磷酸盐阻燃液的制备及阻燃棉布的应用

张旭，王志，王旭，谢华

（沈阳航空航天大学安全工程学院，辽宁 沈阳 110136）

棉布具有穿着柔软舒适、保暖、吸湿、透气性强、易于染整加工等特点，由于它的这些天然特性，已被广泛应用于服装和室内装饰材料中。但是，由于其易于燃烧容易酿成火灾。因此，很多国家颁布了各类纺织品的阻燃标准以减少或者避免由此造成的经济损失和人员伤亡[1-2]。磷酸盐阻燃液作为阻燃剂的一类，由于其具有价格低、使用方便、阻燃效果明显等优点，所以被大量用于木材、织物、纸张等可燃基材的阻燃处理[3-5]，从而可以有效延缓或阻止可燃基材的燃烧为人员逃生和灭火赢得宝贵时间。因此，研究磷酸盐阻燃液的制备及应用就显得十分必要。本论文制备9 种不同比例的磷酸盐阻燃液，对棉布进行阻燃处理，测试其阻燃性能并分析阻燃效果。

1 实 验

1.1 阻燃液及样品的制备

磷酸盐阻燃液由磷酸氢二铵和磷酸二氢铵混合配制而成。制备过程如下：磷酸氢二铵和磷酸二氢铵两种分析纯药品以9∶1（90g，10g）、8∶2（80g，20g）、7∶3（70g，30g）、6∶4（60g，40g）、5∶5（50g，50g）、4∶6（40g，60g）、3∶7（30g，70g）、2∶8（20g，80g）、1∶9（10g，90g）的质量比称取后放入 2000mL 的烧杯中，加入溶剂1000mL 的去离子水配制阻燃液，然后选择棉布进行浸泡阻燃处理，24h 后取出自然晾干作为表征样品。

1.2 样品的阻燃性能表征

使用微机差热天平（北京恒久科学仪器厂，HCT-1 型）对样品进行差热-热重（DTA-TG）分析。在差热-热重分析中根据所测试样品的物化性质，棉布选取温度范围为 50～700℃，升温速率都为10℃/min，实验样品的质量为8～10mg。

使用锥形量热仪（南京上元分析仪器有公司，SZL-1 型）对样品热释放速率（HRR）进行研究。实验样品的规格皆为 100mm×100mm，并用0.025mm 的铝箔5 面包裹，露出上表面，铝箔应伸出上表面3mm[6]。为了对比不同阻燃处理材料在相同的条件下的热释放速率，所有的实验都选取热辐射通量为35 kW/m2。

2 结果与讨论

2.1 DTA-TG 分析

由图1 的TG 曲线可知，在温度为350℃时，未阻燃处理的棉布热失重已经超过85%，而阻燃处理的所有棉布在500℃以后热失重还未超过85%。此外，从图1 中还可以发现未阻燃处理棉布的TG曲线在300～350℃之间的失重率最大，对应其DTG曲线（如图2 所示），表明未阻燃处理棉布在此温度燃烧失重。经过阻燃处理样品的TG 曲线基本在200～275℃之间的失重率最大，对应DTG 曲线在225～300℃之间时有个峰值，主要是由于磷酸二氢 铵分解生成偏磷酸铵和磷酸混合物从而失去氨和水所产生的；而由图1 的TG 曲线和图2 的DTG 曲线都可以看出，经过阻燃处理棉布的燃烧失重是平缓进行的，明显区别于未阻燃处理棉布。目前的实验结果说明，经过阻燃处理棉布的失重率有很大的降低，对棉布的阻燃性能有很大提高。

图1 未阻燃处理和经过不同比例阻燃处理棉布的剩余质量分数曲线

图2 未阻燃处理和经过不同比例阻燃处理棉布的DTG 曲线

DTA曲线如图3所示，未阻燃处理棉布在170℃之下为吸热阶段，在170℃之上处于放热阶段，且在350℃左右时达到峰值，说明未阻燃处理棉布在此达到轰然条件完全燃烧。经过阻燃处理棉布的DTA 曲线在240℃之下处于吸热阶段，在240℃之上为放热阶段，放热阶段曲线较“平坦”且DTA 峰值较小。由此可见，经过阻燃处理棉布的DTA 曲线右移峰值减小，说明经过阻燃处理棉布吸热量增加、放热量减小，阻燃效果明显。

图3 未处理和经过不同比例阻燃处理棉布的DTA 曲线

2.2 HRR 分析

图4 是在35kW/m2热辐射通量下未阻燃处理和经过不同比例阻燃处理棉布的HRR 曲线。从图4中可知，经阻燃处理棉布的HRR 大大降低，且热释放速率峰右移，说明经阻燃处理后棉布延迟点燃时间和热量释放。从图4 中还可以发现，阻燃处理棉布的HRR 曲线比未阻燃处理棉布曲线较“平坦”，说明棉布经阻燃处理后热降解生成可燃性挥发物的速度大大降低，同时可燃性挥发产物的释放或燃烧热量释放的时间分布趋于平均，这对于降低热量向棉布的反馈是非常有利的，因此可以判定阻燃效果十分明显。

图4 在35kW/m2热辐射通量下未阻燃处理和经过不同比例阻燃处理棉布的HRR 曲线

此外，由图4 看出经阻燃处理棉布的HRR 及其峰值与磷酸盐的比例有关，即随着磷酸氢二铵和磷酸二氢铵比例的减小，HRR 及其峰值减小。当磷酸氢二铵和磷酸二氢铵比例为2∶8 时，峰值达到最低18.9kW/m2，等于未阻燃处理棉布的12.5%，说明阻燃效果最佳。

表1 中可以看出，未阻燃处理棉布的点燃时间和到达峰值时间都小于其他阻燃处理棉布，经过阻燃处理棉布点燃时间和到达峰值时间都基本接近，说明经过阻燃处理的棉布火灾危险性降低。其中，磷酸氢二铵和磷酸二氢铵比例为2∶8 的棉布点燃时间和达到峰值时间最长，阻燃效果最好。

表1 棉布CONE 分析数据

3 结 论

（1）不同质量比例的磷酸盐阻燃液被制备得到并成功应用于棉布的阻燃处理。该阻燃液明显降低棉布的失重率和HRR，能减缓火焰的燃烧蔓延速度，对于服装行业和室内装饰材料的使用具有重要意义。

（2）通过TG-DTA 和HRR 综合分析，结果表明磷酸氢二铵和磷酸二氢铵比例为2∶8 时，阻燃液对棉布的阻燃效果最佳。

[1] 卢婷. 胍基磷酸盐阻燃处理涤棉布应用研究[J]. 消防科学与技术，2009，28（10）：771-773.

[2] 董秋兰，陈国华，李建府，等. 尼龙-6 纤维织物的阻燃研究进展[J]. 化工进展，2009，28（6）：982-985.

[3] 蒋巍，姚姗姗. 新型含磷阻燃剂的制备及性能[J]. 化工进展，2014，33（8）：2140-2143.

[4] 李清英，夏正斌，范方强，等. 反应型含磷阻燃剂的应用研究进展[J]. 化工进展，2012，31（8）：1751-1755.

[5] 马铭磊. 改性脒基脲磷酸盐阻燃浸渍纸板研究[J]. 消防科学与技术，2009，28（12）：932-933.

[6] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. 建筑材料热释放速率试验方法：GB/T16172—2007[S]. 北京：中国标准出版社，2007.