文档介绍：烟台大学
硕士学位论文
氮-磷系阻燃剂的合成及在皮革中的应用
姓名:古路路
申请学位级别:硕士
专业:化学工程
指导教师:王全杰
2011-06
摘要
皮革工业作为一种古老而传统的行业,发展至今,已经拓展到沙发、家具、
室内装潢、飞机和汽车内装饰等与人民生命财产有密切联系的领域。据最新研究
报道,皮革制品的燃烧对社会的危害并不亚于纺织、橡胶、塑料燃烧时所造成的
危害,而目前研究皮革抗燃性的方法分为两种:其一,优化皮革工艺,筛选出对
皮革抗燃性最好的鞣剂、复鞣剂、加脂剂、涂饰剂类型及用量,该工作本课题组
在前期研究中已进行;其二,筛选纺织、塑料、橡胶等领域的阻燃剂加入到皮革
中,但由于这些阻燃剂与皮革相容性差,使所得皮革手感差,难以满足市场对抗
燃皮革制品的要求。
阻燃剂可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂,有机阻燃剂又分为卤系阻燃剂、磷
系阻燃剂、氮系阻燃剂及氮-磷系阻燃剂。无机阻燃剂具有低烟、低毒、无卤、
稳定性好,并且价格便宜等优点,但是存在着添加量大、相容性差、影响材料性
能等缺点。而有机卤系阻燃剂虽与材料相容性好、添加量小、对材料的性能影响
小,但是存在发烟量大、产生卤化氢等大量的有毒气体,对人类自身及其环境产
生危害,因此人们积极研制新型无卤有机阻燃剂来代替有卤阻燃剂。而氮-磷系
阻燃剂作为一种环保型阻燃剂的出现,正是未来阻燃剂发展的一个必然趋势。
本课题采用无溶剂法,利用亚磷酸二甲酯与丙烯酰胺在甲醇钠作为催化剂下
发生迈克尔加成反应,合成中间体 3-二甲氧磷酰基丙酰胺;再与戊二醛反应,生
成 N-(5-羟基戊醛)-3-二甲氧磷酰基丙酰胺阻燃剂。利用正交设计法,考察物
料配比、反应温度、反应时间、溶液 pH 对反应的影响。结果表明:最佳摩尔比
n(丙烯酰胺):n(戊二醛)=:,最佳反应温度 80℃,反应时间 ,最
高产率:86﹪。通过红外光谱对产物的分子结构进行表征,确定反应路径。将合
成的阻燃剂应用到皮革复鞣工序中,通过改变阻燃剂的施加量、复鞣的工艺条件
及加脂剂的筛选,并通过偏光熔点仪、差示扫描量热分析和热失重分析,感观性
能和力学性能测试,以及阻燃性能测试,测试结果表明:阻燃后皮革的热稳定性
明显得到提高,感官性能有所改善,力学性能增强,氧指数最高可达 ,垂直
燃烧和烟密度均有显著的下降,满足了阻燃要求;当阻燃剂施加量为 4﹪时,其
热稳定性和阻燃效果最佳,从而确定了最佳的阻燃复鞣工艺。该阻燃复鞣工艺解
I
决了当前皮革行业阻燃材料与皮革手感之间的矛盾,实现了高效率、低烟雾及良
好手感的目标。
针对合成的复鞣阻燃剂颜色呈现淡黄色的问题,限制了其在浅色革中的应用
范围,本课题还利用活性炭、双氧水对其进行脱色处理,选择脱色剂用量、脱色
温度、脱色 pH、脱色时间作为影响因素。通过试验得到最佳工艺条件分别为:
活性炭用量 ,脱色温度 60℃,pH ,脱色时间 ,脱色率可达 ﹪;
V(双氧水)/V(试样)=1:2,脱色温度 50℃,脱色时间 ,脱色率可达 ﹪;
应用试验表明,此种阻燃型复鞣剂具有很好的阻燃和复鞣效果。经过活性炭脱色
处理后的阻燃复鞣剂在复鞣性能和阻燃性能上的变化具体为:皮革的手感、丰满
度以及柔软度均有不同程度的增加,与空白组相比,皮革的氧指数提高,达到最
大烟密度的时间延迟,最大烟密度降低;而经过双氧水脱色的复鞣剂则效果欠佳。
综合考虑,确定活性炭为最佳脱色剂。
将阻燃剂的合成试验分别扩大 1~5 倍,测定体系中戊二醛的转化率,拟合
出试验扩大 N 倍后的收率曲线,并讨论影响扩大实验顺利进行的因素及扩大试
验的注意事项,为后续批量生产做准备。
关键词:氮-磷系阻燃剂,合成,应用,皮革
II
Abstract
As an ancient and traditional industry, the applications of leather which have been
developed to people’s life and property of the field, such as sofa, furniture, interior decoration,
aircraft and car inner decorations and so on. According to the latest research reports, the
s