以棉纤维为主要原料的各种织物往往具有吸湿保暖,透气性好,经久耐用等优点,所以,棉织物从古至今都一直被广泛应用于人类的各种生产活动与日常生活中。然而,棉织物的广泛使用也带来了巨大的火灾隐患,因为棉织物极为易燃,这个特点同时也限制了棉织物的应用。因此,对棉织物进行改性处理,使其从易燃物转变为难燃物成为了众多研究者的追求所在。在含卤阻燃剂因环保因素而被逐渐禁用后,各种新型阻燃剂被开发出来。无机阻燃剂包括金属氧化物及氢氧化物,无机含硅化合物,红磷,可膨胀石墨等,它们的使用方式主要是直接掺杂填充到基体材料中,在提高基体材料的耐火性能的同时还会抑制烟雾的产生,并且无毒,无腐蚀性,但由于用量大而会对基体材料的机械性能造成影响;相比之下,有机磷氮类阻燃剂近年来受到广泛研究和应用,因为有机磷氮类阻燃剂通常是通过化学反应接枝到基体上,用量少,效果好。大量实验测试结果证实,与只含P或只含N的阻燃剂相比,同时包含二者的阻燃剂更为高效。除此之外,Si类阻燃剂和含S阻燃剂也可作为P-N阻燃剂的增效剂。因此,利用这些元素的协同作用以开发新的阻燃剂,是一种非常合理的思路。本文中设计,合成和应用了三种新型多元素协同棉用阻燃剂,第一种为典型的P-N协同阻燃剂,而后两种阻燃剂中分别在P,N的基础上引入了Si和S,并研究其对棉织物阻燃性的影响。合成过程都相对简单,而且成本低,阻燃效率高。(1)阻燃剂五亚甲基磷酸铵基胍唑(AGPMPA)的合成及其在棉织物上的应用以水合肼,双氰胺合成胍唑后,利用其活泼氢与甲醛和亚磷酸反应,合成了一种应用于棉织物的新型磷氮协同阻燃剂五亚甲基磷酸铵基胍唑(AGPMPA),并用过核磁数据验证了其结构。红外图谱表明,经过阻燃整理后AGPMPA与棉织物形成P-O-C键。而极限氧指数(LOI)和耐久性测试表明20%的AGPMPA即可将棉织物的LOI值从18.6%提升至43.7%,且经过50次洗涤后仍能保持在26.8%。在垂直燃烧测试过程中发现,处理棉无法被点燃,点火处会留下明显碳架。由热重数据证实,处理棉的降解程度被抑制,留下的炭渣量增加。热重-红外(TG-IR)测试表明,相较于对照棉,处理棉降解产生的挥发性产物量明显下降,热释放速率(HRR)和总热释放量(THR)均大幅降低,意味着阻燃剂可在凝固相和气相同时发挥作用。扫描电镜(SEM)观测结果表明在阻燃处理前后棉织物的纤维结构没有发生明显变化。整理后棉纤维的撕裂强力部分降低,但幅度不大。(2)P-N-Si协同阻燃剂六-(胺基乙醇磷酸酯磷酸铵盐)基氨基丙基二乙氧基硅烷(HPAPA)的合成及其在棉织物上的应用由氨基丙基三乙氧基硅烷,五氯化磷,乙醇胺,磷酸等合成了一种同时富含P,N,Si三种阻燃元素的高效阻燃剂。使用NMR验证了该阻燃剂的化学结构。FT-IR和EDS结果表明,这三种阻燃元素均被引入到棉织物表面。经30%HPAPA阻燃处理后,棉织物的LOI从18.2%提高到52.0%,在洗涤50次后,仍能保持在27.9%,表明该阻燃剂不但提高了棉织物的阻燃性,而且具有耐久性。TG分析结果表明,与处理前相比,棉织物在阻燃处理后的降解温度明显下降,而且残渣率大幅提高,表明棉织物的降解程度减弱,热降解稳定性提高。TG-IR分析也证实,处理棉的THR,HRR和EHC值明显低于对照棉。由SEM观察确定,燃烧前后处理棉纤维的主体结构都保持完好。棉织物的机械性能变化不大。(3)P-N-S协同阻燃剂二(磷酸铵乙醇酯基)聚硫脲磷酸基磷酸胺(DAPEPPAP)合成及其在棉织物上的应用由硫脲,磷酸,乙醇胺,五氯化磷为主要原料合成了一种富含磷、氮、硫等元素的新型聚硫脲-磷酸型阻燃剂,并成功地应用于棉织物。红外光谱和元素分析证实了阻燃棉中存在磷、氮和硫元素。扫描电镜结果表明,阻燃剂的引入对棉织物纤维结构影响不大。而TG测试结果证实,在氮气气氛下,处理棉的降解温度比对照棉降低了72℃,降解程度减弱,残渣率从15.57%显著提高到49.06%。TG-IR结果表明,对照棉的平均放热率由9.20 kW/m~2降至4.83 kW/m~2,总放热量由2.83 MJ/m~2降至1.45 MJ/m~2。实验结果表明,30%的阻燃剂可使棉织物具有良好的耐久性和优良的阻燃性。此外,力学性能试验表明,该阻燃剂对棉纤维的强度影响不大。