碘丁基-N-磺酸氨基聚硅氧烷的拒水阻燃性

张凤军1，，，，，董朝红1,2，，，，，吕洲1，，，，，王鹏1，，，，，王曙完1，，，，，车迎1
（1.青岛大学“纤维新质料及现代面料”国家重点实验室作育基地；；；；2.江南大学布料事情装学院）

　　摘要：以带有活性基团的碘丁基硅油（IBu-PDMS）和氨基磺酸胍为原质料制备了具有拒水防火双功效的碘丁基-N-磺酸氨基聚硅氧烷〔（IB-N-SA）PDMS〕，，，，，并用傅里叶红外完谱表征了其结构。。。将（IB-N-SA）PDMS应用于棉织物，，，，，测定接触角和拒水品级表征了其拒水性；；；；通过氧指数仪、热重和棉织物燃烧后残炭的形貌剖析了其防火性、热性能及防火机理。。。效果批注：（IB-N-SA）PDMS可给予棉织物拒水性能，，，，，接触角由88.37°提高到了110.75°，，，，，拒水分值为90；；；；同时，，，，，（IB-N-SA）PDMS后整理棉织物燃烧后的残炭率由11.7%提高到33.6%，，，，，说明防火剂通过改变棉纤维的热裂解历程，，，，，增进纤维的脱水炭化，，，，，提高了棉织物的防火性，，，，，后整理棉织物的极限氧指数由18.0%提高至29.4%。。。

　　0前言
　　随着社会的希望和人们环保意识的提高，，，，，无卤、无磷防火手艺的希望及防火剂的开发势在必行。。。近年来，，，，，由于硅系防火剂无毒、环保，，，，，已成为防火研究的热门之一。。。硅系防火剂由于其极高的热稳固性、氧化稳固性而具有优异的防火性能，，，，，其热剖析产品主要有CO2、水蒸气及SiO2，，，，，因此，，，，，此类防火剂被以为是新一代高效、友好的成炭型防火剂，，，，，应用远景很是辽阔。。。美国GE公司用聚酯、聚酰亚胺和聚二甲基硅氧烷为原质料合成的多嵌段共聚物、DowCorning公司的D•C•RM硅树脂微粉防火剂以及日本NEC和GE-东芝有机硅公司配合开发的XG-99-B5664有机硅系防火剂应用于高分子质料时均体现出优异的防火效果。。。J.Alongi等人通过溶胶-凝胶法将硅烷预聚体应用于棉织物，，，，，极大地提高了棉织物的热稳固性；；；；丁洋等将磷酸酯聚硅氧烷后整理到棉织物上，，，，，使织物获得了优异的防火性，，，，，可见硅系防火剂在棉织物上有很大的应用研究价值，，，，，但海内学者外关于棉用硅系防火剂方面的研究效果较少，，，，，关于这方面的研究事情也越来越多地引起一些科研事情者的兴趣。。。
　　现在，，，，，由于许多行业的特殊性，，，，，防火多功效面料质料需求日益增添，，，，，古板的要领是划分浸轧防火剂和其它功效助剂，，，，，工序繁复，，，，，条件苛刻（如所用的功效助剂之间是否匹配、多次浸轧是否会影响助剂的效果，，，，，后整理温度是否匹配等），，，，，保存肯定的局限性，，，，，因此，，，，，防火多功效助剂的希望越来越受到亲睐。。。
　　本文使用带活性基团的碘丁基硅油和氨基磺酸胍反映制备了拒水防火功效助剂碘丁基-N-磺酸氨基聚硅氧烷〔（IB-N-SA）PDMS〕，，，，，是一种环保型硅系防火剂，，，，，制备要领简朴，，，，，反映条件和气，，，，，将（IB-N-SA）PDMS应用到棉织物上，，，，，在提高棉织物防火性的同时给予其拒水性，，，，，工序轻盈，，，，，效果优异。。。

　　1试验
　　1.1质料、药品和仪器
　　质料14.75tex×14.75tex，，，，，524根/10cm×284根/10cm，，，，，经退浆、精练、漂白的纯棉布（潍坊齐荣布料印染有限公司）
　　药品碘丁基硅油（自制），，，，，氨基磺酸胍（唐山三鼎化工有限公司），，，，，尿素（莱阳化工实验厂），，，，，氢氧化钠（天津市博迪化工有限公司）
　　仪器HH数显恒温水浴锅(金坛市金城国胜实验仪器厂)，，，，，小样定形烘干机、站式小轧车(上海朗高面料装备有限公司)，，，，，赛多利斯天平(北京赛多利斯天平仪器系统有限公司)，，，，，SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司)，，，，，沾水度仪LLY-13(莱州市电子仪器有限公司)，，，，，LFY-606B数显限氧指数测定仪（山东面料科学研究院），，，，，美国Nicolet公司5700型傅里叶变换红外完谱仪，，，，，接触角测定仪JY-PHb（承德普惠检测装备制造有限公司），，，，，热重剖析仪（METTLERTOLLODOTGA/DSC1），，，，，飞纳电镜Phenompro（复纳科学仪器（上海）有限公司）
　　1.2（IB-N-SA）PDMS的制备
　　在250mL三颈烧瓶中加入氨基磺酸胍防火剂，，，，，装好一般蒸馏装置，，，，，氮气敬重，，，，，升温至80℃，，，，，滴加碘丁基硅油，，，，，在此反映温度下反映6h，，，，，冷却。。。反映式如图1。。。

