磷酸酯阻燃剂PPAP的制备及其在纯棉织物上的应用研究

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棉织物因其优异的物理机械性能、穿着舒适、自身抗静电、透湿性好、价格低廉等性能而被广泛用作民用纺织品和产业用纺织品原料,但是棉织物易燃,本身限氧指数(LOI)只有18,是火灾的潜在成因。因此,对棉织物做阻燃整理以降低其可燃性一直是人们的研究热点。当前的棉织物阻燃剂主要以氮、磷系为主,这两类阻燃剂具有较好的阻燃性能,燃烧时产生的有毒气体及烟雾较少。氮和磷含于同一分子的阻燃剂因N-P协同效应具有更高的阻燃效率,并且生成的炭层更加坚固,更耐热降解,而成为当前棉用阻燃剂发展的主流方向。本文以苯氧基二氯酰磷(PDCP)和无水乙二胺(EDA)聚合制备了低聚物阻燃剂聚乙二胺磷酰苯酯(PPAP),并用FT-IR和’H NMR表征其结构,用端基分析法测其数均聚合度和数均分子量。然后将其应用于棉织物,并研究其对织物的阻燃效果。为研究PPAP对织物的阻燃机理,本文采用对比分析法,分析制备的与PPAP有相似分子结构的含磷但不含氮的阻燃剂聚乙二醇磷酰苯酯(PHPP)对织物的阻燃效果及对织物的热失重曲线的差别,从而推断PPAP对织物的阻燃机理。本文的主要工作如下:(1)以PDCP和无水乙二胺(EDA)聚合,合成出低聚物阻燃剂PPAP,产物结构用红外图谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1H NMR)进行表征。通过单因素试验,总结出合成的最佳条件为:PDCP与无水乙二胺的最佳摩尔用量比为1:1.3,反应温度为55~℃60,溶剂氯仿用量为PDCP体积用量的3倍,缚酸剂三乙胺(TEA)用量为PDCP摩尔用量的1.12倍。用端基分析法测最佳合成条件下产物的数均分子量和数均聚合度,测试结果表明,合成出的产物PPAP的数均聚合度和数据均分子量分别为2.47和551.04。(2)以树脂DM508为交联剂,通过“浸-轧-烘”阻燃整理工艺,将制备的PPAP整理到纯棉织物上。通过单因素试验,总结出阻燃整理的最佳工艺条件为:催化剂用量25g/L,FR用量350g/L,交联剂用量为100g/L,160℃焙烘3 mmin。在最佳工艺条件下,整理后织物无续燃和阴燃,炭损毁长度可降低至9.8 cm,LOI可达到29.9,断裂强力下降22.8%。但是整理织物不耐水洗。(3)为研究PPAP对织物的阻燃机理,制备了另一种与PPAP有相似分子结构的含磷但不含氮的阻燃剂PHPP,通过比较分析法,分析了PPAP与PHPP对织物的阻燃性能,从而深入地推断了PPAP对织物的固相—气相阻燃作用机理和中断热交换阻燃作用机理。通过比较分析具有相似分子结构的PHPP和PPAP对棉织物热失重(TGA)曲线的影响,进一步阐述了PPAP对织物的阻燃机理:PPAP的热分解温度范围为217~291℃,其分子中P-N-C键在217℃时先行裂解,PPAP分解过程中改变了棉纤维的热裂解历程,促使了其炭化,抑制了燃烧,然而阻燃剂中的促使基材成炭主要源自于磷元素的作用,而非氮元素,氮元素不能催化体系成炭。分析表明合成的低聚物阻燃剂PPAP因氮磷协同效应而对棉织物有较好的阻燃效果,因此,这种阻燃剂可以被用作棉织物非耐久阻燃整理剂。
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