学术研究报告：二乙基次膦酸铝（Aluminum Diethylphosphonate）涂层涤纶织物的阻燃性能研究

一、作者与发表信息
本研究由苏州大学纺织与服装工程学院的靳家豪、刘亚文、程献伟（兼江苏恒力化纤股份有限公司）及通讯作者关晋平教授团队完成，发表于《印染技术》2024年第3期，获“第36届全国针织染整学术研讨会”优秀论文奖，并得到苏州市产业前瞻与关键核心技术项目（SYC2022017）及纺织行业纺织材料阻燃整理重点实验室资助。

二、学术背景与研究目的
涤纶（聚酯纤维）因高强度、高模量等特性广泛应用于户外纺织品（如帐篷、冲锋衣），但其易燃性、熔滴现象及燃烧释放有毒烟雾的问题严重威胁使用者安全。传统阻燃整理方法存在工艺复杂或环境污染等缺陷。磷系阻燃剂二乙基次膦酸铝（ADP）具有无卤、高热稳定性及气相/凝聚相双重阻燃机制，但此前未见于涤纶涂层阻燃研究。本研究旨在通过水性聚氨酯（WPU）负载ADP的涂层技术，同步提升涤纶织物的阻燃性、防熔滴性及防水性，并系统评估其综合性能。

三、研究流程与方法
1. 材料制备
- 基材：97 g/m²涤纶防水织物（宁波瑞凌辐射制冷科技有限公司，防水等级4级）。
- 涂层液配制：将ADP（浓度2%、4%、6%、8%）与水性聚氨酯树脂混合，添加交联剂903，以1000 r/min搅拌20分钟，形成均匀阻燃涂层液。
- 涂层工艺：采用刮涂法将涂层液涂布于织物，110℃预烘3分钟，170℃焙烘3分钟，制备涂层量为50 g/m²与100 g/m²的样品。

1. 性能测试
   
   • 阻燃性：
     
     • 垂直燃烧测试（GB/T 5455—2014）：记录损毁长度、续燃时间及熔滴现象。
       
     • 极限氧指数（LOI）（GB/T 5454—1997）：测定织物在氮氧混合气中的最低燃氧浓度。
       
   • 燃烧行为分析：
     
     • 锥形量热测试（ISO 5660-1）：量化热释放速率（HRR）、总热释放量（THR）及总烟释放量（TSR）。
       
   • 物理性能：
     
     • 力学性能：万能材料试验机测试断裂强力（GB/T 3923.1—2013）与撕裂强力（GB/T 529—2008）。
       
     • 耐静水压（GB/T 4744—2013）：评估防水性等级（0~5级）。
       
     • 光泽度（FZ/T 01097—2006）：测定表面反射率。
       
   • 表征技术：
     
     • 红外光谱（FTIR）：分析ADP与聚氨酯的化学键合。
       
     • 扫描电镜（SEM）：观察涂层表面形貌及覆盖均匀性。
       

四、主要研究结果
1. 阻燃性能优化
- 当ADP用量为2%、涂层量100 g/m²时，损毁长度降至12.9 cm（B1级标准），LOI提升至28.6%（未涂层织物为21.0%），且无熔滴现象。锥形量热显示，最大热释放速率（PHRR）与总烟释放量分别降低24.9%和69.3%，表明ADP通过促进炭化层形成及气相自由基捕获实现高效阻燃抑烟。

1. 涂层机理验证

   • FTIR在1097 cm⁻¹处检测到P—O特征峰，证实ADP成功嵌入聚氨酯涂层。SEM显示涂层均匀覆盖纤维，未破坏织物结构。
     

2. 综合性能平衡

   • 力学性能：阻燃涂层织物断裂强力为803.8 N（原样815.8 N），撕裂强力25.0 N（原样51.5 N），虽略有下降但仍满足使用需求。
     
   • 防水性：耐静水压达52.3 kPa（5级标准），较未涂层织物显著提升。
     
   • 外观：光泽度因表面成膜光滑度增加而提高。
     

五、结论与价值
本研究首次将ADP通过涂层技术应用于涤纶阻燃整理，实现了阻燃性（B1级）、防熔滴性、防水性（5级）的协同提升，且工艺环保无废水。其科学价值在于揭示了ADP在涤纶涂层中的气相/凝聚相协同阻燃机制；应用价值为户外纺织品提供了高性能、低成本的阻燃解决方案。

六、研究亮点
1. 创新方法：首次采用ADP改性水性聚氨酯涂层技术，突破传统阻燃涤纶整理的工艺限制。
2. 性能突破：在低ADP用量（2%）下实现阻燃、抑烟、防水多功能集成。
3. 工业适用性：涂层工艺简单，易于规模化生产，符合绿色制造趋势。

七、其他发现
研究发现聚氨酯涂层的存在虽略微降低力学性能，但通过优化涂层量（100 g/m²）可平衡功能性与耐久性。此外，ADP的碱性对纤维损伤可控，表明该技术具有长期稳定性潜力。