一种催化碳化膨胀阻燃体系及其应用
【专利摘要】本发明涉及一种催化碳化膨胀阻燃体系及其应用，所述体系包括：酸源、碳源、气源和成炭催化剂；其中，阻燃体系中酸源的质量百分数为15?30％；酸源与气源的质量比为2～10：1；酸源与碳源的质量比为2～10：1；酸源与成炭催化剂的质量比为10～20：1。本发明的催化碳化膨胀阻燃体系应用于涤纶织物阻燃后整理。本发明的膨胀阻燃体系不含卤素，且符合阻燃剂少烟、低毒的发展趋势，属环保阻燃体系；整理品阻燃性能更好，整理后的涤纶织物具有很好的阻燃抗熔滴性。
【专利说明】
一种催化碳化膨胀阻燃体系及其应用
技术领域
[0001] 本发明属于纺织品功能整理领域，特别涉及一种催化碳化膨胀阻燃体系及其应 用。
【背景技术】
[0002] 涤纶是合成纤维中用量最大的一种，广泛用于国防、工业用布和人们生活的各方 面。涤纶属于易燃性纤维，不能满足某些领域对阻燃性能的要求，需对其进行阻燃处理。已 建立的赋予涤纶阻燃性的方法大都是通过增加熔滴同时使熔滴快速滴落和自熄而达到阻 燃效果，但是高温熔融物的滴落，容易导致二次伤害。如能使纤维燃烧时表面形成紧密炭 层，减少熔融物滴落，则是赋予涤纶阻燃性的更好途径。
[0003] 膨胀阻燃体系以磷、氮为主要组成元素，主要通过凝聚相阻燃发挥作用，受热时能 在被阻燃材料表面形成膨胀碳层。将膨胀阻燃体系用于一些受热不成炭的聚合物，已得到 很好的阻燃效果。
[0004] 为达到高阻燃性能，膨胀阻燃体系的用量通常很大。为提高膨胀阻燃体系阻燃效 率，通过借助纳米填料或金属化合物的催化碳化作用，促进膨胀阻燃体系交联成炭或催化 聚合物脱氢-交联-成炭是一个新的研究方向。如有研究表明采用由聚磷酸铵和季戊四醇组 成的膨胀阻燃体系对聚丙烯(PP)阻燃时，在阻燃体系中加入少量锰、锌、镁、铝等的氧化物、 硫酸盐或硼酸盐等化合物时，可进一步提高阻燃PP的氧指数，阻燃聚合物在燃烧时能形成 更稳定的炭层;金属卤化物如FeCl3、NiCl2和C0CI2等可显著增加丙稀腈_ 丁二稀_苯乙稀/有 机蒙脱土 (ABS/0MT)纳米复合材料燃烧后的成炭量;锌化合物和纳米粘土添加到苯乙烯-丙 烯腈(SAN)中制成纳米复合材料，也显著增加材料在燃烧后的成炭量。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种催化碳化膨胀阻燃体系及其应用，该膨胀 阻燃体系不含卤素，且符合阻燃剂少烟、低毒的发展趋势，属环保阻燃体系;整理品阻燃性 能更好，整理后的涤纶织物具有很好的阻燃抗熔滴性。
[0006] 本发明的一种催化碳化膨胀阻燃体系，所述体系包括:酸源、碳源、气源和成炭催 化剂;其中，阻燃体系中酸源的质量百分数为15-30% ;酸源与气源的质量比为2~10:1;酸 源与碳源的质量比为2~10:1;酸源与成炭催化剂的质量比为10~20:1;体系中还有水。
[0007] 所述酸源为磷酸铵，以硅烷、三聚氰胺、聚氨酯或环氧树脂改性的聚磷酸铵，三聚 氰胺焦磷酸盐或三聚氰胺聚磷酸盐。
[0008] 所述碳源为多元醇类，含羟基的水性聚丙烯酸酯，含羟基的水性聚氨酯，含羟基的 有机硅改性聚氨酯，含羟基的有机硅改性聚丙烯酸酯，聚丙烯酸酯改性聚氨酯，聚氨酯改性 聚丙烯酸酯，聚苯乙烯改性聚丙烯酸酯或三嗪类低聚物等。
[0009] 所述多元醇类为季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、淀粉或山梨醇。
