将藻酸钠溶液挤入到钙离子中可以制备阻燃性能优异的藻酸钙纤维。通过锥形量热(CONE)、极限氧指数(LOI)、热重(TG)及裂解-气相色谱-质谱联用(Py-GC/MS)等手段研究了藻酸钙纤维的燃烧性质、阻燃性质、热降解行为及热裂解产物,探讨了相关的阻燃机理。藻酸钙纤维自身氧指数为34.4,在空气中不能燃烧,离开火焰后能立即自熄。藻酸钙纤维的热释放速率(HRR)、有效燃烧热(EHC)、总热释放量(THR)与棉纤维先比较低,但与藻酸钠纤维比较高;藻酸钙的一氧化碳产生速率则比棉纤维的高,但比藻酸钠纤维的低。将藻酸钙在350℃下裂解得到15种裂解产物,700℃下裂解则得到45种裂解产物;藻酸钠在相应温度下则都是26种裂解产物。由于钙离子的存在,藻酸钙纤维的裂解产物与藻酸钠纤维的不同,且其阻燃性不如藻酸钠纤维。
产生这种差异的原因在于藻酸钠纤维的分子结构与藻酸钙纤维的不同,这种特殊的结构主要在气相中起到阻止燃烧的作用,是藻酸钠纤维阻燃性更好的根本原因。藻酸钠纤维分子结构中含有大量的羟基和羧基,不仅能够吸收空气中的水分,而且能够在燃烧的时候分解为H2O和CO2(即脱羧作用)。水的气化吸收了燃烧中的大量的的热,降低了纤维表面的温度,且H2O和CO2等为惰性气体,降低了可燃气体的浓度。另外,其分子结构中的羧基在燃烧中能和羟基反应,形成酯键,改变其降解途径从而降低可燃气体的可燃性及提高成炭性。
虽然藻酸钙纤维和藻酸钠纤维的热降解都分为三步,但是其降解过程是不同的。藻酸钙纤维在其主要热失重过程中失重了34%,而藻酸钠纤维为46%。在最后失重阶段,藻酸钙纤维失重24%,而藻酸钠纤维则为18%。由于钙离子与藻酸分子之间的复杂反应加强了藻酸钙分子之间的相互作用力,藻酸钙纤维的热稳定性有了提高。藻酸钙纤维在热降解过程中产生了碳酸钙和氧化钙,产生的这两种物质对于阻止纤维的燃烧和延长燃烧时间是有利的。因此,钙离子在凝聚相中起到了阻燃燃烧的作用。对于藻酸钙纤维阻燃性的解释,我们认为有两个方面:一是藻酸钠离子的特殊结构,二是钙离子的作用。