布艺之家讯：前言
涤纶纤维(PET) 在较宽的温度范围内能够保持优良的物理性能和力学性能，耐疲劳性、耐磨性、耐老化性和电绝缘性突出，对大多数有机溶剂和无机酸稳定，且其生产能耗低，加工 性能良好，易洗快干，近年来被大量用做服装面料，以及商业大厦、机场、礼堂、室内娱乐场所、交通工具的内饰材料。但涤纶纤维存在易燃的致命弱点，不能满足 某些领域对阻燃性能的要求，因此需要对其进行阻燃整理 。
在众多阻燃剂中，P—N(磷一氮)系膨胀型阻燃剂以 其固相成炭和质量保留机理及部分气相阻燃机理，在阻燃过程中不仅能降低材料的热释放速率，提高阻燃效果，还克服了卤系阻燃剂燃烧时易释放出刺激性和腐蚀性 气体以及大量有毒烟气的缺点，是目前阻燃剂发展的主要趋势。在传统的混合型膨胀阻燃剂中，尤其以季戊四醇、三聚氰胺、聚磷酸铵复配为代表，在使用中也存在 诸多不足之处，如三组分之间易发生醇解，在涤纶表面容易产生“白霜”导致织物表面吸湿等问题。本项目以自制阻燃剂和结晶型聚磷酸铵 (APPⅡ)为原料，复配一种阻燃涂层胶，对涤纶织物进行阻燃涂层整理，以期在提高涤纶织物阻燃性能的同时，解决织物表面发白和吸湿等问题。
1 试验部分
1．1 织物、试剂与仪器
织物涤纶提花布(200g/ m2 ，上海申达川岛织物有限公司)。
试剂新戊二醇、1，2-二氯乙烷、无水乙醇、乙醚、甲苯、二氯甲烷(均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，三氯氧磷(分析纯，上海诺泰化工有限公 司)，苯代三聚氰胺(分析纯，美国Alfa Aesar化学试剂公司，结晶Ⅱ型聚磷酸铵(APPⅡ，工业品，浙江科峰化工有限公司)。
仪器Bruker AV400 MHz型核磁共振仪(DMSO— d6为溶剂，TMS为内标)，Perkin．Elmer 2000 FT—IR型红外光谱仪(KBr压片)，TG209 F1热分析仪(升温速度10℃／min，升温范围为室温至600 ℃，高纯氮气保护)，DSC204 F1热分析仪(升温速率10℃／min，升温范围为室温至280℃)，Mathis BA涂层机，TM一1000型扫描电子显微镜，YG815A型垂直法织物燃烧性能测试仪。
1．2 阻燃涂层胶的制备
(1)在装有电动搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗和回流冷凝管(装有尾气吸收装置)的四口烧瓶中，加入 0．2 mol新戊二醇，50 mL 1，2．二氯乙烷，升温至40℃，缓慢滴加0．25 mol新蒸三氯氧磷，滴加完毕后缓慢升温至 7O℃，同时通人干燥N：继续反应，直至无HCl气体放出，停止反应后将溶剂l，2一二氯乙烷及未反应的三氯氧磷蒸去，得到粗产物，用水和乙醚洗涤，甲苯 重结晶，得到白色中间体。IR (cm-1 )：I 304(VS，P=O)，854 和787[s，P(OCH2 )c]，549(VS，P—cl)。加入等物质的量的苯代三聚氰胺和适量水，升温至9O℃ ，回流2—3 h 后停止搅拌，冷却后得到白色沙状晶体，用二氯甲烷、无水乙醇洗涤后在60℃下真空干燥8 h，制得P-N系膨胀型阻燃剂。合成路线如下：
(2)按一定工艺配比将水性聚丙烯酸酯，结晶Ⅱ 型聚磷酸铵，自制阻燃剂，增稠剂，水加人到调和容器中，高速研磨分散均匀，制得阻燃涂层胶。
