新型棉用阻燃劑的合成及應(yīng)用

1、新型棉用阻燃劑的合成及應(yīng)用郭超，陸大年(東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海201620)摘要：以三氯氧磷、γ氨丙基三乙氧基硅烷、甲醇為原料合成了磷氮硅系阻燃劑FRPNS2利用核磁1HNMR分析對FRPNS2進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定通過對該阻燃劑合成條件的探索確定最佳合成條件為:n(三氯氧磷)∶n(γ氨丙基三乙氧基硅烷)=1.3∶265℃12h.將阻燃劑FRPNS2應(yīng)用于純棉織物的阻燃整理該阻燃劑在次磷酸鈉的催化條件下具有耐久的阻燃效果經(jīng)過30次水

2、洗后LOI為23.3%.關(guān)鍵詞：阻燃劑磷氮硅棉織物中圖分類號:TQ314.249文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1004－0439(2011)10－0026－04SynthesisapplicationofnewflameretardantoncottonfabricGUOChaoLUDanian(CollegeofChemistryChmeicalEngineeringBiotechnologyDonghuaUniversityShangha

3、i201620China)Abstract：AphosphusnitrogensiliconecontainingflameretardantFRPNS2waspreparedfromphosphusoxychlideγaminopropyltriethoxysilanemethanol.Thestructureoftheobtainedcompoundwasacterizedwith1HNMR.Theoptimumpreparedpa

4、rametersofFRPNS2wereobtainedthroughthein－vestigationofthesynthesisconditions:themolarratioofphosphusoxychlideaminopropyltriethoxysilanewas1.3∶2temperaturewas65℃timewas12h.FRPNS2wasusedinflameretardantfinishingofcottonfab

5、ricdurableflameresistanceoftheflameretardantcouldbeobtainedusingsodiumhypophosphiteascatalyst.TheLOIwas23.3%afterwashing30times.Keywds：flameretardantagentphosphusnitrogensiliconcottonfabric解形成的層狀二氧化硅阻止了炭層的氧化從而提高了炭層的穩(wěn)定性.[

6、6]本文以三氯氧磷、γ氨丙基三乙氧基硅烷、甲醇作為原料合成了一種磷氮硅阻燃劑并將其應(yīng)用于棉織物阻燃整理且對阻燃效果進(jìn)行了評價.在棉用耐久性阻燃整理劑中有機(jī)鹵系阻燃劑具有較好的阻燃效果.[1]但有機(jī)鹵系阻燃劑在熱裂解及燃燒時會生成大量煙塵及腐蝕性氣體.[2]含氮磷酸酯及磷酰胺類化合物集酸源、碳源及氮源于一體表現(xiàn)出良好的膨脹阻燃作用.[3]有機(jī)硅阻燃劑是高效、生態(tài)友好、防熔滴并抑煙的新一代非鹵成炭型阻燃劑不僅能改善基材的加工性能、耐熱性能等

7、而且經(jīng)整理后的阻燃材料的循環(huán)利用效果也十分優(yōu)異.[4]磷硅協(xié)同阻燃機(jī)理:當(dāng)使用磷硅阻燃劑時在高溫下磷會催化促成炭的形成硅元素則增加這些炭層的熱穩(wěn)定性從而發(fā)揮磷硅協(xié)同阻燃作用.[5]用硅氧烷代替硅烷時磷硅的阻燃協(xié)同作用得到進(jìn)一步加強(qiáng)因?yàn)楣柩跬榻翟囼?yàn)11.1材料及儀器織物:全棉府綢40s40s經(jīng)過退漿、精練、漂白處理.藥品:三氯氧磷、三乙胺(均為分析純國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)甲醇(分析純上海玻爾化學(xué)試劑有限公司)γ氨丙基三乙氧基硅烷(硅烷

8、偶聯(lián)劑工業(yè)品收稿日期：20110114作者簡介：郭超(1984)男安徽阜南人在讀碩士研究生主要研究新型紡織助劑的開發(fā)和應(yīng)用.通信作者：陸大年(1950)男教授博士生導(dǎo)師研究方向:高分子的合成、改性及其應(yīng)用.按上述優(yōu)化條件進(jìn)行4次平行試驗(yàn)所得產(chǎn)率見7877◆◆◆表2.◆76◆表2平行試驗(yàn)結(jié)果7574試驗(yàn)號1234556065反應(yīng)溫度℃7075產(chǎn)率(%)80.079.081.079.510hn(三氯氧磷)∶n(γ氨丙基三乙氧基硅烷)=1.2

