织物阻燃剂合成实验报告

实验二、织物阻燃整理剂的合成及应用实验实验目的掌握硼酸甘油酯及二乙醇基磷酰氯的合成方法，及两种中间体合成硼酸双甘基双二乙醇基磷酰氯的合成方法。文献综述 近年来，由于城市建筑更为密集，人口密度增大，各种建筑材料、装饰材料用量急剧增大，火灾引起的人员伤亡和财产损失呈上升趋势。火灾已成为最经常、最普遍地威胁公共和社会发展的主要灾害之一。此外，根据数据统计，火灾中的伤亡事故，有80%左右是由于火灾前期材料热解时产生的有毒气体和烟雾使人窒息无法逃生所造成的。因此，在提高材料阻燃性的同时，应尽量减少热裂解或燃烧生成的有毒气体和烟量。研究清洁、高效、与材料相容性好的无卤阻燃剂成为阻燃材料发展的重中之重。随着各类民用和产业用纺织品的消费量迅速增加，特别是各种室内装饰、舱内装饰织物和床上用品的需求量日益增加，由纺织品引起的火灾也不断增加。本世纪60年代日本、欧美等发达国家对纺织品的阻燃整理提出了要求，并制定了各类纺织品的阻燃标准，我国也制定了相应的阻燃标准、明确提出了阻燃制品的测试方法和技术指标，对纺织阻燃的质量控制提供了保证。在应用方面，从纺织品的种类和适用场所限制非阻燃织物。 四、阻燃机理1覆盖层理论：阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出，起到阻燃作用。2不燃气体理论：阻燃剂受热分解出不燃气体，将纤维素分解出来的可燃气体浓度冲淡到燃烧下限以下。3吸热理论：阻燃剂在高温下，发生吸热反应，降低温度阻止燃烧蔓延。此外，织物整理后能将热量迅速传出，致使纤维素达不到着火燃烧的温度。4化学反应论(催化脱水论)：阻燃剂在高温下，作为路易斯酸与纤维素发生反应，使纤维催化脱水炭化，减少可燃气体的产生。 五、阻燃整理方法1浸轧焙烘法：阻燃整理工艺中应用最广的一种工艺。工艺流程为浸轧-预烘-焙烘-后处理。浸轧液一般由阻燃剂、催化剂、树脂、润湿剂和柔软剂组成，配制成水溶液或乳液进行整理。2浸渍-烘燥法：又称吸尽法。是将织物在阻燃液中浸渍一定时间后，再干燥焙烘使阻燃液被纤维聚合体吸收。3有机溶剂法：该法是使用非水溶性的阻燃剂，其优点是阻燃整理时的能耗低。但在实际操作中，要注意溶剂的毒性和燃烧性。4涂布法：将阻燃剂混入树脂内，靠树脂的粘合作用使阻燃剂固着在织物上。根据机械设备的不同分为刮刀涂布法和浇铸涂布法。 我国纺织品阻燃的发展趋势 1.加强阻燃纤维的开发和研究目前，以对织物进行后整理而获得具有阻燃性持久及赋予高性能、多功能等特点的阻燃纺织品及其加工工艺是阻燃纤维发展的方向和趋势。但目前我国生产和使用最多的是阻燃整理织物，包括纯棉、纯涤纶、纯毛、涤棉和各种混纺的耐久性阻燃织物和纯棉、粘胶、纯涤纶非耐久性洗涤阻燃织物，阻燃纤维织物的生产和使用量很少，年产量只有100吨左右。随着人民生活与环境条件的不断改善，人们对阻燃纺织品性能要求越来越高，应投入力量和资金加大阻燃纤维的开发。 2.加强阻燃纺织品多功能化的研究目前多数阻燃纤维或织物仅具有阻燃功能，不能满足某些部门的特殊要求，如阻燃拒水、阻燃拒油、阻燃抗静电，发展阻燃多功能产品势在必行。如在生产方法上采用多种形式相结合，对阻燃纤维织物进行防水、拒油整理；采用阻燃纤维纱与导电纤维交织以生产抗静电的阻燃纤维；利用阻燃纤维与高性能纤维进行混纺交织生产耐高温织物；采用阻燃纤维与棉粘胶等纤维混纺以改善最终产品舒适性并降低成本等。 3.