磷-氮阻燃水性聚氨酯的制備及應(yīng)用

磷-氮阻燃水性聚氨酯的制備及應(yīng)用

1序言目前，傳統(tǒng)的織物電阻法基本上是通過阻滯劑和親水聚合物的組合進行的。2實驗部分2.1材料、試劑與儀器甲苯二異氰酸酯(TDI),化學(xué)純,上海試劑廠;聚丙二醇(PPG),工業(yè)品,天津石化三廠,90℃真空脫水3h;N,N-雙(2-羥甲基)氨基乙基膦酸二甲酯,實驗室自制,80℃真空脫水4h;二羥甲基丙酸(DMPA),工業(yè)品,北京林氏精化新材料有限公司,85℃真空干燥4h。增稠劑(TF-601),浙江傳化股份有限公司。滌綸牛津帳篷布(低彈絲,300D×300D),杭州紡織廠。TGA/DSC1型熱失重儀,瑞士METTLERTOLEDO公司;S-4800型掃描電鏡,日本日立公司;YG(B)815D-1型(垂直法)織物阻燃性能測試儀,溫州大榮紡織儀器有限公司;LFY-606B型數(shù)顯氧指數(shù)測定儀,山東省紡織科學(xué)研究院儀器研究所;AATCC標(biāo)準(zhǔn)專用Kenmore?80系列自動洗衣機;RAPID型定型機,廈門RAPID有限公司。2.2磷-氮阻燃水性聚氨酯按文獻[10]方法使N,N-雙(2-羥甲基)氨基乙基膦酸二甲酯、PPG、DMPA與TDI反應(yīng)得到反應(yīng)型磷-氮阻燃水性聚氨酯,記為PU。采用單面涂覆方法將磷-氮阻燃水性聚氨酯(PU)涂層于滌綸織物上,進行阻燃研究?？椢镒枞颊淼木唧w方法如下:2.3燃燒性能測試阻燃性能測試:垂直燃燒法按《GB/T5455–1997紡織品燃燒性能測定垂直燃燒法》進行,氧指數(shù)法按《GB/T5454–1997紡織品燃燒性能測定氧指數(shù)法》進行。SEM-EDS表征:電子束能量15keV,樣品掃描前噴金處理。TG測試:氮氣保護,升溫速率10℃uf0d7min3結(jié)果與討論3.1垂直燃燒性能測試采用垂直燃燒法和氧指數(shù)法對未阻燃整理的滌綸織物(基布)和用磷-氮阻燃水性聚氨酯(PU)整理的滌綸織物的阻燃性能進行測試,測試數(shù)據(jù)見表1。由表1可見,與未阻燃整理織物相比,阻燃整理織物的阻燃性能明顯提高。垂直燃燒性能測試中,阻燃整理織物的性能達到B1級(GB/T5455–1997標(biāo)準(zhǔn)),并且織物的損毀長度短,為10.8cm。在氧指數(shù)測試中,阻燃整理織物的極限氧指數(shù)LOI值為20.3%,與未阻燃整理織物相比,LOI值提高了5.7%。并且阻燃整理織物在燃燒時無黑煙生成,垂直燃燒后布樣見圖1。圖1表明滌綸織物經(jīng)PU阻燃整理后涂層透明、織物顯原色,垂直燃燒測試自熄后布面干凈,不僅損毀長度小,而且布面燒毀面積小。3.2垂直燃燒性能將阻燃整理織物水洗5次后,采用垂直燃燒法和氧指數(shù)法測試其阻燃性能,測試數(shù)據(jù)見表2。由表2可知,水洗后阻燃整理織物的LOI值為20.1%,與水洗前的LOI值很接近,僅減小0.2%。在垂直燃燒測試中,水洗后阻燃整理織物的損毀長度依然較小(11.1cm),垂直燃燒性能仍為B1級(GB/T5455–1997標(biāo)準(zhǔn))。水洗后阻燃整理織物上的涂層完好、無破損,自熄后布面依然干凈。這表明磷-氮阻燃水性聚氨酯在滌綸織物阻燃整理應(yīng)用中具有良好的耐水洗性能。3.3垂直燃燒的聚磷酸/雙甲基聚酯殘?zhí)繉游醋枞颊砗妥枞颊砜椢锎怪比紵蟛紭犹繉拥膾呙桦婄R如圖2所示。由圖2可知,未阻燃整理織物(圖2(a),(b))燃燒后炭層有較多的孔洞,這些孔洞成為傳氧傳熱的通道,有利于燃燒。而阻燃整理織物(圖2(c),(d))燃燒后在表面形成的炭層致密、光滑、沒有孔洞,這種致密的炭層在燃燒時很好地隔絕了氧氣和熱量,保護了基布不被氧和熱侵入,從而起到阻燃作用。其主要原因是:N,N-雙(2-羥甲基)氨基乙基膦酸二甲酯在受熱時首先分解為磷酸,為一種非燃性液態(tài)膜,該膜覆蓋在織物表面,起到隔絕作用;隨溫度進一步升高,磷酸逐步聚合生成聚磷酸對阻燃整理織物垂直燃燒后布樣炭層進行EDS能譜測試,EDS能譜中共顯示了C、O、P三種元素,各元素具體的百分含量見表3。從表3可以發(fā)現(xiàn),阻燃整理織物燃燒后殘?zhí)繉又辛缀窟_到1.58%,殘?zhí)繉又辛缀窟h遠大于用PU阻燃整理的織物中的原始磷含量(0.35%)。這進一步說明阻燃過程中水性聚氨酯結(jié)構(gòu)中的磷主要在凝聚相參與阻燃,并且隨溫度的升高生成熱穩(wěn)定性高的聚磷酸或其他含磷化合物。磷富集于炭層表面,起到隔熱、隔氧、催化反應(yīng)的作用3.4阻燃水性聚氨酯成分的分解熱失重是表征聚合物熱穩(wěn)定性的一個重要方法阻燃整理織物在受熱條件下,除織物自身的熱分解外,還包括阻燃水性聚氨酯成分的分解。205.9~315.0℃時,聚氨酯主鏈上氨基甲酸酯分解成原料異氰酸酯與多元醇,然后進一步分解為胺類、烯烴和CO4耐水洗性能分析(1)經(jīng)磷-氮阻燃水性聚氨酯阻燃整理的滌綸織物的阻燃性能明顯提高:LOI值比未阻燃整理織物提高了5.7%;垂直燃燒性能達到GB/T5455–1997B1級。(2)水洗后滌綸織物的垂直燃燒性能仍達到GB/T5455–1997B1級,LOI值基本不變,