磷酸鹽阻燃液的制備及阻燃棉布的應(yīng)用

張旭，王志，王旭，謝華

（沈陽航空航天大學(xué)安全工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110136）

棉布具有穿著柔軟舒適、保暖、吸濕、透氣性強(qiáng)、易于染整加工等特點(diǎn)，由于它的這些天然特性，已被廣泛應(yīng)用于服裝和室內(nèi)裝飾材料中。但是，由于其易于燃燒容易釀成火災(zāi)。因此，很多國家頒布了各類紡織品的阻燃標(biāo)準(zhǔn)以減少或者避免由此造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[1-2]。磷酸鹽阻燃液作為阻燃劑的一類，由于其具有價(jià)格低、使用方便、阻燃效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，所以被大量用于木材、織物、紙張等可燃基材的阻燃處理[3-5]，從而可以有效延緩或阻止可燃基材的燃燒為人員逃生和滅火贏得寶貴時(shí)間。因此，研究磷酸鹽阻燃液的制備及應(yīng)用就顯得十分必要。本論文制備9 種不同比例的磷酸鹽阻燃液，對棉布進(jìn)行阻燃處理，測試其阻燃性能并分析阻燃效果。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 阻燃液及樣品的制備

磷酸鹽阻燃液由磷酸氫二銨和磷酸二氫銨混合配制而成。制備過程如下：磷酸氫二銨和磷酸二氫銨兩種分析純藥品以9∶1（90g，10g）、8∶2（80g，20g）、7∶3（70g，30g）、6∶4（60g，40g）、5∶5（50g，50g）、4∶6（40g，60g）、3∶7（30g，70g）、2∶8（20g，80g）、1∶9（10g，90g）的質(zhì)量比稱取后放入 2000mL 的燒杯中，加入溶劑1000mL 的去離子水配制阻燃液，然后選擇棉布進(jìn)行浸泡阻燃處理，24h 后取出自然晾干作為表征樣品。

1.2 樣品的阻燃性能表征

使用微機(jī)差熱天平（北京恒久科學(xué)儀器廠，HCT-1 型）對樣品進(jìn)行差熱-熱重（DTA-TG）分析。在差熱-熱重分析中根據(jù)所測試樣品的物化性質(zhì)，棉布選取溫度范圍為 50～700℃，升溫速率都為10℃/min，實(shí)驗(yàn)樣品的質(zhì)量為8～10mg。

使用錐形量熱儀（南京上元分析儀器有公司，SZL-1 型）對樣品熱釋放速率（HRR）進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)樣品的規(guī)格皆為 100mm×100mm，并用0.025mm 的鋁箔5 面包裹，露出上表面，鋁箔應(yīng)伸出上表面3mm[6]。為了對比不同阻燃處理材料在相同的條件下的熱釋放速率，所有的實(shí)驗(yàn)都選取熱輻射通量為35 kW/m2。

2 結(jié)果與討論

2.1 DTA-TG 分析

由圖1 的TG 曲線可知，在溫度為350℃時(shí)，未阻燃處理的棉布熱失重已經(jīng)超過85%，而阻燃處理的所有棉布在500℃以后熱失重還未超過85%。此外，從圖1 中還可以發(fā)現(xiàn)未阻燃處理棉布的TG曲線在300～350℃之間的失重率最大，對應(yīng)其DTG曲線（如圖2 所示），表明未阻燃處理棉布在此溫度燃燒失重。經(jīng)過阻燃處理樣品的TG 曲線基本在200～275℃之間的失重率最大，對應(yīng)DTG 曲線在225～300℃之間時(shí)有個(gè)峰值，主要是由于磷酸二氫 銨分解生成偏磷酸銨和磷酸混合物從而失去氨和水所產(chǎn)生的；而由圖1 的TG 曲線和圖2 的DTG 曲線都可以看出，經(jīng)過阻燃處理棉布的燃燒失重是平緩進(jìn)行的，明顯區(qū)別于未阻燃處理棉布。目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，經(jīng)過阻燃處理棉布的失重率有很大的降低，對棉布的阻燃性能有很大提高。

圖1 未阻燃處理和經(jīng)過不同比例阻燃處理棉布的剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)曲線

