磷氮系阻燃剂对真丝织物的阻燃改性

论文摘要

本论文主要探讨了采用两种体系的磷氮化合物对真丝绸进行阻燃改性。第一种方法是合成分子中同时含有磷元素与氮元素的化合物作为真丝阻燃剂。合成过程如下：以三氯氧磷、无水甲醇、乙醇胺、甲基丙烯酰氯作为原料，以无水乙醚、二氯甲烷为溶剂，添加缚酸剂三乙胺，按照预设合成路线，控制合适的反应温度和时间，得到目标产物新型水溶性磷氮系阻燃剂甲基丙烯酰氧乙基-N-二甲氧基磷酰胺（PN-1），产物通过红外光谱、1H NMR、13C NMR及31P NMR表征确认。将合成好的阻燃剂PN-1在化学引发剂过硫酸钾（KPS）的作用下用于真丝进行接枝共聚改性，通过单因素工艺条件分析，优化出较佳的接枝整理工艺，即整理液pH值为3.5，引发剂（KPS）浓度为单体质量的3%，浴比控制在1：30，反应温度为90℃，反应时间60min，PN-1的浓度控制在50%-100%（对织物重，owf）可获得较好的阻燃性能，极限氧指数可达29%32%，达到难燃水平。通过红外光谱、冷场发射扫描电镜、X-射线光电子能谱测试表明阻燃剂接枝到了真丝织物上，X-射线衍射表明阻燃改性发生在真丝无定形区。阻燃整理后真丝回潮率稍有减小、透气性有所降低、强力亦稍有下降，这些降低未对织物的服用性能造成不良影响。经PN-1整理的真丝绸具有良好的水洗耐久性，15次水洗后氧指数仍在27%以上。本文第二种磷氮化合物整理体系为将含磷单体二甲基-2-甲基丙烯酰氧基-乙基磷酸酯（DMMEP）与含氮物质甲基丙烯酰胺（MAA）进行复配，在过硫酸钾引发下与真丝发生接枝共聚反应，通过单因素分析，得出最佳工艺条件。考察了接枝次序对接枝率及氧指数的影响，并研究了两物质的最佳配比。实验表明，单一用MAA整理真丝织物未表现出阻燃性，与DMMEP复配后，可降低DMMEP用量，燃烧时促使炭质残渣的生成，起到了协同阻燃效应。DMMEP与MAA质量比为1：1时且为同浴整理时可获得最佳的协同阻燃效果，最佳艺条件如下：整理液pH值为3.5，引发剂（KPS）浓度为单体质量的3%，浴比1：30，反应温度为90℃，反应时间60min。当DMMEP和MAA的浓度均为50%（owf）时，丝织物的极限氧指数为32.09%，并且炭长为3.8cm，远小于17.8cm，能够通过垂直燃烧试验。经30次水洗后，极限氧指数仍有27.15%。红外光谱、X-射线光电子能谱测试表明阻燃剂接枝到了真丝织物上，且X-射线衍射图谱表明阻燃改性只发生在真丝的无定形区。接枝改性后织物的白度稍有下降，回潮率、透气性和强力也略有降低。但其折皱回复角有所增大，有利于提高织物的抗皱性能。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 真丝阻燃进展
• 1.2.1 真丝的结构特征[8-10]
• 1.2.2 真丝织物的燃烧机理
• 1.2.3 真丝的阻燃整理
• 1.3 磷氮协效阻燃体系
• 1.3.1 复配阻燃体系的研究进展
• 1.3.2 复配阻燃机理
• 1.4 本课题的研究目标和主要工作
• 参考文献
• 第二章 乙烯基磷酰胺阻燃剂（PN-1）的合成
• 2.1 前言
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验药品及仪器
• 2.3 甲基丙烯酰氧乙基-N-二甲氧基磷酰胺的合成
• 2.3.1 氯磷酸二甲酯的制备将
• 2.3.2 甲基丙烯酰氧乙基-N-二甲氧基磷酰胺（PN-1）的合成
• 2.4 测试方法
• 2.4.1 红外光谱（IR）
• 2.4.2 核磁共振谱（NMR）
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 产物合成路线
• 2.5.2 氯磷酸二甲酯的波谱特征[4-5]
• 2.5.3 PN-1 的波谱特征[4-5]
• 2.6 小结
• 参考文献
• 第三章 乙烯基磷酰胺对真丝织物的接枝改性
• 3.1 前言
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验材料及药品
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 接枝实验方法
• 3.3.2 测试方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 反应浴 pH 值影响
• 3.4.2 引发剂浓度的影响
• 3.4.3 反应温度的影响
• 3.4.4 反应时间的影响
• 3.4.5 反应浴比的影响
• 3.4.6 不同单体浓度的接枝率和氧指数
• 3.4.7 结构与性能
• 3.5 小结
• 参考文献
• 第四章 磷/氮单体复配对真丝织物阻燃改性
• 4.1 前言
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验主要药品
• 4.2.3 实验仪器
• 4.3 接枝实验方法
• 4.3.1 二甲基-2-甲基丙烯酰氧基-乙基磷酸酯（DMMEP）的制备方法
• 4.3.2 DMMEP 整理丝织物
• 4.3.3 MAA 接枝真丝织物实验方法
• 4.3.4 DMMEP 与 MAA 复配接枝实验方法
• 4.4 测试方法
• 4.4.1 接枝率测试
• 4.4.2 白度、泛黄指数
• 4.4.3 织物强力测定
• 4.4.4 透气性
• 4.4.5 极限氧指数
• 4.4.6 炭长
• 4.4.7 阻燃耐水洗性
• 4.4.8 傅里叶变换红外光谱测试
• 4.4.9 扫描电子显微镜镜（SEM）及元素相对含量的测定
• 4.4.10 热重分析（TGA）和差示热分析（DTA）
• 4.4.11 回潮率的测定
• 4.4.12 折皱回复角的测定
• 4.4.13 X-射线衍射（XRD）
• 4.4.14 X-射线光电子能谱（XPS）测试
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 DMMEP 接枝共聚工艺条件分析
• 4.5.2 甲基丙烯酰胺（MAA）接枝工艺条件分析
• 4.5.3 DMMEP 与 MAA 复配接枝工艺条件实验
• 4.5.4 不同单体浓度的接枝率和阻燃性能
• 4.5.5 结构与性能
• 4.5.6 织物物理性能
• 4.5.7 阻燃耐水洗性
• 4.5.8 热分析
• 4.6 结论
• 参考文献
• 第五章 结论
• 第六章 展望
• 本人硕士期间发表论文
• 致谢