[0010] 所述气源为三聚氰胺或三聚氰胺盐，双氰胺，胍，胍盐或脲。
[0011] 所述三聚氰胺盐为三聚氰胺氰尿酸盐或硼酸三聚氰胺;所述胍盐为碳酸胍或氨基 磺酸胍。
[0012] 所述成炭催化剂为二价或多价的金属化合物，微纳米尺寸的二氧化娃、二氧化钛 或4A分子筛。
[0013] 所述二价或多价的金属化合物为 Zn、Mg、Fe、Al、Ca、Ni、Mn、Zr、Cu、Ba、V、Co、Mc^PICr 的氧化物、氯化物、醋酸盐、硼酸盐或硫酸盐。
[0014] 本发明的一种催化碳化膨胀阻燃体系的应用，应用于涤纶织物阻燃后整理。
[0015] 所述涤纶织物阻燃后整理的方法包括:通过研磨的方式将该阻燃体系中的各组分 混合均匀后，采用热熔法、高温高压法或载体法用于涤纶织物阻燃后整理。
[0016] 所述研磨方式为球磨、胶体磨或砂磨等。
[0017] 本发明所用原料均市售可得。
[0018] 有益效果
[0019] (1)本发明所用膨胀阻燃体系不含卤素，且符合阻燃剂少烟、低毒的发展趋势，属 环保阻燃体系；
[0020] (2)本发明对膨胀阻燃体系中酸源、碳源和气源配比的优化，更高效地发挥该体系 的阻燃作用；
[0021] (3)本发明通过成炭催化剂的加入，提高整理品残炭量，降低整理品热释放速率和 总热释放，整理品阻燃性能更好，阻燃整理品燃烧无熔滴。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0023] 实施例1~12
[0024] 按表1所示的比例将组成催化碳化膨胀阻燃体系的酸源、碳源、气源、成炭催化剂 和水加入到胶体磨中研磨4h，得到乳白色粘稠状的催化碳化膨胀阻燃体系。
[0025]表1催化碳化膨胀阻燃体系配比
[0026]
[0027] 表中APP-聚磷酸铵，PER-季戊四醇，MEL-三聚氰胺，MPP-焦磷酸三聚氰胺，Si-APP-硅烷改性聚磷酸铵，下同。（实施例12试验用的是焦磷酸三聚氰胺一由焦磷酸钠和三 聚氰胺反应制备，气源已包含在其中。）
[0028] 对比例1~6
[0029] 按表2所示的比例将组成膨胀阻燃体系的组分酸源、碳源、气源和水加入到胶体磨 中研磨4h，得到乳白色粘稠状的膨胀阻燃体系。
[0030] 表2对比例膨胀阻燃体系配比
[0032]
[0033]利用实施例1~12和对比例1~6中的膨胀阻燃体系进行涤纶织物阻燃整理。
[0034] 1、涤纶织物阻燃整理
[0035] 织物:纯涤纶针织物(克重110g/m2)
[0036] 阻燃整理工艺：
[0037]热熔法:涤纶织物浸乳经研磨制成的阻燃体系(两浸两乳，带液率120%左右)-预 烘（80°C X3min)-焙烘（180°C X3min)。
[0038] 2、整理品阻燃性能测试
[0039] 2.1极限氧指数值(L0I)
[0040] 按"GB/T 5454-1997纺织品燃烧性能试验氧指数法"测定。
[0041] 2.2垂直燃烧性能
[0042]按"GB/T 5455-1997纺织品燃烧性能试验垂直法"测定。
[0043] 2.3微型量热测试
[0044]用微型量热仪，称取样品5mg左右进行测定，测定气氛为空气，升温范围75~750 °C，升温速率l°C/s，气体流速20mL/min。
[0045]具体测定结果
[0046]表3为对比例1~6阻燃体系采用热熔法对涤纶织物进行阻燃整理，整理品垂直燃 烧性能和氧指数。
[0047]表3对比例整理品垂直燃烧性能和氧指数
