棉花作为一种天然纤维，因其卓越的舒适性、透气性和吸湿性而备受推崇，广泛应用于家居装饰、家具制造、服装、医疗和工业等多个领域。然而，棉花被认为是高度易燃的聚合物，其极限氧指数（LOI）值极低，仅为18%左右，导致每年因棉纤维的易燃性引发的火灾造成重大的人员伤亡和财产损失。近年来，膨胀型阻燃剂因其在燃烧过程中形成保护炭层、有效抑制火焰蔓延和热量传递而受到广泛关注。
目前一种新型的膨胀型阻燃剂2,6,7-三氧杂-1-磷杂双环(2.2.2)辛烷-4-甲醇-1-氧化物（PEPA）因其高磷、高氮含量而表现出优异的阻燃性能。首先，PEPA基膨胀型阻燃剂生成磷酸和多磷酸，引发脱水反应，促进碳化层的形成，从而在燃烧过程中的凝聚相中起到阻燃作用。其次，PEPA基阻燃剂在气相中产生含磷自由基，阻止燃烧过程中活性自由基的产生，进一步增强了阻燃效果。最后，作为一种无卤阻燃剂，PEPA还能减少燃烧过程中有毒气体的排放。因此，使用PEPA基阻燃剂不仅能获得高效的阻燃效率，而且对环境的影响较小。
目前研究表明，在火灾初期迅快速形成足够厚且致密的保护层是阻燃处理的关键，因为这能有效地阻止火焰蔓延和材料损坏。优异的耐用性和耐洗性的阻燃处理对于实现长期有效的保护同样至关重要。此外，高温下的良好热稳定性也不容忽视，因为膨胀型阻燃剂在长时间暴露后会降解，从而限制其阻燃性能。大多数膨胀型阻燃剂在多次洗涤后会表现出较差的耐用性，这会显著降低其有效性。新型协同阻燃剂因其多组分间的相互作用而展现出优异的性能，具有良好的应用前景。然而，在实际应用中，组分迁移和不均匀分散的问题可能会降低其阻燃性能和耐用性。近年来，人们通过各种表面处理技术来提高棉的阻燃性能，但由于制备成本高，限制了大规模的工业化生产。
近期，常州大学制备了一种在棉织物表面形成具有稳定且高度交联网状结构的功能性涂层，成功提高了棉织物的耐洗性和阻燃性能。
将聚乙烯亚胺（PEI）、季戊四醇磷酸酯（PEPA）、双氰胺、均苯三甲酰氯（TMC）均匀涂覆在棉纤维表面，形成高度交联的网状结构，通过它们之间的协同作用，提高棉纤维的耐洗性和阻燃性能。该织物的极限氧指数（LOI）为33.6%，损伤长度仅为3.8cm，体积可膨胀至100倍，形成有效的隔热屏障。即使经过30次洗涤后，织物LOI仍保持30%的，损伤长度为4cm，表现出优异的阻燃耐久性。此外，在800°C氮气环境下时，炭渣残留量为40.2%。峰值放热率（PHRR）可达到94.9%的高值，总热释放（THR）降至75.0%。因此，本研究制备的阻燃涂层为开发高效、环保的阻燃棉提供了新的方法，在工业应用中具有巨大的潜力。
棉-PEDT制备工艺
垂直可燃性测试
(a) 棉织物样品垂直可燃性测试数字图像；(b) CF2-a垂直燃烧后形成的炭层；(c)PEDT炭渣的EDS光谱。
棉-PEDT阻燃机理
数据来源与出处
相关研究成果以“Fabric coating with ultra-high expansion up to 100 times: An intumescent flame-retardant with exceptional washability”发表在《Progress in Organic Coatings》上。
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