新型磷氮阻燃整理剂的合成及在涤纶织物中的应用研究*

李 禹，李 阳，周天池

（盐城工学院纺织服装学院 江苏盐城 224051）

1 实验部分

1.1 实验药品及材料

磷酸三钠、环氧氯丙烷、三乙胺、氢氧化钠、次亚磷酸钠、盐酸、醋酸、硝酸均为分析纯，碱减量促进剂（工业品）由盐城市印染有限公司提供，100%涤纶织物由张家港和良纺织品有限公司提供（130.15g/m2,经向245根/10cm×117根/10cm）。

1.2 阻燃整理剂的合成

用100mL水溶解38.01g磷酸三钠，用硝酸调节pH值至3-4之间。将磷酸三钠溶液倒入装有回流冷凝器、水银温度计、滴液漏斗、机械电动搅拌器的500mL四口烧瓶中，升温至60℃，在30min内滴加23.15g环氧氯丙烷，再升温至80℃，保温反应2h后再向四口烧瓶内滴加10.12g三乙胺，在30min内滴完，用氢氧化钠调节pH值7-8之间，升温到90℃保温反应6h。将产物取出，测其含固率，待用。

1.3 涤纶织物的碱减量处理

称取1.5g织物，按照1：30浴比，配制一定浓度氢氧化钠水溶液，加入1mL促进剂后，将水溶液加热至60℃，投入织物，在搅拌下加热至80℃，处理60min。碱减量处理完毕后，取出织物，用80℃的热水洗两次，1mol/L醋酸溶液洗涤一次，再用冷水洗净织物。

1.4 涤纶织物的阻燃整理

将试管鳞茎转入MS(Murashige and Skoog)培养基上培养2个月，中间换1次培养基，然后放入人工培养箱中(设定12 h光照，温度33 ℃；12 h黑暗，温度28 ℃)培养45 d，以促使试管鳞茎休眠；商品鳞茎来自7月中旬大田栽培的地上部分自然枯萎后收获的鳞茎。

配制阻燃整理剂溶液（其中含60g/L次亚磷酸钠），浸渍一定时间后用小轧车轧去多余溶液，轧余率控制在100%左右。将织物于100℃下预烘3min，再进行焙烘处理，冷却后置于塑料密封袋中待测。

1.5 性能测试

限氧指数LOI采用HC-2型氧指数测定仪（南京市江宁区分析仪器厂，中国）检测。

续燃时间及UL-94等级使用YG(D)815D-I型织物阻燃性能测试仪（温州市大荣纺织标准仪器厂，中国）检测。

碱减量处理中的减量率的测定，按下式进行计算：

2 结果与讨论

2.1 单因素分析

2.1.1 碱减量减量率

固定阻燃剂浓度150g/L、焙烘温度150℃、浸渍时间1小时，改变涤纶织物减量率，实验数据如图1所示。

图1 碱量率对阻燃效果的影响

由图1可以看出，随着碱量率的升高，LOI值总体呈上升趋势，这是因为未处理的涤纶纤维表面致密且无活性基团，碱处理后发生一定程度的水解，其酯键会部分水解为羧基和羟基，从而使其活性基团数量有所上升，与阻燃剂之间的氢键作用力及反应能力有所增强。此外，碱减量处理还可以刻蚀涤纶纤维表面，破坏其致密性，增大比表面积，可以达到吸附更多整理剂的目的，促进炭化反应的进行。但当碱量率进一步升高，其阻燃效果增加速率下降，在减量率达到18.64%后，其LOI值达到最大值25.2%。继续提高减量率，则其LOI值略呈下降趋势，这是因为碱量率在刻蚀表面，增加吸附的同时，也会带来纤维与氧气接触面增大，纤维之间作用力下降的问题，这些问题会给阻燃性能的提升带来负面影响，同时其服用性能也会随着减量率的上升而明显下降，故确定涤纶织物的最佳碱量率为18.64%。

2.1.2 阻燃剂浓度

固定织物减量率为18.15%、焙烘温度150℃、浸渍时间1小时，改变磷氮阻燃剂浓度，实验数据如图2所示。

图2 阻燃剂浓度对阻燃效果的影响

由图2可以看出，当阻燃剂浓度从50g/L增加到200g/L时，其LOI值从22.7上升至27.4，这主要是因为织物上有效物质含量的增加，磷含量的上升可以更好的发挥凝聚相阻燃作用，同时在燃烧过程中，也会产生更多的含磷自由基，达到气相阻燃的目的。氮元素的存在可以充分发挥磷氮协同作用，使其阻燃效果得到进一步增强。当阻燃剂浓度进一步增加到250g/L，其LOI值无明显变化，这说明过多的阻燃整理剂并不能进一步提高阻燃效果，主要是因为碱减量处理后的涤纶织物表面对整理剂量的吸附量是一定的，过多的整理剂分子将停留在织物外部，不能与织物形成牢固的结合。同时阻燃整理剂浓度过高对织物的手感也有一定的影响，综合考虑，最佳阻燃剂浓度为200g/L。

2.1.3 焙烘温度

固定织物减量率为18.29%、磷氮阻燃剂浓度为200 g/L、浸渍时间1小时，改变焙烘温度，实验数据如图3所示。

从图3可以看出，阻燃效果随着焙烘温度的增大而提高。这可能一方面是由于碱减量处理后，织物上羧基与羟基的含量增多，在高温及次亚磷酸钠催化剂的作用下，与阻燃整理剂之间发生干态酯合或醚化反应，使得整理剂能与涤纶织物发生化合键合，提高其阻燃效果；另一方面随着温度的提高，涤纶分子链运动加快，在瞬间产生微孔的机率增大，增大了阻燃整理剂与纤维内层发生接触、键合的可能性。但随着温度升高至160℃以后，其LOI值增速明显下降，而过高温度也会带来能源的消耗量增加，故确定最佳焙烘温度为160℃。

图3 焙烘温度对阻燃效果的影响

2.1.4 浸渍时间

固定织物减量率为18.57%、磷氮阻燃剂浓度为200 g/L、焙烘温度为160℃，改变浸渍时间，实验数据如图2所示。

图4 浸渍时间对阻燃效果的影响

由图4可以看出，浸渍时间的延长对阻燃效果有一定的提高效果，这是因为碱减量处理后的涤纶织物对阻燃整理剂有一定的吸附作用，时间充分其吸附效果较好，但当浸渍时间达到60min时，其吸附已经至平衡状态，再进一步延长时间也不能提高其吸附量，故确定其最佳浸渍时间为1小时。

2.2 织物最佳工艺处理前后对比

单因素分析后确定阻燃整理最佳工艺为：碱减量减量率为18%左右，阻燃整理剂浓度为200g/L，浸渍时间为1小时，焙烘温度为160℃。整理后的涤纶织物（b）与织物原样（a）进行性能对比检测，相关数据列于表1。整理后的涤纶织物燃烧后，其续燃烧时间大幅减少，熔滴现象明显好转，未能引燃仪器下方铺陈的棉垫，因此符合UL-94 V0标准。

表1 试样整理前后阻燃效果对比

3 结论

3.1 最佳工艺为：碱减量减量率为18%左右，阻燃整理剂浓度为200g/L，浸渍时间为1小时，焙烘温度为160℃。

3.2 整理后，涤纶织物的LOI值可从原样的20.4提升至28.3，且续燃时间及熔滴量明显减少，符合UL-94V0标准要求。整理过程中未涉及含卤素物质，符合绿色环保要求。