圖2 未阻燃處理和經(jīng)過不同比例阻燃處理棉布的DTG 曲線

DTA曲線如圖3所示，未阻燃處理棉布在170℃之下為吸熱階段，在170℃之上處于放熱階段，且在350℃左右時(shí)達(dá)到峰值，說明未阻燃處理棉布在此達(dá)到轟然條件完全燃燒。經(jīng)過阻燃處理棉布的DTA 曲線在240℃之下處于吸熱階段，在240℃之上為放熱階段，放熱階段曲線較“平坦”且DTA 峰值較小。由此可見，經(jīng)過阻燃處理棉布的DTA 曲線右移峰值減小，說明經(jīng)過阻燃處理棉布吸熱量增加、放熱量減小，阻燃效果明顯。

圖3 未處理和經(jīng)過不同比例阻燃處理棉布的DTA 曲線

2.2 HRR 分析

圖4 是在35kW/m2熱輻射通量下未阻燃處理和經(jīng)過不同比例阻燃處理棉布的HRR 曲線。從圖4中可知，經(jīng)阻燃處理棉布的HRR 大大降低，且熱釋放速率峰右移，說明經(jīng)阻燃處理后棉布延遲點(diǎn)燃時(shí)間和熱量釋放。從圖4 中還可以發(fā)現(xiàn)，阻燃處理棉布的HRR 曲線比未阻燃處理棉布曲線較“平坦”，說明棉布經(jīng)阻燃處理后熱降解生成可燃性揮發(fā)物的速度大大降低，同時(shí)可燃性揮發(fā)產(chǎn)物的釋放或燃燒熱量釋放的時(shí)間分布趨于平均，這對于降低熱量向棉布的反饋是非常有利的，因此可以判定阻燃效果十分明顯。

圖4 在35kW/m2熱輻射通量下未阻燃處理和經(jīng)過不同比例阻燃處理棉布的HRR 曲線

此外，由圖4 看出經(jīng)阻燃處理棉布的HRR 及其峰值與磷酸鹽的比例有關(guān)，即隨著磷酸氫二銨和磷酸二氫銨比例的減小，HRR 及其峰值減小。當(dāng)磷酸氫二銨和磷酸二氫銨比例為2∶8 時(shí)，峰值達(dá)到最低18.9kW/m2，等于未阻燃處理棉布的12.5%，說明阻燃效果最佳。

表1 中可以看出，未阻燃處理棉布的點(diǎn)燃時(shí)間和到達(dá)峰值時(shí)間都小于其他阻燃處理棉布，經(jīng)過阻燃處理棉布點(diǎn)燃時(shí)間和到達(dá)峰值時(shí)間都基本接近，說明經(jīng)過阻燃處理的棉布火災(zāi)危險(xiǎn)性降低。其中，磷酸氫二銨和磷酸二氫銨比例為2∶8 的棉布點(diǎn)燃時(shí)間和達(dá)到峰值時(shí)間最長，阻燃效果最好。

表1 棉布CONE 分析數(shù)據(jù)

3 結(jié) 論

（1）不同質(zhì)量比例的磷酸鹽阻燃液被制備得到并成功應(yīng)用于棉布的阻燃處理。該阻燃液明顯降低棉布的失重率和HRR，能減緩火焰的燃燒蔓延速度，對于服裝行業(yè)和室內(nèi)裝飾材料的使用具有重要意義。

（2）通過TG-DTA 和HRR 綜合分析，結(jié)果表明磷酸氫二銨和磷酸二氫銨比例為2∶8 時(shí)，阻燃液對棉布的阻燃效果最佳。

[1] 盧婷. 胍基磷酸鹽阻燃處理滌棉布應(yīng)用研究[J]. 消防科學(xué)與技術(shù)，2009，28（10）：771-773.

[2] 董秋蘭，陳國華，李建府，等. 尼龍-6 纖維織物的阻燃研究進(jìn)展[J]. 化工進(jìn)展，2009，28（6）：982-985.

[3] 蔣巍，姚姍姍. 新型含磷阻燃劑的制備及性能[J]. 化工進(jìn)展，2014，33（8）：2140-2143.

[4] 李清英，夏正斌，范方強(qiáng)，等. 反應(yīng)型含磷阻燃劑的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 化工進(jìn)展，2012，31（8）：1751-1755.

[5] 馬銘磊. 改性脒基脲磷酸鹽阻燃浸漬紙板研究[J]. 消防科學(xué)與技術(shù)，2009，28（12）：932-933.

[6] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 建筑材料熱釋放速率試驗(yàn)方法：GB/T16172—2007[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.