开发新型低毒低烟、无污染的阻燃剂生产阻燃聚丙烯纤维所选用的阻燃剂，是将溴系转向磷氮体系阻燃剂及膨胀型阻燃剂，利用其与聚合物相容性好、用量少，热稳定性高等特点，生产低烟、低毒无腐蚀且无滴落的阻燃聚丙烯纤维。生产阻燃腈纶所选用的阻燃剂将从卤系转向磷氮体系阻燃剂，纤维除具有阻燃特性外，还兼具抗静电功能，这种具有双抗功能的腈纶发烟低、毒性小，后序加工性能及使用性能良好。阻燃聚酰胺的发展方向是寻求持久高效、防滴落、毒性低、烟尘小，以及各项物理性能指标影响小的阻燃新品种，将从目前的溴系转向磷系进而向氮系发展。阻燃聚酯的生产是向具有高附加值的纤维系列方向发展，选用的阻燃剂将由溴系转向磷系化合物并增加其它复合功能，如抗静电、低起球、抗菌易染色等。合成一种具酸源、炭源和气源三位一体的膨胀型阻燃剂是当今阻燃研究的一个热点。此外，提高膨胀型阻燃剂的热稳定性，满足聚合物高温加工的需要，也是膨胀型阻燃剂今后的发展方向。1实验原理中间体的合成原理中间体的水解原理目标产物的合成原理乙二胺三聚氰胺乙醇胺苯胺实验过程（一）合成方法双三羟甲基丙烷双硫代磷酰氯(中间体)的合成（1） 组装仪器，查看是否能正常使用。（2） 向装有温度计、冷凝回流装置、搅拌器的四口烧瓶中加入一定量三氯硫磷（计算好三氯硫磷和双三羟一定配比）。（3） 打开搅拌棒，打开冷凝回流装置（防止三氯硫磷挥发），控温在5055左右。（4） 按照一定比例，向四口瓶中分批加入研磨好的双三羟甲基丙烷（粉末状），加入完毕约4060min ，待其完全溶解。（5） 开始缓慢升温至7275恒温。反应约5h左右（从加入双三羟甲基丙烷开始计时），此期间进行减压抽滤约3.5h，产生的HCl气体用NaOH水溶液吸收，挥发的三氯硫磷经冷凝管回流。（6） 反应5h后，停止反应，开始减压蒸馏约11.5h（油浴控温7276左右，真空度为0.090.095MPa），得到乳白色中间体（双三羟甲基丙烷双硫代磷酰氯），经干燥后得到乳白色固体，测量其产率。烷基硫磷酸酯盐的合成（1） 取少量中间体35g于四口瓶中，分批23次加入二氧六环进行溶解，每次加入46ml，反复进行蒸馏（去除多余的三氯硫磷等杂质），控温7276条件下11.5h。（2） 加入一定量蒸馏水（过量）进行水解1h。（3） 水解后的产物按照1:2摩尔比分批加入中和试剂三聚氰胺，在8288反应约4h，（4） 进行抽滤，得到紫色固态产物，再经高温干燥（100以上），得到白色固态粉末，即为目标产物（烷基硫磷酸酯盐）。实验完毕后，关闭电源和冷却水。实验装置图65抽真空 1.铁架台 2.控温温度计 3.搅拌桨 4.搅拌马达5.三口烧瓶6.电热套 图一 硼酸甘油酯合成反应装置图回收尾气 1.铁架台 2.搅拌马达 3.温度计 4.冷凝管5.滴定管 6.搅拌浆 7.恒温油浴锅 8.四口烧瓶 图二 合成装置图1加热套 2四口烧瓶 3电动搅拌器 4直型型冷凝管5锥形瓶 6抽虑瓶 7真空泵 8温度计 图三 二氧六环减压蒸馏装置 （二）阻燃整理工艺1、主要实验材料、化学品和仪器腈纶织物，产物，烧杯，玻璃棒，均匀轧车，热定型机。2、实验配方及工艺流程实验配方：产物用量 25%浴比 1：50工艺流程：浸轧预烘（80，3min）焙烘（160，3min或5min）3实验步骤按实验配方用蒸馏水配制整理液，将准备好的纯棉织物在放有整理液的烧杯中浸泡，待浸泡3分钟后，放到均匀轧车上浸轧，要求带液率为80-90。数据记录表格序 号干 重(g)湿 重(g)带液率(%)原布6.3011.3079.37坯布6.9011.9072.46将上述的纯棉织物放到预先升温到80摄氏度的烘箱中预烘5分钟，然后放到预先升温到160摄氏度的热定型机中焙烘5分钟。