的氧化，有焰燃烧所需温度比阴燃要低得多。纤维素的裂解是纤维燃烧的最重要的环节，因为裂解将产生大量的裂解产物，其中可燃性气体和挥发性液体将作为有焰燃烧的燃料，燃烧后产生大量的热，又作用于纤维使其继续裂解，使裂解反应循环下去。纤维素的裂解是个相当复杂的过程，其中涉及到许多物理、化学变化。一般认为纤维素纤维的裂解反应分为两个方向，一个方向是纤维素脱水炭化，产生水、二氧化碳和固体残渣；另一个方向是纤维素通过解聚生成不挥发性的液体左旋葡萄糖，左旋葡萄糖进一步裂解，产生低分子量的裂解产物，并形成二次焦炭。在氧的存在下，左旋葡萄糖的裂解产物发生氧化，燃烧产生大量的热，又引起更多纤维素分子发生裂解。这两个反应相互竞争，始终存在于纤维素裂解的整个过程中。纤维素纤维的热裂解过程可以分为三个阶段，即初始裂解阶段、主要裂解阶段和残渣裂解阶段。各裂解阶段的裂解温度、裂解速率及残渣量均可通过测试纤维的DSC、TG和TMA谱图得到。温度低于370℃的裂解属于初始裂解阶段，这个阶段是纤维素纤维裂解的开始，主要表现为纤维物理性能的变化及少量失重。纤维素纤维的初始裂解阶段主要与纤维素纤维中的无定型部分有关。温度在370℃至431℃的裂解属于主要裂解阶段，这一阶段失重速率很快，失重量很大。裂解的大部分产物是在这一阶段产生的，左旋葡萄糖是主要中间裂解产物，再由它分解成各种可燃性气体产物。纤维素纤维的主要裂解阶段发生在纤维的结晶区。温度

高于430℃时纤维素纤维的裂解属于残渣裂解阶段。在纤维素的裂解过程中，脱水、炭化反应与生成左旋葡萄糖的裂解反应始终相互竞争，存在于整个裂解过程中，到了残渣裂解阶段后，脱水、炭化裂解反应的方向更加明显，纤维素燃烧残渣继续脱水、脱羧，放出水和二氧化碳等，并进行重排反应，形成双键、羰基和羧基产物，残渣中碳含量越来越高。纤维素纤维的阻燃机理：对于纤维素纤维织物来说，所用的阻燃剂大多是含磷化合物，当受热时纤维素首先分解释出磷酸，受强热时磷酸聚合成聚磷酸，它们都是脱水催化剂，使纤维素脱去水留下焦炭。磷酸和聚磷酸也可使纤维素磷酰化，特别是在有含氮物质存在的情况下更易进行。纤维素磷酰化（主要是纤维素中的羟甲基上发生酯化反应）后，使吡喃环易破裂，进行脱水反应。形成的焦炭层物理上起着隔绝内部聚合物与氧的接触，使燃烧窒息，同时焦炭层导热性差，使聚合物与外界热源隔绝，减缓热分解反应。脱出来的水分能吸收大量潜热，使温度降低。这是磷化物的凝聚相阻燃机理。





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