1．3 涂层工艺
用Mathis BA涂层机将阻燃涂层胶均匀地涂敷在织物背面，调整织物上胶量，在热定形机上100℃预烘 2 min，再于160 ℃焙烘2．5 min。
1．4 性能测试
垂直燃烧性能按GB／T 5455-1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》测量续燃时间、阴燃时间、损毁长度等参数。Bl级：损毁炭长≤15 cm，续燃时间≤5 s，阴燃时间≤5 s；B2级：损毁炭长≤2O cm，续燃时间≤ 10 s，阴燃时间≤10 s。
热分解过程用热重法(TG)、差热法(DSC)分析自制阻燃剂及阻燃整理前后织物热分解过程。炭层结构用电镜(SEM)表征阻燃整理后织物炭层结构。
2 结果与讨论
2．1 上胶量对织物阻燃性能的影响
聚丙烯酸酯乳液用量60％，聚磷酸铵、自制阻燃剂用量36％，增稠剂、水用量4％，改变织物的上胶量，对涂层织物燃烧性能进行测试，其结果见表1。
由表1可知，上胶量为180 g／m2 时，即可达到较好的阻燃效果，续燃时间0 s；而上胶量达到200 g／m2 时，织物阻燃效果更佳，无续燃、阴燃。在实际生产中可根据不同的标准选择合适的上胶量。
2．2 热性能分析
2．2．1 阻燃涤纶TG分析
阻燃整理前后涤纶织物的热重分析，结果见图1。
从图1可知，在氮气中从室温到600℃ 的温度范围内，未整理涤纶织物的分解存在一个明显的热失重过程，在600℃下残余率仅约为10％；而自制阻燃剂在此高温下仍然有约45％的残余，这说明自 制阻燃剂有明显的成炭能力，并且其形成的残炭有很好的耐热性。此外，自制阻燃剂的初始分解温度较未整理涤纶织物低，通常认为，若阻燃剂的分解温度比处理基 材低，则有利于阻燃剂发挥其阻燃效果。织物分解往往会吸热，达到一定能量后，若阻燃剂能吸收较多的热量提前分解，将有利于降低织物的裂解活化能，延缓织物 的燃烧。
因此，添加阻燃剂后，涤纶织物的起始分解温度明显降低，从403．1℃降低到384．3℃ ，说明阻燃剂的引入降低了涤纶织物分解初期的热稳定性。其原因可能是阻燃剂中的P—C和P—O键能较低，在受热过程中很容易断裂，阻燃剂先于涤纶织物分 解，其分解产物可进一步在凝聚相和气相中发挥作用。
阻燃整理后的涤纶织物在氮气氛中失重5％ 的温度为266．3℃ ，较未整理涤纶有明显降低，但600℃的残余量增加至17．4％。这表明阻燃整理提高了涤纶织物的热稳定性。另外，未整理涤纶织物失重50％的温度与失重 5％的温度差值为50．8℃ ，而阻燃涤纶为 155．3℃ ，远远大于50．8℃ ，说明阻燃剂的添加明显减慢了涤纶织物的热降解。
由表2可见，整理前后涤纶织物的最大热失重速率峰值温度和终止分解温度没有变化，说明阻燃涂层胶对涤纶织物的性能没有影响。但是对比热失重率发现，经过阻 燃涂层的涤纶织物从起始分解温度到终止分解温度的失重率仅为77．22％，小于未整理织物的 83．07％。再结合垂直燃烧试验中，整理织物燃烧后生成大量炭残渣，可以认为由于阻燃涂层胶的存在，在受热时涂层胶膨胀发泡，形成泡沫状的炭层，不仅隔 绝了氧气，而且具有良好的隔热性能，可延滞热量传向涤纶织物，起到了显著的阻燃作用。
2．2．2 DSC分析
将未处理涤纶织物和阻燃整理涤纶织物进行DSC测试，结果见图2，主要数据列于表3。