9、∶2圖2反應(yīng)溫度與產(chǎn)率的關(guān)系表2中4次試驗(yàn)的平均產(chǎn)率為80.0%說明該條件可行.2.3阻燃劑FRPNS2的表征圖4中分析1HNMR[CDCl3δ(106)]:3.82~3.91(12Hm)為—Si—OCH2的振動峰3.72(3Hs)為P—O—CH3的振動峰1.23(18Ht)為—Si—OCH2—CH3中的—CH3振動峰2.04(2Hs)為—NH—的振動峰此峰低平不易捕捉3.00~3.15(4Hm)為—NH—CH2—中的C—H振動吸收峰1

10、.37(4Hm)為Si—CH2—的吸收峰—NH—CH2—CH2的第二個C—H以1.39為中心附近有較強(qiáng)的吸收峰且吸收積分?jǐn)?shù)較大其余可能為雜質(zhì)KH550中的氫吸收峰.以上分析表明合成產(chǎn)物為設(shè)計(jì)的目標(biāo)產(chǎn)物.2.1.3反應(yīng)時間由圖3可知隨著反應(yīng)時間的延長產(chǎn)率提升.反應(yīng)10h時產(chǎn)率為79.0%.繼續(xù)延長反應(yīng)時間產(chǎn)率提升不明顯.綜合考慮選擇反應(yīng)10h.8580757065◆◆◆◆◆68101214反應(yīng)時間h65℃n(三氯氧磷)∶n(γ氨丙基三乙氧

11、基硅烷)=1.2∶2圖3反應(yīng)時間與產(chǎn)率的關(guān)系2.2正交試驗(yàn)由表1可知各因素對反應(yīng)產(chǎn)率的影響大小順序?yàn)?n(三氯氧磷)∶n(γ氨丙基三乙氧基硅烷)反應(yīng)時間保溫溫度.最佳合成條件為A3B2C3即n(三氯氧磷)∶n(γ氨丙基三乙氧基硅烷)=1.3∶265℃12h.表1正交試驗(yàn)及結(jié)果分析4.23.83.43.02.62.21.81.41.00.60.20.2化學(xué)位移106圖4FRPNS2的核磁譜圖2.4阻燃效果由表3可知:(1)經(jīng)阻燃劑FRPN

12、S2阻燃整理的織物L(fēng)OI值達(dá)26.9%折皺回復(fù)角提升說明在阻燃劑和纖維之間、阻燃劑之間產(chǎn)生了交聯(lián)反應(yīng).(2)織物拉伸斷裂強(qiáng)力損失在允許范圍內(nèi)但是撕破強(qiáng)力損失率(28.4%)較大.織物中纖維發(fā)生交聯(lián)以后當(dāng)受到撕破力的作用時滑移受阻受力最大處的纖維變少從而導(dǎo)致織物撕破強(qiáng)力的下降.(3)經(jīng)過阻燃劑FRPNS2阻燃整理的棉織物按標(biāo)準(zhǔn)洗滌30次后LOI值由26.9%下降至23.3%仍然具有一定的阻燃效果.交聯(lián)作用對阻燃劑的耐洗性能影響很大.交聯(lián)過

13、程使得阻燃劑與纖維之間、阻燃劑之間產(chǎn)生較強(qiáng)的化學(xué)鍵作用從而使棉織物的阻燃整理具有耐久性充分交聯(lián)后的阻燃劑耐水洗性能好.催化劑的加入可以提高纖維與阻燃劑之間的交聯(lián)度試驗(yàn)證明該阻燃劑在次磷酸鈉的催化試驗(yàn)號A原料量比B反應(yīng)溫度℃C反應(yīng)時間h產(chǎn)率(%)11.1∶260874.0231.1∶21.1∶26570101276.077.6451.2∶21.2∶26065101278.078.5671.2∶21.3∶2706081277.579.089