新型磷氮阻燃剂的制备及其在涤棉织物中的应用_李强林

成都纺织高等专科学校学报Journal of Chengdu Textile College

第32卷第3期（总第117期）

2015年7月

Vol.32，No.3（Sum 117）

收稿日期：2015－05－15

基金项目：四川省国际科技合作与交流研究计划（2012HH0010）和四川省教育厅重点项目（12ZA005），成都纺织高等专科

学校成果转化重大培育项目（2014fzlkpy01）。

第一作者：李强林（1975－），

男，博士，副教授，研究方向：功能材料与阻燃纺织品研究。新型磷氮阻燃剂的制备及其在涤棉织物中的应用

李强林，

黄方千，李建波，黄慧，佘

诚，吴

楷

（成都纺织高等专科学校材料与环保学院，四川成都611731）

摘

要：涤棉织物（T /C ）既具有天然纤维的吸湿透气性能，也具有化学纤维的耐磨、高强度、

抗褶皱等性能，从而被广泛用在服装行业和装饰领域，但因其燃烧时的“灯芯效应”使得T /C 十分容易燃烧，且阻燃处理难度比任一单组分织物的阻燃难度大很多。本文以2-羧乙基苯基次膦酸（CEPPA ）、三聚氰胺（MA ）、咪唑（IMI ）等为原料合成了三种新型磷氮阻燃剂（PN-FＲs ）CE-PAM ，CEPAIM 和CEPAIMA ，再将其分别与抑烟剂、丙烯酸乳液等助剂复合后制成阻燃涂层剂，并对T /C 进行涂层整理，测试了阻燃织物的热分解、阻燃、耐水洗等性能。研究表明，经阻燃整理的织物在垂直燃烧测试中可达到离火自熄，LOI 高达31.1%，其热降解速率降低了16.5%/min ，经1次、10次洗涤后其LOI 分别为27.3%、25.7%，说明阻燃剂CEPAM 不仅对涤棉织物具有优良的成炭性能，而且该方法处理的阻燃纺织品具有良好的阻燃耐久性，在汽车、建筑、家具、帐篷用布等领域具有巨大的应用前景。

关键词：阻燃剂

合成

涤棉织物

涂层

耐久性

中图分类号：TQ323.6文献标识码：A

文章编号：1008-5580（2015）03-051-070引言

据公安部火灾事故调查统计，每年因为纺织品

的燃烧或扩大而引起的火灾占到火灾总数的20%以上。阻燃纺织品可以有效延长点燃时间，减慢火焰蔓延速率，减小热释放速率和热释放总量，减少烟释放量

［1，2］

，从而防范火灾事故发生，减小火灾

危害，有效保护人们的生命、财产安全。由于涤棉混纺织物（T /C ）的理化性质互补，不仅具有优良的吸湿性、透气性、手感柔软舒适等优良的服用性能，而且还具有强度高、耐磨性好、色牢度高、耐酸耐热性好等合成纤维的优点，而被广泛应用于服装行业、家具、汽车、建筑等装饰领域。T /C 织物占到纺织品总量的65%。但由于T /C 织物燃烧时的“灯芯效应”，可燃性高，一旦着火，难以熄灭［3］

，容易

引起火灾，给人民的生命、财产安全造成巨大的危

害，从而限制了它的应用范围

［4］

。因此，T /C 织物

的阻燃研究对纺织工业和家装行业的发展具有十分重要的意义，也是一个亟待解决的难题［3］

。在前

期工作中，我们已设计并制备了一系列新型含磷阻

燃剂

［5，6］

和磷氮协效阻燃剂

［7－11］

，达到良好的阻燃

效果。本文以2-羧乙基苯基次膦酸（CEPPA ）、咪唑、三聚氰胺等为原料合成了新型磷氮阻燃剂，再与抑烟剂、丙烯酸乳液等复合后制成涂层剂，并对T /C 进行涂层整理，研究了阻燃剂的合成、复合、涂层整理等工艺和测试了热分解、阻燃、耐水洗等性能。

