纺织学报 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (12): 79-85.doi: 10.13475/j.fzxb.20180903207

• 染整与化学品 • 上一篇    下一篇

棉用新型含磷氮阻燃剂的合成及其应用

孙玉发1,2, 周向东1,2()   

  1. 1.苏州大学 纺织与服装工程学院, 江苏 苏州 215021
    2.苏州大学 现代丝绸国家工程实验室, 江苏 苏州 215123
  • 收稿日期:2018-09-13 修回日期:2019-08-08 出版日期:2019-12-15 发布日期:2019-12-18
  • 通讯作者: 周向东
  • 作者简介:孙玉发(1993—),男,硕士。主要研究方向为功能纺织助剂的研发。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(21774085/B040107)

Synthesis and characterization of novel phosphorous and nitrogen-containing flame retardant for cotton fabrics

SUN Yufa1,2, ZHOU Xiangdong1,2()   

  1. 1. College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou, Jiangsu 215021, China
    2. National Engineering Laboratory for Modern Silk, Soochow University, Suzhou, Jiangsu 215123, China
  • Received:2018-09-13 Revised:2019-08-08 Online:2019-12-15 Published:2019-12-18
  • Contact: ZHOU Xiangdong

摘要:

为实现棉织物的无甲醛阻燃整理,以甲基膦酸二甲酯(DMMP)和二乙醇胺(DEA)为原料,二月桂酸二丁基锡为催化剂,通过酯交换聚合反应,合成了一种含磷氮聚醚二元醇的阻燃剂(PNFR)用于棉织物整理。借助红外光谱仪、热分析仪、扫描电子显微镜、极限氧指数仪和垂直燃烧仪对PNFR的结构及其整理织物性能进行表征。结果表明:当DMMP和DEA的量比为 1.0∶1.3,催化剂用量为反应物总质量的0.5%,反应温度为150 ℃,反应时间为5 h,合成的PNFR质量浓度为200 g/L时,整理后棉织物的续燃和阴燃时间均为0 s,损毁长度为12.1 cm,极限氧指数为28.4%,织物阻燃等级可达国家标准B1级;经10次水洗后,整理棉织物的极限氧指数下降至25.9%,其垂直燃烧性能仍可达B2级。

关键词: 阻燃剂, 磷氮二元醇, 酯交换, 棉织物, 协同阻燃

Abstract:

In order to achieve formaldehyde-free flame retardant finishing on cotton fabrics, a novel phosphorus and nitrogen-containing flame retardant polyether diol(PNFR) was synthesized from dimethyl methylphosphonate(DMMP) and diethanolamine(DEA) by transesterification polymerization using dibutyltin dilaurate as the catalyst, and it is also used for finishing cotton fabric. The structure and application performance of PNFR and the modified cotton were investigated by Fourier infrared spectrometer, thermal analyzer, scanning electron microscope, limited oxygen index tester and vertical burning instrument. The experimental results show that when the molar ratio of DMMP and DEA is 1.0∶1.3, the dosage of catalyst is 0.5% of total mass of reactants, the reaction temperature is 150 ℃, reaction time is 5 h and the dosage of PNFR is 200 g/L, the afterflame time, afterglow time, damaged length and limiting oxygen index(LOI) of the treated cotton fabric are 0 s, 12.1 cm and 28.4% respectively, reaching class B1 of national standard of flame retardant fabrics. Even after 10 washing cycles, class B2 of the treated cotton fabric is achieved while its LOI drops to 25.9%.

Key words: flame retardant, phosphorus and nitrogen-containing polyether diol, transesterification, cotton fabric, synergistic flame retardancy

中图分类号: 

  • TS195.5

图1

阻燃剂PNFR的合成反应过程"

表1

反应温度对阻燃剂合成及应用性能的影响"

温度/
阻燃剂颜
色状态
阻燃剂
数均分
子质量
整理棉的阻燃效果
续燃
时间/s
阴燃
时间/s
损毁
长度/cm
105 黄色黏稠液体 703 13.13 0.00 30.0
120 黄褐色黏稠液体 784 11.07 0.00 30.0
135 黄褐色黏稠液体 825 2.95 0.00 22.3
150 棕色黏稠液体 1 062 0.00 0.00 14.0
165 深棕色黏稠液体 1 034 1.64 0.00 16.1

表2

反应时间对阻燃剂合成及应用性能的影响"

反应时
间/h
阻燃剂颜
色状态
阻燃剂
数均分
子质量
整理棉织物的阻燃效果
续燃
时间/s
阴燃
时间/s
损毁
长度/cm
3 淡黄色黏稠液体 680 11.94 0.00 30.0
4 黄色黏稠液体 787 10.36 0.00 30.0
5 黄色黏稠液体 1 062 0.00 0.00 14.0
6 黄褐色黏稠液体 1 049 1.56 0.00 15.8
7 黄褐色黏稠液体 1 035 2.37 0.00 16.2

表3

催化剂质量分数对阻燃剂合成及应用性能的影响"

催化剂
质量分
数/%
阻燃剂颜
色状态
阻燃剂
数均分
子质量
整理棉织物的阻燃效果
续燃
时间/s
阴燃
时间/s
损毁
长度/cm
0.00 淡黄色黏稠液体 651 12.81 0.00 30.0
0.25 黄色黏稠液体 783 9.79 0.00 28.9
0.50 黄色黏稠液体 1 062 0.00 0.00 14.0
0.75 黄褐色黏稠液体 824 2.76 0.00 21.1
1.00 棕色黏稠液体 815 3.65 0.00 23.2

表4

单体物质的量比对阻燃剂合成及应用性能的影响"

DMMP
和DEA
的量比
阻燃剂
颜色
状态
阻燃剂
数均分
子质量
整理棉织物的阻燃效果
续燃
时间/s
阴燃
时间/s
损毁
长度/cm
1.0∶1.1 淡黄色黏稠液体 827 3.80 0.00 26.3
1.0∶1.2 淡黄色黏稠液体 915 1.04 0.00 18.5
1.0∶1.3 淡黄色黏稠液体 1 062 0.00 0.00 14.0
1.0∶1.4 黄色黏稠液体 834 2.96 0.00 21.3
1.0∶1.5 棕色黏稠液体 751 8.81 0.00 30.0

图2

PNFR的红外光谱图"

表5

PNFR质量浓度对棉织物应用性能的影响"

PNFR质量
浓度/(g·L-1)
白度/
%
质量增
加率/%
LOI值/
%
续燃时
间/s
阴燃时
间/s
损毁长
度/cm
100 78.2 8.3 24.9 3.44 0.00 26.3
150 75.9 9.1 26.3 2.13 0.00 22.7
200 73.1 12.7 28.4 0.00 0.00 12.1
250 65.4 13.5 28.7 0.00 0.00 10.8

表6

整理前后棉织物的表面元素含量"

整理前后
整理前 49.71 41.28 0.00 0.00 9.01
整理后 47.15 38.99 2.64 1.74 9.48

图3

棉织物整理前后的扫描电镜照片(×800)"

图4

PNFR整理前后棉织物的热稳定曲线"

图5

棉织物整理前后残炭的SEM照片(×1 000)"

表7

PNFR整理前后棉织物物理和阻燃性能"

处理方法 白度/
%
断裂强
力/N
LOI值/
%
续燃时
间/s
阴燃时
间/s
损毁长
度/cm
整理前 80.2 676.13 18.2 3.86 40.56 30.0
整理后 73.1 662.58 28.4 0.00 0.00 12.1
水洗10次 76.5 652.83 25.9 0.00 0.00 16.8

图6

垂直燃烧效果图"

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