棉用三嗪类反应型阻燃剂的合成及应用研究

摘要

棉纤维织物因其柔软、舒适、吸湿、透气性好、亲肤性强、耐用等特点成为全球最广泛应用的面料之一。在广泛应用棉织物的同时，棉纤维织物的氧指数只有18 vol％，易燃烧，易热解，由于棉织物燃烧引起的火灾给人们生产生活带来很大的损失，故而研究成本低廉、低烟低毒、环境友好、阻燃性能良好的新型棉用阻燃剂具有重要的理论意义和实际意义。
　　本文以三聚氯氰、亚磷酸三乙酯、新戊二醇、丙三醇、季戊四醇等为原料，合成一类具有多反应活性基团的三嗪类阻燃剂：双氧代（3-亚磷酸乙酯-5-氯-1-三嗪）新戊二醇（DTCTNG）、三氧代（3-亚磷酸乙酯-5-氯-1-三嗪）丙三醇（TTCTG）、四氧代（3-亚磷酸乙酯-5氯-1-三嗪）季戊四醇（TTCTPT）。并通过FTIR、1H-NMR、31P-NMR成功对每种阻燃剂的分子结构进行表征；通过热重测试（TG）对每种阻燃剂的热性能进行了研究，结果表明DTCTNG、TTCTG、TTCTPT为性能较优成炭剂；通过对反应溶剂、缚酸剂、反应温度、反应物料比、反应时间等进行研究，确定了每种阻燃剂的最佳合成工艺条件。
　　将合成的阻燃剂应用于棉织物基体上，通过“浸轧焙烘法”进行阻燃整理。并通过研究阻燃剂本身的阻燃性能、催化剂种类、催化剂用量以及阻燃剂用量对阻燃棉纤维的阻燃性能的影响，确定了每种阻燃剂阻燃整理棉织物的最佳阻燃整理工艺条件。应用全反射红外（ATR-FTIR）对阻燃前后的棉纤维织物的结构进行测试，结果表明阻燃剂与纤维素分子发生了一定的接枝反应；利用垂直燃烧测试、极限氧指数测试（LOI）对阻燃整理的棉织物的阻燃性能进行研究，结果表明在最佳整理工艺条件下，经阻燃整理的棉织物的LOI均大于26 vol%，在垂直燃烧过程中均可自熄，且能达到纺织品阻燃B1级；通过TG对阻燃棉织物的热稳定性进行研究，结果表明经阻燃整理的棉织物的初始分解温度及最大热分解温度均有降低，600?C的残炭率均高达30%以上，说明阻燃棉纤维的热稳定性得到了很大程度的提高；通过扫描电镜测试（SEM）对阻燃整理前后的棉纤维及燃烧前后的棉纤维的残炭形貌进行研究，结果表明，阻燃剂包覆渗透于阻燃整理的棉纤维基体上，燃烧后，阻燃整理的棉纤维仍能保持纤维结构的完整性，且其表面覆有致密的炭化层，这些进一步说明所合成的阻燃剂DTCTNG、TTCTG、TTCTPT具有良好阻燃性能。
　　对DTCTNG阻燃整理的棉织物的耐水洗性进行研究，分别应用三种不同成分的阻燃整理液对棉织物进行阻燃整理：只含 DTCTNG，含有 DTCTNG、催化剂，含有DTCTNG、催化剂、交联剂的阻燃整理液。研究不同成分的添加剂对阻燃棉纤维的耐水洗性影响。利用ATR-FTIR对水洗50次后织物的结构进行测试，结果表明，水洗后仍可发现阻燃剂DTCTNG的特征吸收峰，说明阻燃剂与纤维素分子真正发生了接枝反应；应用TG对水洗50次后织物的热稳定性进行研究，结果表明，水洗50次后织物的初始分解温度及最大热分解温度均有所下降，在高温下的残炭率均有增加，说明水洗后织物仍具有较好的热稳定性；利用LOI测试对经不同水洗次数的织物的阻燃性能进行研究，结果表明（i）阻燃整理后的织物经50次水洗后的氧指数为19.3 vol%，（ii）加入催化剂后，氧指数提高为20.0 vol%，说明催化剂可以促进阻燃剂DTCTNG与纤维素分子接枝反应的进行，（iii）加入交联剂后，氧指数进一步增加为21.7 vol%，说明在交联剂作用下，阻燃剂DTCTNG与纤维素分子间发生接枝反应得到更为稳定的交联网状结构，因而增加了阻燃棉纤维的耐久性；利用SEM对水洗后阻燃织物燃烧后的残炭形貌进行研究，结果表明，经50次水洗后的织物燃烧后，仍可保持纤维结构的完整。这些结果均表明，阻燃棉织物具有良好的阻燃性能和耐水洗性能。

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第一章绪论

1 .1 前言

1 .2 阻燃剂的分类及阻燃机理

1 .2 . 1 阻燃剂的分类

1 .2 . 2 阻燃剂的阻燃机理

1 .3棉纤维织物的燃烧及阻燃整理

1 .3 .1棉纤维织物的性质

1 .3 .2棉纤维织物的燃烧机理

1 .3 .3棉纤维织物阻燃整理分类

1 .3 .4棉纤维织物的阻燃后整理方法

1 .4棉用阻燃剂的研究进展

1 .5本课题的研究意义及内容

第二章新型含多反应活性基团三嗪类阻燃剂的合成与表征

2 .1实验原料及仪器设备

2 .1 .1原料及试剂

2 .1 .2仪器及设备

2 .2 实验部分

2 .2 . 1 阻燃剂的合成

2 .2 . 2 测试方法

2 .3结果与讨论

2 .3 .1结构表征

2 .3 .2热稳定性研究

2 .3 .3合成优化工艺条件研究

2 .4本章小结

第三章新型含多反应活性基团的三嗪类阻燃剂阻燃棉织物的制备与性能研究

3 .1实验原料及仪器设备

3 .1 .1原料及试剂

3 .1 .2仪器及设备

3 .2实验部分

3 .2 .1阻燃棉织物的制备

3 .2 .2测试方法

3 .3结果与讨论

3 .3 .1阻燃棉织物的整理工艺条件研究

3 .3 .2阻燃棉织物的性能研究

3 .4本章小结

第四章结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