螺環(huán)磷酰四氫吡咯的合成及其對棉布的阻燃研究.pdf

1、棉織物被廣泛地應(yīng)用到世界各地、各種行業(yè)中。但是，易燃性是棉織物的最大缺點。每年由于織物燃燒而引起的火災(zāi)占火災(zāi)總量的一大部分，對人們的生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重的危害。當(dāng)前，大多數(shù)的阻燃劑是含鹵素、氮或有機磷的化合物，例如:Proban和Pyrovatex CP，但他們在制造加工和使用過程中有甲醛的釋放，并且含鹵素的阻燃劑在焚燒的過程中可能有高度致癌的二嗯英生成，其應(yīng)用和發(fā)展受到限制。磷-氮型阻燃劑，是一種無鹵、無甲醛的環(huán)境友好型阻燃劑，其在受熱時

2、膨脹，在阻燃材料表面形成一層致密的炭層，從而使阻燃材料免受熱和火的侵蝕，隔絕空氣，達(dá)到阻燃的效果。
　　本文以季戊四醇和三氯氧磷反應(yīng)生成螺環(huán)磷酰氯(SPDPC)，以SPDPC為中間體，與四氫吡咯反應(yīng)，合成了磷-氮型阻燃劑螺環(huán)磷酰四氫吡咯酯(TPSP)。SPDPC與四氫吡咯摩爾比約為1∶4，丙酮為溶劑，回流5-6 h，然后抽濾、洗滌、干燥，得到白色粉末狀的螺環(huán)磷酰四氫吡咯酯，用紅外、磷核磁、氫核磁、元素分析等一系列手段表征了TPSP

3、的結(jié)構(gòu)。
　　用合成的螺環(huán)磷酰四氫吡咯酯(TPSP)與水性聚丙烯酸酯膠黏劑復(fù)合制成阻燃涂層膠，對棉布進(jìn)行阻燃整理。通過正交試驗得到了較優(yōu)的阻燃整理條件:阻燃劑與粘合劑聚丙烯酸酯的質(zhì)量比（阻/膠）為1.5∶1，棉布與阻燃膠的質(zhì)量比（布/阻+膠）為60∶40，焙烘溫度為140℃，焙烘時間為1.5 min。此時，棉布的LOI值由未阻燃的18.2％升高到28.9％，阻燃等級達(dá)到B1級，斷裂強力由未阻燃的364N(經(jīng)向)和320 N(緯向)

4、升高到917N(經(jīng)向)和472N(緯向)。說明TPSP阻燃膠不但提高了棉布的阻燃性，而且提高了棉布的斷裂強力。對優(yōu)化條件下整理的棉布進(jìn)行熱重分析，結(jié)果表明，阻燃劑TPSP有效地提高了棉布的成炭性能。對熱分解過程產(chǎn)生的氣體進(jìn)行實時紅外分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，阻燃整理后棉布一直有揮發(fā)物產(chǎn)生，CO2產(chǎn)生的量都隨溫度的升高而增多。錐形量熱測試發(fā)現(xiàn)，TPSP阻燃后棉布的熱釋放速率(HRR)值降低了，表明其阻燃性提高了。
　　為了進(jìn)一步提高TPSP的

5、阻燃能力，降低阻燃棉布的熱釋放和煙釋放，減少成本，本論文在最優(yōu)條件下，將TPSP與聚磷酸銨按不同的比例進(jìn)行復(fù)配阻燃棉織物，并且對其進(jìn)行燃燒性能和力學(xué)性能的測試。結(jié)果表明，APP的加入比單獨TPSP的阻燃效果好。綜合測試結(jié)果，TPSP與APP的最佳復(fù)配條件是1∶2。對優(yōu)化條件下整理的棉布進(jìn)行熱重分析，結(jié)果表明，加入APP之后樣品的初始分解溫度降低了，在600℃時的殘余量有所增加，從38.9％增加到42.6％，說明APP的加入促進(jìn)了TPSP

6、的分解，成炭量增加。對熱分解過程產(chǎn)生的氣體進(jìn)行實時紅外分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加入APP后揮發(fā)物產(chǎn)生在較低的溫度，CO2增加的快了。錐形量熱測試發(fā)現(xiàn)，加入APP之后，熱釋放速率和CO釋放量降低了。也證明了整理后的棉織物的阻燃性提高。
　　為了進(jìn)一步減少阻燃棉織物的煙釋放量，在阻燃涂層膠中加入一種金屬氧化物做抑煙劑，對其不同添加量進(jìn)行復(fù)配整理的阻燃棉織物進(jìn)行了LOI、TGA、垂直燃燒等測試。從錐形量熱測試可以看出，添加金屬氧化物之后，產(chǎn)煙的