棉织物凭借其柔软性、舒适性、良好的透气性、吸湿性等优点被广泛地应用于我们的生产生活中,在织物市场份额中占据着很大的比例。但是棉纤维织物的普遍使用,也为我们带来了一定的安全隐患,因为棉纤维的极限氧指数仅为18.0%,属于易燃织物,每年与棉织物有关的火灾发生数量巨大,故而棉织物的阻燃整理具有十分重要的研究意义。棉用阻燃剂主要分为卤系阻燃剂和磷系阻燃剂;虽然卤系阻燃剂的阻燃效果最好,但是它在使用过程中会放出有毒气体,并且发烟量较大,极易造成二次污染,继而逐渐被其他阻燃剂所取代。磷系阻燃剂因原料易得、反应条件温和以及低烟低毒等优点备受科研工作者的青睐。目前市面上应用最多的磷系阻燃剂为四羟甲基氯化膦（THPC）和N-羟甲基-3-（二甲氧基膦酰基）丙酰胺（Pyrovatex CP）,这两种阻燃剂的整理工艺成熟,阻燃效果好,但经过这两种阻燃剂整理后的棉织物的游离甲醛含量过高。因此,开发新型棉用无甲醛无卤素阻燃整理剂具有非常重要的意义。本文研究了三种不同结构的含磷、氮元素的膦酸铵盐类新型棉用阻燃剂,包括:二磷酸乙二醇酯的铵盐（AEGDP）、四磷酸季戊四醇酯的铵盐（APTTP）、羟基乙叉二磷酸的铵盐（AHEDP）。它们的含磷量不同,但都含有多个反应活性基团-P=O（O^-NH₄⁺）₂。本研究中首次设计并合成出一系列在制备和使用过程中不含卤素与甲醛的新型高效耐洗棉用阻燃剂,并通过¹H NMR、¹³C NMR、³¹P NMR、FT-IR谱对每种阻燃剂分子结构进行精确结构表征。将合成的阻燃剂配成一定的溶液,通过“浸轧焙烘法”对棉织物进行阻燃整理,并对用不同浓度的不同阻燃剂整理后的棉织物进行阻燃性能测试以及机械性能测试。阻燃性能测试包括极限氧指数测试（LOI）、垂直燃烧测试、锥形量热、热重（TG）以及热重红外（TG-IR）联用,机械性能测试包括强度测试以及柔软度测试等。并通过FT-IR对对照棉与处理棉的结构进行比较,以证实阻燃剂分子与纯棉纤维发生接枝反应。阻燃剂对棉织物的晶体结构影响通过粉末X射线（XRD）进行表征,用扫描电镜（SEM）观察阻燃整理前、后的棉纤维形态变化。主要研究内容如下:（1）反应型阻燃剂四磷酸季戊四醇酯铵盐（APTTP）的合成及棉织物阻燃整理研究以季戊四醇、磷酸、尿素为原料,在无溶剂条件下合成四磷酸季戊四醇酯铵盐（APTTP）,并通过¹H NMR、¹³C NMR、³¹P NMR、FT-IR对APTTP进行一系列分子结构表征。通过140 g/L APTTP溶液整理后的棉织物极限氧指数高达43.8%（远远高于对照棉的极限氧指数18.0%）,经过50次洗涤以后,其极限氧指数降至26.9%（依然达到棉织物的阻燃标准26.0%-28.0%）,这一结果表明阻燃剂APTTP具有很好的阻燃性以及耐久性,140g/L APTTP溶液整理后的棉织物可用作耐久棉织物。而且在垂直燃烧过程中,经过80g/L、110g/L与140g/LAPTTP溶液整理后的棉织物都没有观察到续燃和阴燃现象。通过对整理棉和对照棉进行锥形量热测试以后发现,与对照棉相比处理棉的总热释放量、热释放速率以及有效热释放量都大大降低,证明APTTP有良好的阻燃性能,其阻燃机理为凝聚相阻燃。与此同时,通过热重分析（TGA）和扫描电镜（SEM）测试对阻燃整理前后棉织物的热稳定性及表面形态进行了对比研究。TGA测试结果表明:与对照棉相比,经阻燃整理的棉织物的初始降解温度和最终降解温度分别降低了100 ^oC左右,残碳量增加了20%以上,证明其热稳定性得到了较大提高;其SEM测试结果表明:经阻燃整理后的棉织物裂解后的炭层残渣仍保持着较为完整的纤维状,这一结果表明其具有良好的阻燃效果。另外,通过粉末X射线衍射测试表明阻燃整理前后棉织物的棉纤维素晶体结构无明显差异。