棉织物以其柔软透气、穿着舒适等优良性能而备受青睐,被广泛应用于服装、家居家纺、交通内饰等诸多领域。然而,棉织物易燃烧且火焰蔓延迅速,是最具燃烧危险性的纺织品。因此,对棉织物进行阻燃整理对于保障人们的生命财产安全具有重要的现实意义。目前,棉织物阻燃整理技术往往存在过程复杂、阻燃效率低、耐久性差,或存在游离甲醛释放等问题。因此,研究和开发无卤无甲醛、高效耐久的棉织物阻燃整理技术一直是国内外阻燃领域的研究热点和难点。本论文以磷酸二氢铵(NH4H2PO4)和三聚氰胺为阻燃剂,通过化学接枝法制备高效耐久的磷-氮协同阻燃棉织物(P/N-Cotton)。系统考察NH4H2PO4、尿素(urea)、棉织物用量配比、反应温度和反应时间等工艺参数对磷、氮接枝效率的影响;并对改性棉织物的微观结构、热稳定性、力学性能、阻燃性能和耐久性等进行研究;结合TG-IR、XPS、拉曼等分析技术进一步探究其阻燃机理。具体研究工作如下:(1)棉织物的磷酸化改性与性能研究:在NH4H2PO4和urea混合体系下,采用化学接枝法制备磷酸化棉织物(P-Cotton)。考察了 NH4H2PO4、urea、棉织物(以脱水葡萄糖单元(AGU)计)摩尔配比、反应温度和反应时间等工艺参数对磷接枝率的影响,综合考虑增重率(WG)和力学性能,确定了棉织物磷酸化改性的最佳工艺,即AGU:NH4H2PO4:urea=1:2.5:15,反应时间为1.5 h,反应温度为130℃。此时,P-Cotton表面富含磷酸基团,WG为21.2%,其P含量为6.1%,在燃烧过程中发挥良好的阻燃效果,其极限氧指数(LOI)达50.9%,达到不燃级别。SEM观察发现,磷酸化改性对棉纤维的结构没有产生破坏,且燃烧后P-Cotton仍保留原有的纤维形状。TG研究发现,改性后P-Cotton热稳定性明显提高,800℃时氮气氛围下残碳量仍高达39.4%。耐水洗性测试表明,P-Cotton经水洗后阻燃性能有所下降,但经30次家用洗涤后,其LOI值为28.5%,仍是难燃材料。(2)磷-氮协同阻燃棉织物的制备及性能研究:为进一步改善磷酸化棉织物的力学性能和阻燃耐久性,利用棉织物磷酸化过程中产生的醛基将三聚氰胺通过希夫碱反应接枝到棉织物表面,制备得到磷-氮协同阻燃棉织物(P/N-Cotton)。当反应温度为135℃,反应时间为25 min时,P/N-Cotton具有最大增重率,WG为25.8%,P和N含量分别为5.3和4.9%,LOI值达51.9%。与P-Cotton相比,P/N-Cotton的热稳定性进一步提高,最快热降解温度提高了 50℃,且800℃时空气氛围下残留量提高到16%。垂直燃烧测试表明,P/N-Cotton的损毁长度仅为8.0 cm,且具有自熄效果。锥形量热仪测试显示,与未处理棉织物相比,热释放速率峰值和总热释放分别下降了 70.8和68.9%,残留量为36.5%。经50次家用洗涤后,P/N-Cotton的LOI值为32.7%,是耐久性阻燃棉织物。TG-IR分析表明,P/N-Cotton在热降解过程中释放的可燃性气体大幅减少,水蒸汽和不燃性CO2生成量明显增加。力学性能研究发现,棉织物经磷酸化改性和三聚氰胺接枝处理后,P/N-Cotton的力学强度下降不明显,仍保持原棉织物的72.3%。(3)磷-氮协同阻燃棉织物的阻燃机理研究:采用FTIR、SEM、XPS和拉曼光谱等分析技术对P/N-Cotton燃烧后残留物进行分析发现,P/N-Cotton表面P-O-C和C=N键在燃烧过程中断裂,磷酸基团分解成磷酸等脱水剂催化纤维素分子脱水形成紧致炭层,阻碍纤维素降解成左旋葡萄糖,减少可燃性气体释放,同时释放大量水蒸汽和不燃性CO2。所形成炭层的石墨化程度更高,热稳定性好,保护基体避免进一步燃烧。表面接枝的三聚氰胺受热分解成NH3等不可燃气体,稀释氧气和可燃气体的浓度,在气相中进行阻燃。结合TG-IR研究发现,P/N-Cotton的阻燃作用主要发生在凝固相,通过促进纤维素脱水炭化形成石墨化炭层达到阻燃效果。本论文利用NH4H2P04和三聚氰胺作为阻燃剂,成功制备出高效耐久的磷-氮协同阻燃棉织物,并明确了其阻燃机理。所得阻燃棉织物具有无卤无甲醛、高效阻燃、耐久性佳和力学性能降幅小的优点,解决了常规棉织物阻燃整理工艺环境污染大、阻燃效率低、不耐水洗等问题,为耐久性阻燃棉织物开发提供了理论基础和技术参考。