新型有机磷系涤纶阻燃剂的合成制备及应用

摘要

磷氮系阻燃剂燃烧过程中的产物低毒低烟,是一种被广泛应用于工业生产的环境友好型阻燃剂。磷/氮阻燃体系中的阻燃元素具有协同作用,较含单一阻燃元素的阻燃剂具有更好的阻燃性能。类Mannich反应是一类非常重要的有机合成反应,这类反应条件温和、易于操作、原料易得,因此,无论在基础研究还是在工业生产中均有广泛的应用。本文主要以Mannich反应为基础,旨在合成一种磷氮系涤纶用耐久阻燃剂。首先选用不同的胺、醛、酯进行反应合成阻燃剂,通过对合成产物的表征及经产物整理布样的阻燃性能测试对反应物进行初次筛选,确定合适的反应物。通过对制得阻燃剂的外观形态、颜色、粘性、含固量等测试,了解该阻燃剂各项基本性能;通过红外、元素分析等手段初步测定所制得化合物分子结构及元素含量;通过垂直燃烧法、限氧指数法,对制得阻燃剂整理涤纶织物的阻燃性能进行测试。以此对合成过程各因素进行优化分析,确定最佳的合成路线。在此基础上,对制备的反应性阻燃剂进行了应用性能研究,在涤纶织物上,采用轧-烘-焙工艺,分别改变阻燃剂用量、焙烘温度、pH值等影响因素,通过测试炭长、极限氧指数,确定出了该阻燃剂的最佳整理工艺。此外,使用目前市场上常用的拒水拒油整理剂,分别与所制得的两种阻燃剂FR-1、FR-2,对涤纶织物进行同浴整理,考察所合成阻燃剂在同浴整理下与拒水拒油剂的兼容性。实验结果显示,阻燃剂FR-2与拒水拒油整理剂的兼容性较好,经同浴整理的织物阻燃性能和防水性能没有明显下降;而阻燃剂FR-1与拒水拒油整理剂的兼容性稍差,同浴整理对织物防水性影响较小,但对阻燃性能影响较大。本文还通过热重分析(TGA-DTG)和扫描电子显微镜(SEM)对经FR-1、FR-2整理前后的涤纶织物进行了分析。TGA-DTG测试结果表明,阻燃剂降低了涤纶织物的初始分解温度而提高了其高温残炭量;SEM测试结果表明,经阻燃剂整理的涤纶织物在燃烧时都能生成外表面连续而致密的炭层,其可以隔热、隔气,从而阻止纤维进一步燃烧。

目录

摘要

ABSTRACT

第1章 前言

1.1 阻燃纺织品发展概况

1.1.1 纺织品阻燃的必要性

1.1.2 阻燃纺织品的发展历史

1.1.3 阻燃纺织品的制造方法

1.2 阻燃剂的种类

1.2.1 卤系阻燃剂

1.2.2 磷系阻燃剂

1.2.3 氮系阻燃剂

1.2.4 硅系阻燃剂

1.2.5 协同阻燃剂

1.3 膨胀型阻燃剂

1.3.1 膨胀型阻燃剂的组成

1.3.2 膨胀型阻燃剂阻燃机理

1.4 涤纶织物的阻燃

1.4.1 涤纶织物的燃烧过程

1.4.2 涤纶织物的燃烧机理

1.4.3 涤纶织物的阻燃机理

1.4.4 涤纶织物阻燃整理现状

1.5 亚磷酸酯类Mannich反应

1.5.1 反应机理

1.5.2 反应应用

1.6 课题研究目的及内容

1.6.1 课题研究目的

1.6.2 课题研究内容

第2章 反应物的筛选

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验药品

2.2.2 实验材料及仪器

2.2.3 阻燃剂的制备

2.2.4 阻燃整理工艺

2.2.5 性能测试

2.3 反应物的筛选

2.3.1 制备产物的基本性能

2.3.2 制备产物的阻燃性能

2.4 小结

第3章 阻燃剂FR-1的制备及应用性能测试

3.1 引言

3.2 实验内容

3.2.1 实验药品

3.2.2 实验材料及仪器

3.2.3 性能测试

3.3 阻燃剂FR-1的制备

3.3.1 合成工艺的单因素讨论

3.3.2 最佳合成工艺的探讨

3.4 阻燃剂FR-1性能测试

3.4.1 红外图谱

3.4.2 元素分析

3.4.3 阻燃剂FR-1基本物理性能指标

3.5 阻燃整理工艺探讨

3.5.1 阻燃整理工艺单因素讨论

3.5.2 阻燃整理最佳工艺的探讨

3.6 整理后织物的阻燃性能分析

3.6.1 整理工艺参数

3.6.2 整理后织物阻燃性能及耐洗性

3.6.3 阻燃热重分析

3.6.4 SEM分析

3.7 整理后涤纶织物的物理机械性能

3.8 整理织物的游离甲醛问题

3.9 结论

第4章 阻燃剂FR-2的制备及应用性能测试

4.1 引言

4.2 实验内容

4.2.1 实验药品

4.2.2 实验材料及仪器

4.2.3 性能测试

4.3 阻燃剂FR-2的制备

4.3.1 合成工艺的单因素讨论

4.3.2 最佳合成工艺的探讨

4.4 阻燃剂FR-2性能分析

4.4.1 红外图谱

4.4.2 元素分析

4.4.3 阻燃剂FR-2物理性能指标

4.5 阻燃整理最佳工艺讨论

4.5.1 阻燃整理工艺单因素讨论

4.5.2 阻燃整理最佳工艺的探讨

4.6 整理织物阻燃性能分析

4.6.1 整理工艺参数

4.6.2 整理织物阻燃耐洗性

4.6.3 阻燃热重分析

4.6.4 SEM分析

4.7 整理后涤纶织物的物理机械性能

4.8 整理织物的游离甲醛问题

4.9 结论

第5章 涤纶织物阻燃拒水拒油复合整理探讨

5.1 引言

5.2 实验内容

5.2.1 实验药品

5.2.2 实验材料及仪器

5.2.3 整理工艺及处方

5.2.4 测试方法及标准

5.3 实验部分

5.3.1 工作液稳定性测试

5.3.2 同浴整理对织物阻燃整理效果的影响

5.3.3 同浴整理对织物拒水拒油效果的影响

5.4 结论

第6章 总结

6.1 本论文主要结论与特色

6.2 有待进一步解决的问题

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文