　　1.3棉织物后整理工艺
　　将棉织物浸轧到后整理液（二浸二轧，，，，，轧余率100%)→烘干(100℃，，，，，3min)→焙烘(150℃，，，，，4min)。。。后整理后棉织物增重率21.5%。。。
　　碘丁基-N-磺酸氨基聚硅氧烷后整理处方
　　。。↖B-N-SA）PDMS（g/L） 500
　　尿素(g/L）40
　　氯氧化锆（g/L） 5
　　PH 9
　　浴比1∶20
　　1.4测试及表征
　　1.4.1结构表征
　　合成产品的红外剖析接纳美国Nicolet公司5700型傅里叶变换红外完谱仪，，，，，KBr压片，，，，，测试规模400-4000cm-1。。。
　　1.4.2织物拒水性测试
　　接纳JY-PHb接触角测定仪测定水和棉织物的接触角。。。
　　参照AATCC22-2005《布料品拒水性测试喷淋法》标准，，，，，接纳沾水度仪LLY-13评定织物的拒水品级。。。详细评定品级为：100-样品外貌没有润湿，，，，，也未沾有小水珠；；；；90-样品外貌有微量润湿或占有少量水珠；；；；80-样品受淋外貌仅有不一连的小面积润湿；；；；70-样品受淋外貌被部分润湿；；；；50-样品受淋外貌被完全润湿；；；；0-整个样品正反外貌都被润湿。。。
　　1.4.3织物防火性测试
　　极限氧指数法参照GB/T5454-1997《面料品燃烧性能试验氧指数法》，，，，，接纳LFY-606B数显限氧指数测定仪测定。。。
　　燃烧试验法肯定尺寸的试样，，，，，在划定的燃烧箱里用划定的火源点燃12s，，，，，除去火源后测定试样的续燃时问和阴燃时间；；；；阴燃阻止后，，，，，按划定的要领测定损毁长度。。。
　　1.4.4热重剖析（TGA）
　　接纳METTLERTOLLODO热重剖析仪测定织物的热稳固性，，，，，氮气气氛，，，，，温度规模40~600℃，，，，，升温速率5℃/min。。。
　　1.4.5电镜（SEM）剖析
　　接纳飞纳电镜Phenompro寓目织物燃烧后外貌的残炭形态。。。

　　2效果和探讨
　　2.1（IB-N-SA）PDMS的红外完谱剖析

　　碘丁基-N-磺酸氨基聚硅氧烷的红外完谱如图2所示，，，，，1053cm-1为Si-O-Si的伸缩振动罗致峰，，，，，3352-3198cm-1为伯胺N-H的对称和差池称伸缩振动罗致峰，，，，，1667cm-1为C=N的伸缩振动罗致峰，，，，，1241cm-1为C-N的伸缩振动罗致峰，，，，，这些特征基团罗致峰批注氨基磺酸胍和带活性基团的碘丁基硅油爆发反映天生了碘丁基-N-磺酸氨基聚硅氧烷。。。
　　2.2（IB-N-SA）PDMS后整理棉织物的性能
　　2.2.1（IB-N-SA）PDMS后整理棉织物的拒水性
　　对未后整理和（IB-N-SA）PDMS后整理后棉织物的拒水品级和接触角举行测试，，，，，觉察后整理后的棉织物拒水品级分值为90；；；；未后整理和后整理后棉织物的接触角如图3所示。。。

　　由图3可知，，，，，经（IB-N-SA）PDMS后整理后棉织物的接触角由后整理前的88.37°提高到了110.75°，，，，，说明经（IB-N-SA）PDMS后整理后的棉织物具有较好的拒水性，，，，，这是由于（IB-N-SA）PDMS和棉织物反映，，，，，以甲基为主的基团在纤维外貌定向排列，，，，，形成疏水层，，，，，降低了棉纤维的临界外貌张力，，，，，提高了其和水接触角。。。
　　2.2.2（IB-N-SA）PDMS后整理棉织物的防火性
　　对未后整理和（IB-N-SA）PDMS后整理后棉织物的燃烧性能举行测试，，，，，效果列在表1。。。

　　注：N.R体现因棉织物完全损毁而没有纪录；；；；T.D体现棉织物完全燃烧由表1中数据可以看出，，，，，未后整理后整理棉织物点燃后延续燃烧直至烧完，，，，，极限氧指数为18.0%；；；；而（IB-N-SA）PDMS后整理后棉织物极限氧指数提高到29.4%，，，，，续燃时间8s，，，，，阴燃时间0s，，，，，损毁炭长5.9cm，，，，，批注后整理后棉织物具有较好防火性。。。
　　2.3（IB-N-SA）PDMS后整理棉织物的热稳固性
　　对未后整理和（IB-N-SA）PDMS后整理后棉织物的热稳固性举行测试。。。图4是未后整理和后整理后棉织物的TG曲线，，，，，图5是未后整理和后整理后棉织物的DTG曲线，，，，，表2是未后整理和后整理后棉织物TG和DTG剖析数据。。。

