Page 221 - 《精细化工》2023年第5期

第 5 期 毋登辉，等: 反应型 P-N 膨胀型阻燃剂的合成及其在棉织物中的应用 ·1141·

由图 8 和表 3 可以看出，对于未经阻燃整理的 使炭层发泡所致，进一步表明 TTCTG 是一种优良
棉织物，其初始分解温度为 297 ℃，此时的热分解 的膨胀型阻燃剂。
发生在纤维素分子的非晶区。纤维素分子热解的主 2.8 阻燃棉织物的耐水性能测试
要温度区间在 300~400 ℃，最大热分解温度为 对 TTCTG200-CF 进行耐水洗性测试，结果见
357 ℃，在 400 ℃时损失了 76%的质量，这是由于 表 4。
纤维素分子 1,4-糖苷键断裂引发的一系列失重所引
起 [21] ；未经阻燃整理棉纤维在 700 ℃时的残炭率仅 表 4 TTCTG200-CF 不同洗涤次数后的阻燃性能
Table 4 Flame retardancy of TTCTG200-CF after different
为 15.9%。而对于经 TTCTG 阻燃整理的棉织物的热 washing times
分解分为两个阶段。第一失重阶段的主要温度区间 水洗次数 续燃时间/s 阴燃时间/s 损毁长度/mm LOI/% 阻燃级别
在 200~300 ℃，主要因为纤维素分子链开始裂解， 0 次 0 0 136 27.3 B1
TTCTG 分子中磷酸酯结构分解生成聚磷酸，聚磷酸 5 次 0 0 136 27.1 B1
具有较强的脱水性，促使纤维素能在较低的温度区 10 次 0 0 138 27.0 B1
域脱水分解 [22] 。第二失重阶段的主要分解温度范围 20 次 0 0 144 26.4 B1
在 300~470 ℃，该阶段主要由纤维素骨架热解而引 30 次 0 0 153 25.3 B2

起，TTCTG 分子中的富炭富氮结构在热解过程中可
由表 4 可知，水洗 20 次后，TTCTG200-CF 阻
生成炭层附着在纤维素基体表面阻隔棉织物与氧气 燃等级还可达 B1 等级，LOI 可达 26.4%，能保持良
的接触 [18] 。由表 3 可知，TTCTG200-CF 的初始分解
好的阻燃性能；水洗 30 次后，损毁长度有所增加，
温度降为 223 ℃，第一阶段最大热分解温度为 284
依然没有续燃和阴燃时间，阻燃等级可达到 B2 级
℃，TTCTG 在 284 ℃便能促进棉织物快速分解成
别，LOI 为 25.3%，可保持较好阻燃性能。这主要
炭，700 ℃下的残炭率高达为 35.6%。以上结果表
是因为阻燃剂中的活性氯原子与棉纤维上的羟基发
明，TTCTG 作为性能良好的成炭剂，能够有效地阻
生反应，使得阻燃剂 TTCTG 与棉纤维形成共价键
止棉纤维的进一步燃烧。 而完全融为一体，从而使其具有良好的耐水洗性能。
2.7 TTCTG 阻燃棉织物的形貌测试
2.9 水洗 20 次后的阻燃棉织物的结构分析
TTCTG200-CF 和未阻燃整理的棉织物燃烧后
通过 SEM 观测水洗 20 次后 TTCTG200-CF 的
的残炭 SEM 图如图 9 所示。 表面形貌，结果见图 10。

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a、c—未经阻燃整理棉织物；b、d—TTCTG200-CF
a、c—未经阻燃整理棉织物；b、d—水洗 20 次后的 TTCTG200-CF
图 9 不同放大倍数下棉织物阻燃整理前后残炭 SEM 图
Fig. 9 SEM images of char residue of cotton fabrics before 图 10 不同放大倍数下水洗 20 次后的 TTCTG200-CF 的
and after flame retardant finishing at different SEM 图
magnification Fig. 10 SEM images of char residue of TTCTG200-CF
after washing 20 times at different magnifications
由图 9 可知，未阻燃整理的棉织物燃烧后，纤
维结构全部被破坏，纤维形貌呈现碎屑状，成炭性 由图 10 可见，水洗 20 次后 TTCTG200-CF 的
很差。而 TTCTG200-CF 燃烧后仍可保持纤维结构 表面略有粗糙，放大后可进一步观察到有一层物质
的完整，纤维结构表层有很多膨胀炭层且炭层致密， 包覆于棉纤维表面。与纯棉织物表面相比（图 10a、
这是由于 TTCTG 燃烧热解时，释放的惰性气体促 c），未经阻燃的棉纤维表面光滑，由此可见，水洗