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无卤反应型阻燃是水性聚氨酯阻燃改性的发展方向。其中,对水性聚氨酯进行后扩链阻燃改性不仅可以大幅度地提高阻燃性能,而且操作简单,溶剂消耗量少,并且可以得到高固含量、高力学性能的水性聚氨酯。针对水性聚氨酯阻燃化、高固含量以及高力学性能的要求,本文设计并合成出四种系列后扩链无卤阻燃水性聚氨酯,并对其结构、性能及应用进行了研究。采用含磷二胺阻燃剂双(氨基苯基)苯基氧化磷(BPPO)对水性聚氨酯进行后扩链反应制备出BPPO后扩链阻燃水性聚氨酯(AWPUs)。分别采用ExolitOP550、Fyrol 6及ExolitOP 550与Fyrol 6共同对水性聚氨酯进行阻燃改性,然后用BPPO对阻燃改性水性聚氨酯进行后扩链,制备出软段改性后扩链阻燃水性聚氨酯(AOWPUs)、硬段改性后扩链阻燃水性聚氨酯(AFWPUs)以及软硬段共改性后扩链阻燃水性聚氨酯(AOFWPUs)。用红外、核磁和EDS能谱研究其结构,结构分析证明合成了目标产物。通过对四种后扩链阻燃水性聚氨酯体系的乳液性能测试表明,BPPO的后扩链,增加了水性聚氨酯的乳液粒径,但降低了乳液的稳定性与粘度。总体上来说,四种后扩链阻燃水性聚氨酯的乳液粒径大小顺序为:AOFWPUs>AOWPUs>AFWPUs>AWPUs,乳液稳定性和乳液粘度的顺序正好相反。AWPUs的实际最大后扩链比在80%附近,其他三种后扩链阻燃水性聚氨酯的实际最大后扩链比在60%左右。通过氢键作用分析、DSC和TEM研究了BPPO后扩链、ExolitOP 550软段改性、Fyrol 6硬段改性和软硬段共改性对后扩链阻燃聚氨酯微相结构的影响,并从力学性能、耐水性能等方面研究不同改性方式对聚氨酯性能的影响,探讨改性聚氨酯结构与性能的关系。结果表明:不同阻燃改性方式和后扩链含量对聚氨酯的微相分离程度、力学性能、玻璃化转变温度和耐水性能均有较大地影响。TGA测试表明,同未经阻燃改性和后扩链阻燃改性的水性聚氨酯AWPU-0相比,四种后扩链阻燃水性聚氨酯的热分解温度均有所降低,水性聚氨酯的阻燃改性及BPPO的后扩链阻燃改性促进了水性聚氨酯的热分解进程,并且使阻燃水性聚氨酯的残炭量均得到大幅度提高。氧指数测试表明,后扩链比为100%的BPPO后扩链阻燃水性聚氨酯(AWPU-100)的LOI值为30.1%,UL-94测试为V-0级;ExolitOP 550含量为10%,后扩链比为80%的ExolitOP 550软段改性后扩链阻燃水性聚氨酯(AOWPU-80)的LOI值为31.9%,UL-94测试为V-0级;Fyrol 6含量为10%,后扩链比为80%的Fyrol 6硬段改性后扩链阻燃水性聚氨酯(AFWPU-80)的LOI值为30.9%,UL-94测试为V-0级;ExolitOP 550含量为10%,Fyrol 6含量为10%,后扩链比为60%的软硬段共改性后扩链阻燃水性聚氨酯(AOFWPU-80)的LOI值为32.5%,UL-94测试为V-0级。锥形量热测试表明,四种后扩链阻燃水性聚氨酯的热释放速率峰值(PHRR)和总热释放(THR)随BPPO含量的增加而降低,而平均比消光面积(ASEA)、残炭率和火灾安全指数(FPI)均随BPPO含量的增加而增加。结果表明,四种后扩链阻燃水性聚氨酯均具有凝聚相阻燃作用,而Fyrol 6硬段改性后扩链阻燃水性聚氨酯(AFWPUs)和软硬段共改性后扩链阻燃水性聚氨酯(AOFWPUs)还具有气相阻燃作用。用SEM-EDS、TGA-FTIR和固相分解产物的红外分析研究四种后扩链阻燃水性聚氨酯的热分解行为和炭层形貌,讨论后扩链阻燃水性聚氨酯的热分解机理。结果表明,四种后扩链阻燃水性聚氨酯的分解主要分为两步:(1)硬段的分解,主要生成异氰酸,多元醇及二氧化碳。在此阶段,首先发生有机磷的分解,并使聚氨酯热稳定性降低,同时自身进一步分解为聚磷酸或聚苯基磷酸,促进碳层的形成。(2)多元醇热解反应,主要生成醚类化合物、醛酮类羰基化合物及少量的烯烃,有机磷可以催化多元醇脱水形成环醚。以涤纶牛津帐篷布和防水涤丝纺织物为基布,采用刮刀涂布法,考察后扩链阻燃水性聚氨酯AWPUs、AOWPUs、AFWPUs和AOFWPUs的阻燃效果及手感、牢度、色变、硬挺度、断裂强力、耐静水压和耐水性等性能。结果表明,四种后扩链阻燃水性聚氨酯的整理均对织物的总色变影响较小,但都提高了织物的阻燃性能、硬挺度和断裂强力,降低了织物的耐静水压以及耐水洗性能。其中,AFWPU-80和AOFWPU-60整理的涤纶布水洗前后垂直燃烧性能均能达到GB/T5455–1997 B1级标准,耐水洗性能好。