　　注：Tonset起始裂解温度，，，，，Tmax代表大失重速率时的温度
　　由4可以看出，，，，，未后整理和后整理后棉织物的热降解曲线趋势相同，，，，，均分为初始降解阶段、主要降解阶段和残渣降解阶段。。。
　　未后整理棉织物在297℃时最先快速裂解，，，，，质量损失很大，，，，，连系表2的数据，，，，，可以看出，，，，，到379℃主要降解阶段竣事时，，，，，质量损失率为72.6%。。。同时，，，，，连系图5可以看出，，，，，棉织物在297℃~379℃的降解阶段内，，，，，失重速率很大，，，，，在温度抵达361℃时，，，，，失重速率大，，，，，此时残炭量为39.5%。。。在这一阶段棉织物的失重主要是棉纤维裂解天生可燃性左旋葡萄糖，，，，，高温作用下左旋葡萄糖进一步剖析天生醇类、呋喃等可燃性气体，，，，，加剧了棉织物的燃烧。。。379℃之后，，，，，棉织物进入残渣降解阶段，，，，，这一阶段失重较缓，，，，，后残炭量为11.7%。。。
　　和未后整理棉织物相比，，，，，（IB-N-SA）PDMS后整理后棉织物的起始裂解温度提前44℃，，，，，在253℃时最先裂解，，，，，到402℃主要降解阶段竣事时，，，，，质量损失率为51.7%。。。同时，，，，，连系TG和DTG曲线我们可以看出，，，，，在253℃到307℃之间，，，，，后整理后棉纤维失重特殊快且大，，，，，失重率为36.8%，，，，，温度为276℃时，，，，，棉纤维的失重速率大；；；；和之相较量，，，，，在307℃到402℃之间，，，，，后整理后棉纤维失重较缓，，，，，失重率为14.9%。。。402℃之后是后整理后棉纤维的残渣降解阶段，，，，，和未后整理棉织物相较量，，，，，厥后的残炭量有了很大提高，，，，，为36.6%，，，，，这可能是由于（IB-N-SA）PDMS受热剖析，，，，，爆发不燃性气体，，，，，稀释了棉纤维裂解爆发的可燃性气体和空气中的氧气，，，，，并带走部分热量，，，，，增进了棉纤维的脱水炭化；；；；同时，，，，，（IB-N-SA）PDMS中的聚硅氧烷热裂解天生无定形SiO2和玻璃态炭，，，，，起到了物理屏障的作用，，，，，阻遏热量和氧气的转达。。。由热重曲线可知，，，，，（IB-N-SA）PDMS的加入，，，，，降低了棉纤维的热降解温度，，，，，使得其在低温时脱水炭化，，，，，抑制了左旋葡萄糖的天生，，，，，极大地镌汰了可燃性气体的量，，，，，降低了棉纤维的燃烧性。。。
　　2.4（IB-N-SA）PDMS后整理棉织物残炭的形貌
　　通过扫描电镜来寓目（IB-N-SA）PDMS后整理棉织物燃烧后残炭的形貌，，，，，如图6所示。。。

　　实验中觉察，，，，，未后整理棉织物点燃后烧为灰烬，，，，，结构损毁严肃。。。由图6(a)我们可以看出，，，，，（IB-N-SA）PDMS后整理棉织物燃烧后结构坚持完整，，，，，纤维间间隙和织物上的网格结构转变很小，，，，，说明（IB-N-SA）PDMS增进了棉纤维的炭化。。。由图6(b)可以看出，，，，，后整理后的棉织物燃烧后，，，，，纤维外貌匀称笼罩了一层薄膜，，，，，推测是（IB-N-SA）PDMS受热剖析形成的二氧化硅；；；；由图6(b)还可以看出残炭外貌保存大宗孔洞，，，，，应为（IB-N-SA）PDMS受热剖析会释放出的不燃性气体所致。。。
　　后整理织物燃烧后残炭的形貌剖析效果和热重剖析一致。。。

　　3结论
　　。。1）（IB-N-SA）PDMS为拒水防火双功效助剂，，，，，可以提高棉织物的拒水性和防火性：接触角抵达110.75°，，，，，拒水品级为90，，，，，有较好拒水性；；；；极限氧指数抵达29.4%，，，，，批注后整理后棉织物具有较好防火性。。。
　　。。2）热重剖析和残炭形貌批注，，，，，（IB-N-SA）PDMS降低了棉纤维的热裂解温度，，，，，改变了其热降解机理，，，，，抑制了左旋葡萄糖的天生，，，，，增进了棉纤维的脱水炭化，，，，，使得终的残炭率由11.7%提高到36.6%。。。

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