磷酸酯阻燃剂PPAP的制备及其在纯棉织物上的应用研究

摘要

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1H 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25 g/L，FR用量350 g/L，交联剂用量为100 g/L，160℃焙烘3 min。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。