（2）阻燃剂羟基乙叉二膦酸铵盐（AHEDP）的合成及棉阻燃整理研究考虑到工业化生产中对反应时间、生产成本及试验条件的限制,提出以羟基乙叉二磷酸（HEDPA）与尿素为原料通过简便一步法合成无卤素、无甲醛生态友好且价格低廉的棉用阻燃剂羟基乙叉二膦酸铵盐（AHEDP）,研究表明AHEDP同样具有良好的阻燃性能与耐洗性能。在随后的XRD测试以及其他的多种机械性能测试结果表明,阻燃剂AHEDP对棉纤维素的晶体结构几乎没有影响,并且其对棉纤维的机械性能损伤较小。其优异的阻燃性能、耐洗性能,以及合成原料的便宜易得、合成方法的简单可行,以及合成过程不涉及卤素甲醛与经其整理后的棉在服用过程中不会有甲醛释放等优点,使得阻燃剂AHEDP的工业化成为可能。极限氧指数测试表明,经过30%-40%AHEDP溶液整理的棉织物在洗涤50次后极限氧指数仍然可以达到26.2-29.5%,可以作为永久性阻燃整理棉织物。锥形量热测试表明,与对照棉相比,经30%AHEDP溶液整理棉织物的热释放速率峰值与总热释放量分别降低了95%和71%。垂直燃烧测试中,处理棉没有呈现出续燃与阴燃现象。分别在空气与氮气氛围中的热重分析表明:AHEDP可以促进纤维素的脱水形成炭层,来将底物与热量、燃料分离开来。扫描电镜（SEM）表明棉纤维表面没有AHEDP涂层,并且纤维素结构没有发生损伤。对照棉与处理棉的红外光谱表明纤维素和AHEDP之间形成了共价键,进一步说明反应型阻燃剂AHEDP是通过与棉纤维素之间形成共价键来起到阻燃作用的。（3）反应型阻燃剂二磷酸乙二醇酯铵盐（AEGDP）的合成及棉阻燃整理研究为了提高阻燃剂分子的含磷量,选择较小分子的乙二醇、磷酸、尿素为反应原料合成含磷量更高的的阻燃剂二磷酸乙二醇酯的铵盐（AEGDP）。通过AEGDP溶液整理后的棉织物具有良好的阻燃性能。用120g/L AEGDP溶液整理的阻燃棉,其极限氧指数可以达到41.0%（远高于纯棉的极限氧指数18.0%）,经过50次洗涤以后,其极限氧指数仍然可以保持在28.4%,表现出良好的耐久性。在35和50kW/m²辐射热量的条件下的锥形量热测试结果表明,与对照棉相比,AEGDP阻燃棉的热释放总量和热释放速率显著低于对照棉。XRD测试结果表明AEGDP对棉纤维的晶体结构几乎没有什么影响。由于处理棉纤维中的-OH与阻燃剂分子AEGDP发生了反应,导致棉纤维素中-OH官能团的数量降低,氢键强度减弱,使得处理棉的纤维素结晶度和结晶指数与对照棉纤维素相比略有降低。FT-IR谱显示处理棉纤维上有新的P-O-C键生成。在SEM测试中,阻燃整理后的棉纤维上没有阻燃剂涂层,这两种表征结果证明了AEGDP阻燃剂为反应型阻燃剂。棉织物经过AEGDP阻燃整理后,表面张力从200mN/m²降到24.45mN/m²,与对照棉相比,处理棉较低的表面张力表明其具有一定的自清洁能力。硬挺度测试表明,经过AEGDP处理的棉织物柔软度保持良好,不影响服用性能。（4）三种棉用反应型含磷阻燃剂APTTP、AHEDP与AEGDP的阻燃机理研究由于上述三种阻燃剂都含有相同的活性膦酸铵基团-P=O（O^-NH₄⁺）₂,故其具有类似的阻燃机理:首先含有-P=O（O^-NH₄⁺）₂的阻燃剂分子在双氰胺的催化下,在150^oC与棉纤维素C₆上的-OH进行反应生成-P-O-C共价键,在燃烧过程中,阻燃剂会形成磷酸或聚磷酸（凝聚相阻燃机理）来催化纤维素的脱水炭化过程,从而形成炭层覆盖在棉底物的表面。这炭层键覆盖物可以起到隔离未燃烧的底物与氧气以及底物继续燃烧所需要的热量,从而达到自熄的效果,因此合成的三种阻燃剂的阻燃机理属于凝聚相阻燃机理。这类反应型阻燃剂凭借其与棉纤维形成稳定的-P-O-C共价键,相比于通过在织物表面形成涂层的阻燃剂,经过这类反应型阻燃剂整理后的棉织物具有更好的耐久性以及优异的阻燃效果。