架橋型阻燃水性聚氨酯的制備及對(duì)棉織物整理紡織化學(xué)與染整工程.pdf

1、棉織物以其優(yōu)良的服用性能深受人們喜愛,廣泛應(yīng)用于服裝、裝飾及工業(yè)領(lǐng)域。但棉纖維屬于易燃材料,極限氧指數(shù)(LOI)僅為18,阻燃性差。傳統(tǒng)的棉織物阻燃整理,因N-羥甲基交聯(lián)劑的使用而存在游離甲醛釋放問題,對(duì)人體健康構(gòu)成威脅。有鑒于此,本文利用水性聚氨酯(PU)替代N-羥甲基交聯(lián)劑,使之與阻燃中間體2,2,4,4,6,6-六氮雜環(huán)丙烷-2,4,6-三聚磷腈-1,3,5-三烯(NPAZ)發(fā)生架橋反應(yīng),制備環(huán)境友好型NPAZ-PU阻燃體系,并將

2、其應(yīng)用于棉織物阻燃整理,以獲得優(yōu)良阻燃效果。在此過程中,對(duì)阻燃前后織物的熱降解過程進(jìn)行初步探究。
　　 實(shí)驗(yàn)中合成了陰離子水性聚氨酯和環(huán)磷腈衍生物2,2,4,4,6,6-六氮雜環(huán)丙烷-2,4,6-三聚磷腈-1,3,5-三烯,探討了PU和NPAZ的合成工藝,并利用紅外光譜、13C核磁共振譜、31p核磁共振譜對(duì)合成產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。將產(chǎn)物NPAZ和PU進(jìn)行共混,制備得到架橋型阻燃水性聚氨酯NPAZ-PU,并利用原位紅外光譜分析法揭

3、示了NPAZ-PU阻燃體系間的架橋固化過程。
　　 將實(shí)驗(yàn)制備的NPAZ-PU阻燃體系應(yīng)用于棉織物阻燃整理。通過垂直燃燒法優(yōu)化了該阻燃體系對(duì)棉織物的整理工藝,實(shí)驗(yàn)得出較適宜的阻燃整理工藝為:NPAZ25％,PU15％,滲透劑JFC0.5％,整理液pH值8～9,80℃預(yù)烘3min,16℃焙烘3min。在此工藝條件下,阻燃棉織物的阻燃性能可達(dá)到國家B1級(jí)標(biāo)準(zhǔn);錐形量熱儀的測試結(jié)果表明:經(jīng)NPAZ-PU阻燃處理后的棉織物燃燒性能大大降

4、低,阻燃織物的點(diǎn)燃時(shí)間較未處理前延長了2倍,阻燃整理后棉織物難以被點(diǎn)燃,而一旦點(diǎn)燃后,其熱釋放速率和總熱釋放量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于未阻燃棉織物,火險(xiǎn)指數(shù)提高了3倍,顯示出優(yōu)異的阻燃性能。
　　 實(shí)驗(yàn)對(duì)棉織物阻燃整理前后的物理機(jī)械性能進(jìn)行了測試。結(jié)果顯示整理后織物白度隨著阻燃中間體用量和焙烘溫度的升高下降,但下降程度并不嚴(yán)重;棉織物的拉伸強(qiáng)力亦稍有降低,但降低幅度不大,不影響棉織物的服用性能及其它功能。
　　 通過熱重分析對(duì)棉織物阻

5、燃整理前后的熱穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示阻燃后棉織物的起始分解溫度降低約80℃,但在500℃時(shí)阻燃棉織物的成炭率(38％)顯著高于未整理棉織物(6％);掃描電鏡、X-射線衍射結(jié)果顯示NPAZ-PU對(duì)棉織物阻燃機(jī)理是通過使纖維素脫水成炭,在纖維表面形成保護(hù)炭層阻止纖維進(jìn)一步裂解并減少可燃?xì)怏w產(chǎn)生,增加固體炭渣含量,屬固相機(jī)理:能譜及紅外光譜對(duì)殘?zhí)考盁峤到膺^程分析顯示,棉纖維表面的炭層為富磷結(jié)構(gòu),其中含有大量的含磷化合物,并且存在如P=O、

6、P-O-P等穩(wěn)定的基團(tuán)結(jié)構(gòu),它們均能提高棉織物在高溫下的熱穩(wěn)定性。
　　 論文為了進(jìn)一步探究NPAZ-PU阻燃體系對(duì)棉織物熱降解行為的影響,在TGA數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,采用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa兩種熱降解動(dòng)力學(xué)模型,探討了阻燃前后棉織物的熱降解表觀動(dòng)力學(xué),通過熱降解表觀動(dòng)力學(xué)模擬可知,棉織物經(jīng)NPAZ-PU阻燃整理后,在主裂解階段表觀活化能大大高于未阻燃棉織物,表明阻燃后棉織物具備更高的熱穩(wěn)定性和更好的阻