阻燃与超疏水涤棉织物的制备及其性能研究

发布时间：2020-04-08 02:00

【摘要】：涤棉织物兼具涤纶与棉的优异特性,具有透气舒适、尺寸稳定、滑爽挺阔等优点,在服装、家具装饰、交通运输等诸多领域获得广泛应用。但是涤棉织物的易燃性存在一定的火灾安全隐患,限制了其进一步的应用,因此有必要对涤棉织物进行阻燃处理。此外,具有单一阻燃功能的涤棉织物已经难以满足各行各业的复杂需求,对阻燃涤棉织物进行超疏水整理能够其防水及自清洁功能,并提高涤棉织物的阻燃耐久性,将进一步扩展涤棉织物的应用前景。本论文在综述织物阻燃整理研究的基础上,针对涤棉织物传统阻燃整理技术过程复杂、阻燃效率低等不足,提出了以层层自组装技术为基础的新型涤棉织物阻燃涂层技术,并通过络合交联及疏水后整理逐步改善涤棉织物阻燃涂层的耐水洗性能。通过扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)、水平燃烧测试、洗涤测试等表征手段研究涂层对涤棉织物形貌、热稳定性、阻燃性能、疏水性能等性能的影响,并探究涂层的阻燃及疏水机理。具体工作如下:1.首先合成次磷酸改性壳聚糖(PCS),然后采用层层自组装技术,以PCS和聚乙烯亚胺(PEI)分别作为阴离子型聚合物电解质和阳离子型聚合物电解质,通过静电相互作用沉积在涤棉织物表面形成PCS/PEI涂层。TGA结果表明,PCS/PEI涂层明显提高了涤棉织物在高温下的热稳定性及残炭量。在水平燃烧测试中,未处理的涤棉织物彻底燃烧,火焰持续115 s,阴燃持续234 s;而经过20层PCS/PEI涂层修饰的涤棉织物,火焰持续33 s后发生自熄,且阴燃现象消失,说明PCS/PEI涂层赋予涤棉织物良好的阻燃性能。此外,通过SEM及拉曼测试对涤棉织物炭渣的形貌及结构进行分析,结果表明,PCS/PEI涂层在燃烧过程中在织物表面形成明显膨胀炭层,有效阻止可燃气体的挥发及氧气和热量的传递,从而赋予涤棉织物良好的阻燃性能。2.为改善层层自组装阻燃涂层的耐水洗性能,将二乙烯三胺五亚甲基叉膦酸(DTPMP)与三价铁离子(Fe3+)通过络合交联在涤棉织物表面自组装形成DTPMP/Fe3+涂层。DTPMP分子中富含磷酸基团和N-C-P结构,在燃烧过程中发挥良好的膨胀阻燃作用。SEM结果显示,涤棉织物表面被DTPMP/Fe3+涂层均匀覆盖,并呈现大量微米/纳米级颗粒凸起结构。在水平燃烧测试中,涤棉织物经5层DTPMP/Fe3+涂层修饰后,火焰仅持续4 s后就达到自熄效果,说明DTPMP//Fe3+涂层具有优异的阻燃效果。微型燃烧量热仪结果显示,与未处理的涤棉织物相比,5层DTPMP/Fe3+涂层修饰的涤棉织物的热释放速率峰值降低了 27.1%,总热释放量降低了30.4%,说明DTPMP/Fe3+涂层有效降低了涤棉织物的火灾危险性。此外,由于金属有机配位络合交联作用比静电相互作用具有更强的相互作用力,与通过静电相互作用形成的PCS/PEI涂层相比,DTPMP/Fe3+涂层显示出更稳定的耐水洗性能。5层DTPMP/Fe3+涂层修饰的涤棉织物在经过两次标准洗涤测试后依然达到自熄效果,而20层PCS/PEI涂层修饰的涤棉织物则燃烧完全。3.为进一步改善阻燃涤棉织物的耐水洗性能,并赋予其自清洁功能,扩展涤棉织物的应用前景,在DTPMP/Fe3+涂层呈现特殊粗糙结构的基础上,结合聚二甲基硅氧烷(PDMS)、十七氟癸基三甲氧基硅烷(PFDS)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)三种常用低表面能物质修饰DTPMP/Fe3+涂层,制备兼具阻燃及超疏水功能的涤棉织物。接触角测量结果显示,经8层DTPMP/Fe3+涂层与2 wt%PDMS修饰的DT/Fe-8BL@PDMS样品的接触角达到155.6°,且展现出优异的自清洁功能。同样条件下,DT/Fe-8BL@PFDS与DT/Fe-8BL@PVDF-HFP样品的接触角为158.7°、150.8°。得益于PDMS优异的成膜性能及机械性能,DT/Fe-8BL@PDMS样品表现出良好的耐洗涤及耐摩擦性能,在经过15次洗涤测试或30次摩擦测试后,DT/Fe-8BL@PDMS样品的接触角仍然大于140°,而DT/Fe-8BL@PFDS与DT/Fe-8BL@PVDF-HFP样品的接触角小于140。。此外,PDMS有效提高了DTPMP/Fe3+阻燃涂层的耐水洗性能,DT/Fe-8BL@PDMS样品经过12次洗涤测试后,在水平燃烧测试中依然达到自熄效果。
【图文】：

