含磷聚酰胺胺-有机硅阻燃剂的合成及在棉织物上的应用

学术   科技   2024-07-11 14:51   山东  


棉花因其舒适、环保、廉价等优点,是最受欢迎的天然纤维之一,广泛应用于服装、家用、工业纺织等领域。尽管它有许多优点,但易燃性、易滋生细菌和需要电解质染色仍是棉织物的棘手问题。当它用于特殊场所时,如汽车纺织品、室内装饰、或用于公共场所的纺织品,如医院和军队,对其阻燃性有很高的要求。

含卤化合物是常用的阻燃剂(FRs),由于在燃烧过程中会释放出有毒气体,含有卤素的阻燃剂产品正在减少。基于磷FRs的商业开发已有很长时间。氮元素被认为对FR有积极作用。长期以来,人们观察并证实了氮在含磷FRs中的促进作用。当与含磷FR共同使用时,N、P的协同作用能显著降低几乎所有气体的生成量,且含N、P的FRs处理的棉花在燃烧过程中,不产生有毒气体丙烯醛等产物。硅是目前研究最为活跃的元素。硅在复合材料中的作用是在衬底表面形成硅基保护层。这种硅基材料可影响氧气屏障和热屏蔽。

超支化聚合物(HBPs)是一种具有三维树状结构的高度支化大分子。由于它独特的性质以及广泛的应用而吸引了越来越多的关注。HBPs在FR中的应用也得到了开发,人们对PAMAM在无盐染色、抗菌、固色、稳定等方面的应用也进行了较详细的研究。但关于其在纺织产品FR中的应用尚不多见。由于PAMAM与纤维素纤维之间缺乏共价键结合,因此必需对棉织物进行氧化或交联处理。这些方法的缺点是会造成强度降低或操作时间延长,该难题可通过HBPs和溶胶-凝胶技术得以解决。

南京工业大学的孙戒等人合成了一种新型超支化含磷聚酰胺胺-有机硅阻燃剂(P@PAMAMOSi),并采用FT-IR、NMR对其结构进行了表征。然后用溶胶-凝胶法制备了用P@PAMAMOSi包覆的棉织物。通过FT-IR和扫描电镜(SEM)对改性棉织物进行了验证。测试结果表明,改性棉织物具有良好的热稳定性,经A30处理后的棉织物焦炭长度为13.7cm,LOI值达到26.7%;B30处理后的棉织物焦炭长度为11.5cm、C30处理棉的长度为12.1cm,LOI值分别为27.8%、27.4%。TGA分析结果表明,引入P@PAMAMOSi可提高棉织物的热稳定性。在700℃氮气氛下,A30、B30、C30处理棉花的焦炭残留分别为29.5%、34.5%、28.8%。对处理后棉织物进行了锥体量热分析,结果表明,整理后棉织物的峰值放热速率(PHRR)分别为143.4、111.6、121.1 kW/m2,显著低于空白棉(208.6 kW/m2)。采用FTIR、XPS、SEM、EDS分析了处理后棉织物的阻燃机理。处理后的棉织物通过释放不可燃气体,形 成 稳 定 的 炭 层 , 表 现 出 冷 凝 相 和 气 相 阻 燃 机 理 。 与 氮 、 磷 或 硅 相 比 ,P@PAMAMOSi更容易改善棉织物的燃烧性能。此外,经处理后的棉织物具有良好的效果,可用于建筑行业和工业防火服装。

图. 超支化含磷聚酰胺胺-有机硅阻燃剂的制备示意图
文献来源:Zhen Zhang, Qingbiao Yang, Jinlan Li, Hui Yu, Tianyu Zhu, Zhenjiang Li, Jie Sun*, Kai Guo. Progress in Organic Coatings 2024, 188, 108188.

晨源分子介绍
亚洲首家研发与生产树枝状聚合物的高新技术企业

海晨源分子新材料有限公司成立于2011年,是一家国家级高新技术企业。公司先后获批山东省工程技术研究中心、山东省品牌国际科技合作基地、山东省院士工作站、山东省知名品牌、山东省隐形冠军等技术创新平台及荣誉。创始人李武松博士毕业于北京大学,是中国树枝状聚合物产业化的创始人,先后获得山东省组织部颁发的山东省泰山产业领军人才,山东省人社厅颁发的山东省有突出贡献的中青年专家,山东青年五四奖章、山东省优秀科技工作者、2018年度威海市市长质量奖、威海市科学技术一等奖、威海市十大杰出青年、2020“大国之材”年度人物,荣获共青团中央和人社部颁发的第十一届中国青年创业奖等荣誉称号。


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百余家高校科研机构及公司购买晨源分子的PAMAM

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