含磷聚酰胺胺-有机硅阻燃剂的合成及在棉织物上的应用

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.