磷、硅阻燃布协同效应的研究及应用

磷、硅阻燃布协同效应的研究及应用

1阻燃机理1·1磷系阻燃剂阻燃机理磷系阻燃剂的阻燃机理主要为：①燃烧时分解生成磷酸或者多磷酸，然后再进一步形成高粘性熔触玻璃质或者致密的炭层，以固体形态使基质与热和氧隔绝开来；②是捕捉游离基。在燃烧中分解生成PO或者HPO等游离基，在气相状态下捕捉活性H游离基或OH游离基；③膨胀，由于它能促进形成蓬松的高度多孔性炭层，故而有固相之功能。磷系阻燃剂之所以能发挥阻燃功能可以理解为上述各种阻燃机理的组合，各机理的作用则因燃烧体系的不同而各异。关键在于它们都具有磷酸衍生物的功能[5]。1·2硅系阻燃剂阻燃机理硅系阻燃剂因有害性低而成为目前研究的一个热点。按组成和结构可分为无机硅和有机硅阻燃剂。前者主要为SiO2兼有补强和阻燃作用，其阻燃机理是：当织物燃烧时形成SiO2覆盖物，起到绝热和屏蔽双重作用。有机硅系阻燃剂的阻燃机理为：当织物燃烧时，有机硅分子中的-Si-O键形成-Si-C键，生成的白色燃烧残渣与炭化物构成复合无机层，可以阻止燃烧生成的挥发物外逸，阻隔氧气与基质接触，防止熔体滴落，从而达到阻燃的目的[6]。1·3磷/硅协同阻燃机理磷硅协同阻燃机理为：当磷硅阻燃剂使用时，在高温下，磷会催化促成炭的形成，而硅则增加这些炭层的热稳定性，从而发挥磷硅协同阻燃效果。并且，用硅氧烷代替硅烷时，磷硅的阻燃协同作用得到进一步加强，因为硅氧烷降解形成的层状二氧化硅阻止了炭层的氧化，从而提高了炭层的稳定性[7]。2磷/硅协同阻燃体系的应用近些年，人们开始注意到把磷硅化合物应用于棉织物阻燃整理，不仅可以降低磷阻燃剂的毒性，而且还可以降低硅阻燃剂的价格，具有良好的协同阻燃效果[7]。磷硅协同阻燃体系包括两个方面的内容，一方面是将磷系阻燃剂与硅系阻燃剂进行复配，通过阻燃剂之间的相互作用，产生协同阻燃效果；另一方面是将磷硅两种元素引入同一分子结构中，通过元素之间的相互作用，产生协同阻燃效果。2·1磷/硅复配阻燃体系的应用国内外对磷硅复配阻燃体系在棉织物上的应用鲜有报道，东华大学恒逸研究所的刘丽雅、彭治汉将其自制的阻燃剂SP-3与N-羟甲基-3-(二甲氧基磷酰基)丙烯酰胺(商品名代号FRP-3010)复配，然后利用浸轧焙烘工艺对棉织物进行阻燃整理。阻燃剂SP-03与FRP-3010均是具有反应性的有机化合物(SP-3中含有硅羟基，FRP-3010中含有羟甲基)，在酸质子存在下经高温焙烘，能与纤维素纤维上的羟基脱水键合。阻燃剂与纤维素的键合直接改变了纤维素高温下热裂解的固有历程，阻止了左旋葡萄糖的形成，脱水生成不饱和双键使得纤维分子之间相互交联，转而演化为难燃的炭化状物，不仅能有效地抑制燃烧的继续进行，还具有防止阴燃发生的效果。将SP-03阻燃剂和FRP-3010复配使用用于棉织物的阻燃，整理由于磷硅协同效应比单独使用FRP-3010具有更好的阻燃效果[8]。磷硅复配阻燃体系兼有有机阻燃剂的高效和无机阻燃剂的低烟、无毒功能，能有效降低成本和减少无机阻燃剂的用量，改善材料的功能。2·2分子中含有磷及硅的阻燃体系应用有机硅系阻燃剂是一种新型的无卤阻燃剂，也是一种成炭型抑烟剂，还是一种良好的分散剂，能增加材料间的相容性。它作为一类高分子阻燃剂，具有高效、无毒、低烟、防滴落、无污染等特点。但由于价格等问题而限制了它的使用。单独将有机硅阻燃剂应用于棉织物上所获得的阻燃效果大多不够理想，一般都是通过磷硅协同效应同时将磷和硅两种元素引入同一分子当中，一方面可以降低有机硅阻燃剂的价格，另一方面还可以降低有机磷阻燃剂的毒性，获得阻燃效果更佳的磷硅型阻燃剂。【中国阻燃面料网www.China-Fire-Retardant.com】