由图2可见，整理后的涤纶织物DSC曲线在3O～ 100℃内有一个较小的吸热峰，这是由于阻燃涤纶中少量水分蒸发产生的；在100—200 ℃内DSC曲线向下倾斜，这是因为有部分阻燃胶发生了少量分解产生了吸热反应；在200—270℃ 内DSC曲线急剧下降产生了一个吸收峰，这是阻燃涤纶织物热裂解主要阶段。
阻燃涤纶织物的起始熔融温度为246．7 ℃，比未处理涤纶织物的熔融温度(242．6℃)高，故阻燃整理后的涤纶织物更不容易熔融。此外，熔融峰温的提高也说明了阻燃整理使得涤纶织物的结晶度提 高，相应的可以看到在垂直燃烧试验中，阻燃整理织物无熔滴而是形成了稳定的炭层。
阻燃涤纶织物最高熔融峰值温度为255．3℃，高于未处理涤纶织物(251．6℃)，说明阻燃整理的涤纶织物耐热性提高，需要在一个更高的温度才会熔融， 有利于隔断热量向纤维内部传递；此外，阻燃涤纶织物的 △H也比未整理涤纶织物高，表明阻燃涤纶织物需要吸收更多的热量才会发生熔融，从而延缓了涤纶织物热分解，所以经过阻燃整理的涤纶织物不易燃烧。
2．3 阻燃整理前后涤纶织物残炭形貌分析
用电镜(SEM)观察未处理和经涂层阻燃整理后的涤纶织物燃烧后残渣的炭层断裂面，结果见图3。
如图3所示，未整理涤纶织物燃烧留下的残炭物质表面较为平整，而经涂层阻燃整理后的涤纶燃烧后残炭物质表面有很多大的突起，并伴有一些洞穴，是比较理想的 一种炭层结构。这是由涤纶及阻燃剂分解释放出的挥发性物质所致。这些膨胀泡沫炭层一方面可以阻止涤纶降解，另一方面炭层中泡沫的传质传热比致密的炭层速率 慢，可以阻止热源向涤纶织物传递并隔绝氧气源，并能阻止或延缓生成的小分子可燃物进入气相而起阻燃作用。
2．4 阻燃机理分析
阻燃涂层胶的阻燃机理可以认为是通过形成多孔泡沫炭层而在凝聚相起阻燃作用，其产生的炭层可能是经历以下几步形成的：
(1)阻燃剂在较高温度下分解：
(2)含磷结构单元(包括聚磷酸铵)在燃烧时分解生成偏磷酸和聚偏磷酸。聚偏磷酸覆盖在可燃聚合物的表面形成保护膜，能隔绝氧气起阻燃作用。
(3)偏磷酸和聚偏磷酸都是强酸，有很强的脱水性，能催化炭源吸热脱水成炭。此外，在脱水反应过程中，要吸收大量的热量，也可以降低燃烧织物的温度，抑制燃烧。
(4)脱水炭化后，因气源产生的不燃性气体(NO、 NH3，等)，不仅起到了稀释空气中氧气和织物受热分解产生可燃性气体浓度的作用，还能与空气中氧气反应生成氮气和水等。在消耗织物表面氧气的同时，还能 形成多孔泡沫层而在凝聚相起阻燃作用(此炭层难燃、隔热、隔氧)，使燃烧窒熄。
（5）同含芳环的化合物燃烧时可缩合成芳构型碳，产生的气态可燃性产物少，形成的炭层能覆盖于燃烧着的涤纶表面而使火焰窒熄。由于炭层的导热性差，使传递到涤纶内部的热量减少，导致热分解速度减慢，有利于燃烧终止。
3 结论
(1)以二元醇等为原料合成了一种集炭源、酸源、气源为一体的膨胀型阻燃剂，将其与水性聚丙烯酸酯，结晶Ⅱ型聚磷酸铵等助剂混合，制得一种稳定的阻燃涂层胶。
(2)该阻燃涂层胶应用于涤纶织物的阻燃涂层整理，获得了较好的阻燃效果，且整理后的织物无发白 “霜花”问题。
(3)通过TG、DSC和SEM分析，此阻燃涂层胶具有较好的发泡性、成炭性和耐热性，可以作为性能优良的阻燃涂层胶使用。
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