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PVA基磷酸酯阻燃剂
| 来源：邵君( 先生，国内国际部经理 ) 发布时间：2016-12-21 11:48:48 |
以聚乙烯醇、磷酸为原料合成了PVA基磷酸酯阻燃剂(PVA-POH)，优化了合成工艺:m(H3PO4)/m(PVA)=2.0，催化剂CO(NH2)21%，100℃，120min。用红外光谱(FT-IR)、核磁共振(NMR)、元素分析表征其结构。
用TGA-DSC分析了它的热性能。结果表明:该PVA基磷酸酯阻燃剂合成路线简单，阻燃性能优良，经整理的涤棉织物经10次水洗后，其LOI值仍为26.2%。
高分子材料应用广泛，但许多有机高分子材料易燃会造成火灾危害。因此，世界各国都在致力于研发各种阻燃剂和阻燃材料。磷系阻燃剂具有高阻燃性、低烟、低毒、无腐蚀性气体产生等特点，其阻燃效果跟阻燃剂含磷量有关。
磷系阻燃剂特别是有机磷阻燃剂在各类阻燃剂中占有重要地位。小分子含磷阻燃剂挥发性大、易迁移、耐热性差、材料机械性能差的缺点影响了阻燃效果，也限制了它的应用范围。大多数有机高分子含磷阻燃剂具有低烟、低毒、热稳定性好、阻燃性能好、与聚合物基材相容性好、耐迁移、耐挥发、阻燃效果持久等优点，已经成为阻燃剂研究的热点。
PVA在高温下十分有利于分子内脱水生成烯烃和芳环，发生成炭反应，因此在膨胀型阻燃剂中，PVA是很好的成炭剂。本文以PVA和磷酸为原料、尿素为催化剂，合成了PVA基磷酸酯阻燃剂(PVA-POH)，研究了其合成工艺条件，通过红外光谱(FT-IR)、核磁共振(NMR)、元素分析表征了它的结构，用TGA-DSC分析其热性能。
试验材料织物:涤棉混纺机织物18.2t×18.2t，220根/10cm×9期140根/10cm(四川川棉厂)。
试剂:聚乙烯醇(PVA)20-99(工业纯)，磷酸、尿素、无水乙醇(均为分析纯)，渗透剂JFC
阻燃剂PVA-POH的合成：将5gPVA加入250mL三口瓶中，加入20mL蒸馏水润湿搅拌15min，然后加入10~30mL85%的磷酸，室温搅拌30min后，缓慢升温至PVA完全溶解变成无色透明溶液，再加入一定量的尿素作催化剂，搅拌均匀后，升温至合适温度反应一定时间，得到白色或淡黄色透明溶液;加入50mL无水乙醇沉淀，反复溶解沉淀3次，减压过滤后，在60℃真空烘箱中干燥24h，得白色或淡黄色产物PVA-POH。
磷酸三苯酯tpp具有良好的透明性、柔软性以及抗菌性，具有耐水、耐油、电绝缘性好和相容性好的优点。磷酸三苯酯tpp用途主要用于纤维素树脂、乙烯基树脂、天然橡胶和合成橡胶的阻燃增塑剂,也可用于三乙酸甘油酯薄酯和软片、硬质聚氨酯泡沫、酚醛树脂、以及PPO等工程塑料的阻燃增塑。
PVA-POH织构表征：红外光谱(FT-IR):用NicoletFT-IR6700型红外光谱仪测试，KBr压片;核磁共振(NMR):用VarianunityInova-400核磁共振仪测试1H-、31P-、13C-NMR谱，以DMSO-d6为溶剂，内标为四甲基硅烷(TMS);元素分析(EA):用CarloErba1106CHN元素分析仪(意大利)测定C、H、O含量;磷含量:采用钒钼酸铵比色法(GB/T6437-2002)测定。
阻燃整理工艺：二浸二轧(阻燃剂PVA-POH300g/L，尿素100g/L，磷酸15g/L，渗透剂JFC10g/L，轧液率70%~80%)→预烘(90℃，5min)→焙烘(165℃，3min)→皂洗→水洗→烘干。
热分析(TGA-DSC):用同步热分析仪STA449CJupiter(德国NETZSCH)进行，氮气流量45mL/min，向铝坩埚中称取5~7mg试样，以10℃/min从40℃升温至590℃;阻燃性能:用XZT-100氧指数测定仪按照GB/T5454-1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》进行测试。
随着磷酸用量的增加，磷含量明显增加，但是当m(H3PO4)/m(PVA)>2。0时，其增加程度减慢;>2。25以后产率反而下降，可能原因是磷酸用量越高，在反应时，分子内脱水越多。且磷酸用量越高，阻燃剂颜色由白色逐渐变为淡黄色，使其应用范围受限。选择m(H3PO4)/m(PVA)=2.0较佳。
随着反应温度升高，产率和磷含量都先升高后降低，产物颜色也逐渐加深。100℃时产率和磷含量均较高，105℃时产率和磷含量达到最高，再继续升温反应产物出现灰黑色，脱水炭化明显，磷含量和产率也显著降低。综合考虑能源，100℃为最佳反应温度。
随着反应时间的延长，产率和磷含量升高，120min时产率较高且阻燃剂颜色为白色，超过125min以后，产率反而有所降低，可能是反应时间过长，导致产物出现脱水炭化，致使产物颜色加深。综合考虑阻燃剂颜色，选择120min。
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