新型棉用阻燃劑的合成及應用

1、新型棉用阻燃劑的合成及應用郭超，陸大年(東華大學化學化工與生物工程學院，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進行結構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%.關鍵詞：阻燃劑磷氮硅棉織物中圖分類號:TQ314.249文獻標識碼: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用于棉織物阻燃整理且對阻燃效果進行了評價.在棉用耐久性阻燃整理劑中有機鹵系阻燃劑具有較好的阻燃效果.[1]但有機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)同阻燃機理:當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)同作用得到進一步加強因為硅氧烷降試驗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化學試劑有限公司)甲醇(分析純上海玻爾化學試劑有限公司)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)和應用.通信作者：陸大年(1950)男教授博士生導師研究方向:高分子的合成、改性及其應用.按上述優(yōu)化條件進行4次平行試驗所得產(chǎn)率見7877◆◆◆表2.◆76◆表2平行試驗結果7574試驗號1234556065反應溫度℃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反應溫度與產(chǎn)率的關系表2中4次試驗的平均產(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為中心附近有較強的吸收峰且吸收積分數(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)物為設計的目標產(chǎn)物.2.1.3反應時間由圖3可知隨著反應時間的延長產(chǎn)率提升.反應10h時產(chǎn)率為79.0%.繼續(xù)延長反應時間產(chǎn)率提升不明顯.綜合考慮選擇反應10h.8580757065◆◆◆◆◆68101214反應時間h65℃n(三氯氧磷)∶n(γ氨丙基三乙氧

11、基硅烷)=1.2∶2圖3反應時間與產(chǎn)率的關系2.2正交試驗由表1可知各因素對反應產(chǎn)率的影響大小順序為:n(三氯氧磷)∶n(γ氨丙基三乙氧基硅烷)反應時間保溫溫度.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正交試驗及結果分析4.23.83.43.02.62.21.81.41.00.60.20.2化學位移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LOI值達26.9%折皺回復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.(2)織物拉伸斷裂強力損失在允許范圍內(nèi)但是撕破強力損失率(28.4%)較大.織物中纖維發(fā)生交聯(lián)以后當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致織物撕破強力的下降.(3)經(jīng)過阻燃劑FRPNS2阻燃整理的棉織物按標準洗滌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)生較強的化學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)度試驗證明該阻燃劑在次磷酸鈉的催化試驗號A原料量比B反應溫度℃C反應時間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