过程图,燃烧循环,过程,循环过程

逑会释放热量，热量传递到织物表面会继续促使织物降解并释放挥发性物质，从而逡逑形成能够自我维持的燃烧循环，直至织物完全降解，该循环过程如图１．１所示［７］。逡逑｜邋气相逦．１邋＾邋ｎ；逡逑（热（ＣＯ．邋ＣＯ，．．．）逡逑ｉ邋Ｉ邋ｆ邋Ｖ邋｜逡逑Ｉ逦Ｈ气逦挥r镥稳龋卞邋危惧义县慑澹А筫W‘逡逑－相界面逦逦逦／——邋逦逦逡逑Ｙ逦热降解逦逦点火激的热较逡逑＼邋ＰＳ逡逑＼逦Ｓｉｆｔ逦热邋Ｗ邋逦＞逡逑＼逦￣——￣Ｊ￣￣逦？？逡逑逦＼ｊ邋￣ｍｉＬ邋逦逡逑９邋＜热＿＞逡逑凝聚相逦逦．．．．．．．．．．」逦逡逑图１．１织物的裂解燃烧循环过程逡逑１．２．２织物的阻燃机理逡逑由于燃烧是一个循环过程，织物的阻燃处理可以通过使用阻燃剂来中断燃烧逡逑循环过程，继而降低燃烧速率，最终熄灭火焰［８］。具体来讲，可以通过如下方式逡逑来中断燃烧循环过程：逡逑１．

示意图,示意图,阻燃改性,溶胶凝胶法

具有阻燃效果持久、对纤维使用性能影响较小的优点，不足之处是实验成逡逑、工艺复杂，而且不适用于天然纤维的阻燃改性；织物的表面改性，，即后整逡逑，一般包括：溶胶－凝胶法、浸轧烘焙法、纳米粒子吸附、层层自组装法等［１，逡逑。相比原丝阻燃改性，后整理法具有更广泛的适用性，且工艺简单，但是存逡逑燃持久性较差等不足。逡逑１溶胶凝胶法逡逑溶胶凝胶法在织物的抗菌、超疏水、抗紫外线等功能化改性中有着广泛的应逡逑其作用机理是：（半）金属醇盐的前驱体如四乙氧基硅烷、异丙醇钛、异丙逡逑等，通过水解和缩合两步化学反应，在织物表面形成无机或有机无机杂化涂逡逑反应过程会受半金属原子类型和烷基／醇氧基、温度和ｐＨ、水／醇氧比、反应逡逑等因素影响［１，３１］。Ａｌｏｎｇｉ等以正硅酸四乙酯为前驱体处理涤纶、棉与涤棉混逡逑物，再经过水解和缩合反应在织物表面形成稳定的二氧化硅涂层，扫描电镜、逡逑分析等结果表明，涂层均匀覆盖在纤维表面，对织物的热稳定性和阻燃性有逡逑提高［３２］。逡逑ＯＲ逦ＯＲ逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS195.5

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