1

实验部分

1.1

主要原料

涤棉织物（T /C ）（120g /m 2

，

平纹，50/50）由四川棉纺厂提供。2-羧乙基苯基次膦酸（CEPPA ，工业纯）由淄博都邦化工提供；咪唑、三聚氰胺、硼酸

成都纺织高等专科学校学报2015年7月

锌均由成都科龙化工提供；丙烯酸乳液（工业级，

含固量40%）和增粘剂（工业级）由成都桂溪建设

化工提供。

1.2磷氮阻燃剂的合成

将21.42g2-羧乙基苯基次膦酸（CEPPA）和

16.42g咪唑溶于100ml的80ħ的热水中，然后蒸

干水分，在搅拌下加入催化剂，160ħ高温反应

10min，得白色固体25.75g，即为新型磷氮阻燃剂

CEPAIM，产率82%。CEPAIM的FTIＲ数据：3408

（N-H），3135（NH+），3055（Ar-H），2967（CH

2

），

2839（CH

2

），2494，1903，1710（C=O），1593，1436

（arC-P），1414，1438，1257（P=O），1120，1014，

905，874，840，797，748，699，630，533，506，429。

将21.42g2-羧乙基苯基次膦酸（CEPPA）溶

于100ml沸水中，在搅拌下加入12.61g三聚氰胺，

反应10min得白色沉淀，完全冷却后，过滤，得白色

固体。然后将白色固体和催化剂加入蒸发皿中加

热至150ħ反应5min，得浅黄色硬而脆的固体

27.7g，即为新型磷氮阻燃剂CEPAMA，产率86%。

CEPAM的FTIＲ：3332（N-H），3169（NH+），（Ar-

H），2952（CH

2），2843（CH

2

），1670（C=O），1402

（arC-P），1256（P=O），1130，1686，1017，878，800，672，481。

将21.42g2-羧乙基苯基次膦酸（CEPPA）溶于100ml沸水中，在搅拌下加入6.30g三聚氰胺和8.21g咪唑，反应10min得白色沉淀，完全冷却后，过滤，得白色固体。然后将白色固体和催化剂加入蒸发皿中加热至160ħ反应10min，得浅黄色固体31.6g，即为新型磷氮阻燃剂CEPAIMA，产率84%。CEPAIMA的FTIＲ数据：3467，3336（N-H），3131

（NH+），3045（Ar-H），2983（CH

2），2843（CH

2

），

1672（C=O），1550，1435（arC-P），1403，1438，1252（P=O），1109，895，753，727，698，656，628，553，499。

1.3阻燃涂层剂配方

新型磷氮阻燃剂25g

季戊四醇5g

硼酸锌5g

水性聚氨酯乳液200g

增粘剂5g

水160g

合计400g

粘度：2500mPa·s，干态涂层中新型磷氮阻燃剂含量约20%。

1.4阻燃整理工艺

阻燃涂层整理工艺如图1所示。T/C织物经刮刀涂层，涂层厚度0.3mm 1mm，湿态增重率约为120%，然后在110ħ预烘5min，在130 160ħ焙烘3min。部分布样未经水洗直接进行测试，另一部分布样经过40ħ蒸馏水浸泡洗涤90ħ烘干后，再测试

。

图1涤棉织物的阻燃涂层整理工艺图

1.5水洗工艺

涂层整理后的织物按照GB-T17596-1998《纺织品织物燃烧试验前的商业洗涤程序》洗涤后90ħ烘干。涂层剂的附着量（add-on%）计算公式如下：

add－on%=

m

t

－m

m

t

ˑ100%（1）

（1）式中，m

o

和m t分别表示T/C织物涂层整理前后的质量。

1.6燃烧性能测试

用HC-2C型氧指数测定仪（中国南京上元分析仪器）按照GB/T5454-1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》规定进行测试。

用CZF-2型垂直燃烧仪（中国江宁县分析仪器厂）按照GB/T5455-1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》规定进行测试。

用YG（B）815D-II型水平法燃烧仪（温州市大荣纺织仪器）按照FZ/T01028-1993《纺织织物燃烧性能测定水平法》规定进行测试，火焰分别接触涂层面和未涂层面。

1.7综合热分析测试（TG-DSC）

用德国耐驰公司（NETZSCH）生产的同步热分

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