阻燃涂层配方分析

阻燃涂层配方分析
一、背景
阻燃涂层应用于涂料、塑料和橡胶, 在纺织材料上也有一定的应用,阻燃是指基材经阻燃剂处理后, 可燃性降低, 不能形成大面积燃烧; 离开火焰后, 基材能很快自熄,不再续燃和阴燃。

阻燃剂种类众多, 主要有卤系、磷系、磷氮系以及硅系等。

卤系和磷系协同使用, 可增强两者的热稳定性；磷氮系阻燃剂, 是一种典型的膨胀型阻燃剂, 是无卤、高效、低烟、低毒的新型阻燃剂, 广泛应用于各个行业的阻燃材料中，如今重点介绍其在纺织、纤维上的应用。

二、阻燃涂层
2.1膨胀型阻燃剂
磷氮系阻燃剂属膨胀型阻燃剂(IFR)，由C、N、P为主要核心成分组成，对多种易燃聚合物都具有十分良好的阻燃效果。

具有阻燃效率高、低毒、无腐蚀性以及与高分子材料相容性好等优点。

此类阻燃剂处理的聚合物在燃烧或热裂解时会在聚合物表面形成一层均匀的泡沫炭质层，该炭层具有隔热、隔氧、防止融滴产生的作用，能有效阻止有毒烟气和腐蚀性气体的产生及扩散，是一种可以实现无卤化的环保型阻燃剂。

该系阻燃剂结合了成碳催化剂与发泡剂的作用于一体，对火的防护有多种动作模式。

在起始阶段，释放出不可燃性蒸气而产生吸热效果，紧接着，游离的磷酸促使碳层的形成，而碳层将作为热、氧气以及热分解产物的载体。

蒸气使碳层发生膨胀而使热绝缘性提高，碳层的强度由于阻燃剂转化为PNO而得到进一步的加强。

磷氮系阻燃剂目前已广泛应用于塑料、油漆、电子元器件和涂料等领域之中，用于防止热和火焰对不同物质的侵袭。

2.1.1膨胀型阻燃剂的组成
IFR主要由炭源(成炭剂)、酸源(脱水剂)和气源(发泡剂)三部分组成。

酸源(脱水剂)多为无机磷酸和能生成无机酸的盐, 如聚磷酸胺(APP)、P2O5、磷酸醋等；碳源(成炭剂)多为含碳的多元醇化合物，如淀粉、蔗糖、季戊四醇(PE R )等，其有效性与碳含量及活性羚基的数量有关；气源(发泡源)一般为含氮化合物，如尿素、聚氨酯（PU）、三聚氰胺(MEL )等。

人们早期的研究工作主要放在将上述三源复合的“混合型”IFR的研究和开发上，并且已经有部分产品商品化。

为了使三种组分混合更均匀, 更好的发挥自身的阻燃作用, 美国Great Lakes公司以季戊四醇为基磷酸醋三聚氰胺盐Char-Guard CN-329，MR-80、Exolit
系Melapur PA-90等。

2.2合成型的磷酸酯
2.2.1季戊四醇双磷酸酯蜜胺盐
季戊四醇双磷酸酯蜜胺盐(简称PDM)，具有良好的阻燃性能和热稳定性。

工业路线：以和季戊四醇和卤代氧磷，在二氯甲烷和四氯化碳等溶剂中，制得季戊四醇双磷酸酰氯（PDD），再与三聚氰胺反应制备得（PDM）。

2.2.2 季戊四醇双磷酸酯三溴苯胺盐
以三氯氧磷、季戊四醇、苯胺和液溴为原料，合成具有成炭结构的氮磷溴协效阻燃剂季戊四醇双磷酸酯三溴苯胺盐。

2.2.3 聚季戊四醇磷酸酯
先用无溶剂法合成出PDD，然后以乙腈为溶剂，在氮气的保护下加入溶有对苯二酚的乙腈溶液，一定温度下充分反应后，加入适量的三乙胺，成功地制得聚季戊四醇磷酸酯对苯二酚。

2.2.4 新戊二醇磷酸酯酰氯(DOPC)
以三氯氧磷、新戊二醇为原料，先合成新戊二醇磷酸酯酰氯(DOPC)，然后以乙腈为溶剂，吡啶为缚酸剂，缓慢滴加间苯二胺，充分反应制得新戊二醇间苯二胺双磷酸酯。

2.2.5三聚氰胺磷酸盐(MP)
以 6. 2,4,8,10-四氧-3，9-二磷螺环[5,5]十一烷-3，9-二氧-3，9-二三聚氰胺盐(C-329)7. 1,5双(2，6，7-三氧-1-磷-双环[2,2,2]辛烷-1-氧甲基)磷酸酯三聚氰胺盐(MeIabis)。

2.3膨胀型阻燃剂在纺织材料上的应用
IFR 凭其优异的阻燃性、环境友好性和较好的实用性, 目前广泛的应用于涂料、塑料和橡胶, 在纺织材料上也有一定的应用。

将P2O5与磷酸混合为酸源加热反应5-20min ，然后加人季戊四醇、三聚氰胺和颜色改良剂，制得膨胀型阻燃剂，将其与成膜物质混合后，并加入磷酸酯类阻燃剂对厚重棉织物进行涂层阻燃整理加工，织物手感柔软、透气性好、安全性高, 既不损伤织物的强力和手感,，又赋予织物良好的阻燃性能。

三、常见阻燃涂层参考配方
阻燃涂层配方1
成分质量百分比成分说明
苯丙乳液20.0-25.0% 成膜物质
聚磷酸铵12.0-13.0% 脱水剂
淀粉8.0-9.0% 成炭剂
六溴环十二烷7.5-9.0% 阻燃剂
双氰胺 5.0-6.0% 发泡剂
氢氧化铝（磷酸铝） 6.0-7.0% 辅助阻燃剂
乙基双环磷酸 3.0-3.5% 磷酸酯类阻燃剂
甲基磷酸环己酯 2.5-3.0% 磷酸酯类阻燃剂
甲基磷酸二甲酯 1.5-1.0% 磷酸酯类阻燃剂
甲基磷酸双环戊酯 3.0-4.0% 磷酸酯类阻燃剂
水余量/
阻燃涂层配方2
成分质量百分比成分说明
纯丙乳液18-25% 成膜物质
聚磷酸铵15.0-16.0% 脱水剂
季戊四醇 5.0-8.0% 成炭剂
三聚氰胺 5.0-8.0% 发泡剂
磷酸铝 3.0-5.0% /
十溴二苯乙烷 5.0-8.0% 阻燃剂
磷酸异丙基苯二苯酯 5.0-8.0% 阻燃、增塑剂
水余量/
四、市面常见纺织助剂：
精练剂、染色剂、匀染剂、柔软剂、毛效提升剂、涤纶低温染色载体、代用碱、CT粉、螯合分散剂、无磷环保螯和剂、酸性匀染剂、棉用匀染剂、腈纶匀染剂、平滑剂、丝光渗透剂（丝光油）、化纤油剂（涤纶油剂、POY油剂）、高效退煮粉、双氧水稳定剂、除硅剂、起泡剂、皂洗剂（低泡皂洗剂、酸性皂洗剂、白地防沾皂洗剂）、缩呢剂、液蜡（纱线平滑剂）、整理剂、抗静电剂、羊毛丝光剂、起毛剂、固色剂（无醛固色剂、翠兰固色剂、变色固色剂、酸性固色剂）、硬挺剂、氧漂稳定剂、去油纱剂、印花助剂。