[0050]表3中6个对比例的试验结果可知，通过对体系中各组分质量比的优化，能使这些 不含催化剂的膨胀阻燃体系更高效地发挥阻燃作用。在总用量为25%时，对比例6效果最 优。
[0051]表4为实施例2和实施例9阻燃体系采用热熔法对涤纶织物进行阻燃整理，整理品 垂直燃烧性能和氧指数。
[0052]表4实施例整理品垂直燃烧性能和氧指数
[0054] 由表4可知，本发明方法所制备的阻燃体系以后整理的方式用于涤纶织物阻燃能 有效提高其阻燃性，可很好的抑制熔滴。
[0055] 表5为实施例1~12和对比例6阻燃体系采用热熔法对涤纶织物进行阻燃整理，整 理品微型量热测定结果。
[0056]表5整理品微型量热测试结果
[0058]
[0059]由表5对比例6可知，将膨胀阻燃体系用于涤纶织物阻燃整理可降低织物的HRC、 PHRR和THR，有效降低火灾危险性;将实施例1~12与对比例6比较可知，加入成炭催化剂后， 整理品的HRC、PHRR和THR进一步降低，残炭量明显增大，说明催化碳化作用显著。
【主权项】
1. 一种催化碳化膨胀阻燃体系，所述体系包括:酸源、碳源、气源和成炭催化剂;其中， 阻燃体系中酸源的质量百分数为15-30%;酸源与气源的质量比为2~10:1;酸源与碳源的 质量比为2~10:1;酸源与成炭催化剂的质量比为10~20:1。2. 根据权利要求1所述的一种催化碳化膨胀阻燃体系，其特征在于，所述酸源为磷酸铵 或以硅烷、三聚氰胺、聚氨酯或环氧树脂改性的聚磷酸铵、三聚氰胺焦磷酸盐或三聚氰胺聚 磷酸盐。3. 根据权利要求1所述的一种催化碳化膨胀阻燃体系，其特征在于，所述碳源为多元醇 类、含羟基的水性聚丙烯酸酯、含羟基的水性聚氨酯、含羟基的有机硅改性聚氨酯、含羟基 的有机硅改性聚丙烯酸酯、聚丙烯酸酯改性聚氨酯、聚氨酯改性聚丙烯酸酯、聚苯乙烯改性 聚丙烯酸酯或三嗪类低聚物。4. 根据权利要求3所述的一种催化碳化膨胀阻燃体系，其特征在于，所述多元醇类为季 戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、淀粉或山梨醇。5. 根据权利要求1所述的一种催化碳化膨胀阻燃体系，其特征在于，所述气源为三聚氰 胺或三聚氰胺盐、双氰胺、胍、胍盐或脲。6. 根据权利要求5所述的一种催化碳化膨胀阻燃体系，其特征在于，所述三聚氰胺盐为 三聚氰胺氰尿酸盐或硼酸三聚氰胺;所述胍盐为碳酸胍或氨基磺酸胍。7. 根据权利要求1所述的一种催化碳化膨胀阻燃体系，其特征在于，所述成炭催化剂为 二价或多价的金属化合物、二氧化硅、二氧化钛或4A分子筛。8. 根据权利要求7所述的一种催化碳化膨胀阻燃体系，其特征在于，所述二价或多价的 金属化合物为211、]\%、？6、41、〇3、附、]\111、21'、(]11、1^、￥、(]〇、]\1〇和0的氧化物、氯化物、醋酸盐、 硼酸盐或硫酸盐。9. 一种如权利要求1所述的催化碳化膨胀阻燃体系的应用，其特征在于，应用于涤纶织 物阻燃后整理。10. 根据权利要求9所述的一种催化碳化膨胀阻燃体系的应用，其特征在于，所述涤纶 织物阻燃后整理的方法包括:通过研磨的方式将阻燃体系中的各组分混合均匀后，采用热 熔法、高温高压法或载体法用于涤纶织物阻燃后整理。
【文档编号】D06M13/148GK105839399SQ201610196568
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】吴亚容, 周翔, 马江涛, 邢志奇
【申请人】东华大学