整理后的试样留作测定织物的阻燃性能的测定。（三）织物性能的测定1、主要实验材料和仪器 防皱整理前后纯棉织物；YG541D型全自动数字型织物阻燃性能仪2、操作步骤 2、操作步骤首先将整理织物固定在垂直燃烧架上，打开电源和煤气通气阀，点火通过调节出气旋钮调节火焰高度，调好后按启动键稳定燃烧30s后，装置自动接触织物并燃烧12s。燃烧结束后，关闭通气阀门，关闭电源。 3、实验数据记录火焰燃烧高度（）火焰燃烧底部宽度（）火焰燃烧中部最大宽度（）坯布30原布30 思考题1、阻燃剂的阻燃剂机理是什么？ 阻燃剂是通过若干机理发挥其阻燃作用的，如吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体的窒息作用等。多数阻燃剂是通过若干机理共同作用达到阻燃目的。 （1）、 吸热作用 任何燃烧在较短的时间所放出的热量是有限的，如果能在较短的时间吸收火源所放出的一部分热量，那么火焰温度就会降低，辐射到燃烧表面和作用于将已经气化的可燃分子裂解成自由基的热量就会减少，燃烧反应就会得到一定程度的抑制。在高温条件下，阻燃剂发生了强烈的吸热反应，吸收燃烧放出的部分热量，降低可燃物表面的温度,有效地抑制可燃性气体的生成，阻止燃烧的蔓延。Al(OH)3阻燃剂的阻燃机理就是通过提高聚合物的热容，使其在达到热分解温度前吸收更多的热量，从而提高其阻燃性能。这类阻燃剂充分发挥其结合水蒸汽时大量吸热的特性，提高其自身的阻燃能力。 （2）、 覆盖作用 在可燃材料中加入阻燃剂后，阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，隔绝氧气，具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的作用，从而达到阻燃目的。如有机阻磷类阻燃剂受热时能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或碳化层。碳化层的形成一方面能阻止聚合物进一步热解，另一方面能阻止其内部的热分解产生物进入气相参与燃烧过程。 （3）、 抑制链反应 根据燃烧的链反应理论，维持燃烧所需的是自由基。阻燃剂可作用于气相燃烧区，捕捉燃烧反应中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。如含卤阻燃剂，它的蒸发温度和聚合物分解温度相同或相近，当聚合物受热分解时，阻燃剂也同时挥发出来。此时含卤阻燃剂与热分解产物同时处于气相燃烧区，卤素便能够捕捉燃烧反应中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。 （4）、 不燃气体窒息作用 阻燃剂受热时分解出不燃气体，将可燃物分解出来的可燃气体的浓度冲淡到燃烧下限以下。同时也对燃烧区内的氧浓度具有稀释的作用，阻止燃烧的继续进行，达到阻燃的作用。参考文献查阅文献资料所参考的文献 1薛恩钰.阻燃科学及应用.北京：国防工业出版社，19872何浩东，官文元，陈科.丙纶簇绒地毯阻燃研究.辽宁化工.1997(5)3王彬，顾复宁.磷系共聚阻燃涤纶(ST-PET)短纤维生产工艺.合成纤维.1999(3)4覃文清，李风.纺织物阻燃整理技术浅谈.消防产品与技术信息.1998(7)5许玉堂.阻燃涤纶纤维的生产及制品特点.中国阻燃学会学术年会论文集.199910