聚丙烯腈织物表面无卤阻燃改性及性能研究
发布时间：2021-07-20 11:08
聚丙烯腈（PAN）纤维是一种非常重要的合成纤维,其手感蓬松柔软,具有优良的保暖性、耐光性与耐气候性,广泛地应用于服装以及工业等领域。但是,PAN纤维极易燃烧,其极限氧指数（LOI）值仅为17%左右。除此之外,PAN在燃烧过程中还会产生CO、HCN以及乙腈等有毒气体。与此同时,传统的阻燃PAN纤维通常是采用氯乙烯或偏氯乙烯与丙烯腈的共聚物纺制而成的纤维,该纤维由于含有大量的卤素,使得该纤维及其织物在燃烧时会产生大量的有毒烟气,极易造成空气污染,对人们的生命健康造成威胁。因此,无卤阻燃聚丙烯腈产品的开发具有极其重要的意义和广阔的发展前景。为提高PAN织物的阻燃性能,本文第一部分提出了将紫外光（UV）诱导光接枝聚合技术和溶胶-凝胶技术相结合制备阻燃PAN织物的方案。首先,采用紫外诱导光接枝聚合技术,将甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）接枝到PAN织物表面得到PAN接枝GMA织物（PAN-g-GMA）,之后,用水合肼水溶液对PAN-g-GMA进行胺化改性得到胺化的接枝织物（Am-PAN-g-GMA）。最后,采用磷杂化的硅溶胶对Am-PAN-g-GMA进行后整理,制得阻燃聚丙烯腈织物（FR-PAN）...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚丙烯腈在不同温度下的热降解产物经过预氧化后，聚合物耐热性有所提高，纤维在292℃～487℃范围内的失重率
第二章紫外光接枝-溶胶凝胶技术制备阻燃聚丙烯腈织物19节pH至2.5。然后，在室温下水解4h，得到澄清的溶胶溶液。随后，在制备的溶胶溶液中加入8mL植酸（70wt%），并在室温下继续搅拌1h，得到磷杂化的硅溶胶。将制备的Am-PAN-g-GMA用溶胶溶液浸渍30min，然后在60℃下干燥30min，并在150℃下固化2min得到FR-PAN。FR-PAN的制备工艺路线如图2-2所示。图2-2阻燃聚丙烯腈织物的制备路线图2.3性能测试及表征2.3.1接枝率的计算聚丙烯腈织物的接枝率（GP%），按照增重法进行计算。其计算公式如下所示。GP%=(W2W1W1)×100%（2-1）其中W1为织物接枝前的初始质量，W2为织物接枝后的重量。因为接枝织物随着接枝率的增加会变的坚硬，因此，为了保持织物柔软的手感，本研究选用接枝率为35wt%的PAN织物来制备阻燃PAN织物。
第二章紫外光接枝-溶胶凝胶技术制备阻燃聚丙烯腈织物232.4.3表面元素组成分析织物表面的化学组成用X射线光电子能谱表征，如图2-4和表2-4所示。所有样品在532,405和286eV处分别出现三个典型的吸收峰，分别对应于O1S、N1S和C1S。对于PAN-g-GMA，O1S和C1S的吸收峰与原始聚丙烯腈织物相比显著增加，这归因于GMA基团的成功接枝。对于阻燃聚丙烯腈织物，在104eV和134eV出现两个新的吸收峰，分别对应于Si2P和P2P衍射峰[84]。此外，O1S的吸收峰也明显增加。由表2-3可知，Am-PAN-g-GMA中C与O含量较PAN-g-GMA织物均有轻微的下降，而N元素的含量则有所增加，这是因为胺化作用增加了织物中N元素的含量，从而使得C和O元素的相对含量下降。从阻燃织物的XPS谱图可以看出，其P2P吸收峰在133.4eV和133.8eV[85]处反褶积为两个峰值，分别对应于P=O和P-OH基团。如表2-3所示，阻燃织物的Si和P的含量分别达到9.79%和5.75%。这归因于涂层中磷酸盐基团和二氧化硅网络的形成。为了更好地阐明阻燃织物的阻燃机理，对阻燃织物残炭的表面元素含量进行了分析。如表2-3所示，残炭的C含量从43.28%增加到68.61%，这主要是由于植酸在热解过程中促进织物脱水和碳化，从而使残炭中C元素含量增加[86]。与FR-PAN相比，N的含量从4.83%增加到9.02%。这可能是因为织物热解过程中产生的HCN进一步促进了聚丙烯腈的环化分解[28]。其环化反应的机理如图2-5所示。氧含量由35.77%下降到15.62%。其中一个原因是织物燃烧过程中结合水的流失。另一方面，早期热裂解产生的残炭和碳氢化合物在空气气氛中继续氧化形成CO和CO2，从而导致O含量的降低。同时，与未改性的聚丙烯腈织物相比，残炭中P和Si的含量增加，表明P和Si在燃烧过程中均在固相中发挥重要作用，并最终留?
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚丙烯腈/聚乙烯醇无卤阻燃纤维的性能研究[J]. 任元林,霍同国,秦一文,姜丽娜,田甜. 纺织科学与工程学报. 2018(02)
[2]聚丙烯腈与改性酶解木质素共混纤维的制备与性能[J]. 李佳齐,韩克清,黄颖,余木火. 材料科学与工程学报. 2018(02)
[3]含磷阻燃聚丙烯腈纤维的制备及其性能[J]. 任元林,张悦,谷叶童,曾倩. 纺织学报. 2017(08)
[4]聚丙烯腈热稳定化纤维的裂解行为[J]. 雷帅,张校,钟珊,刘正博,曹维宇,徐樑华. 材料工程. 2017(05)
[5]无卤阻燃剂的研究进展[J]. 汪津. 印染. 2017(08)
[6]无卤阻燃聚丙烯腈纤维的制备及性能[J]. 任元林,王灵杰,刘甜甜. 高分子材料科学与工程. 2016(05)
[7]腈纶织物的氰基水解酶/硼酸锌阻燃整理[J]. 刘艳春,何珠仪,白刚,钱红飞. 纺织学报. 2016(03)
[8]新型阻燃纤维的改性研究[J]. 周建红. 消防科学与技术. 2014(08)
[9]无卤阻燃丙烯腈共聚物的制备及性能[J]. 任元林,信鹏月,苏倩,程博闻. 高等学校化学学报. 2013(09)
[10]膨胀型阻燃剂的研究进展[J]. 陈柳丫,李星,罗康碧,陕绍云,何月苹,方瑞萍,阮付琼,马全丽. 化工新型材料. 2013(08)
博士论文
[1]碳基一体化复合阻燃剂的原位构建及对PET纤维的性能调控[D]. 薛宝霞.太原理工大学 2018
硕士论文
[1]聚丙烯腈基阻燃纤维的研究[D]. 常承飞.东华大学 2017
[2]聚丙烯腈纤维织物紫外光接枝阻燃改性及性能研究[D]. 王灵杰.天津工业大学 2016
[3]微感应耦合等离子体源生长碳膜及其结构研究[D]. 孙刚.苏州大学 2008
本文编号：3292713
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚丙烯腈在不同温度下的热降解产物经过预氧化后，聚合物耐热性有所提高，纤维在292℃～487℃范围内的失重率
第二章紫外光接枝-溶胶凝胶技术制备阻燃聚丙烯腈织物19节pH至2.5。然后，在室温下水解4h，得到澄清的溶胶溶液。随后，在制备的溶胶溶液中加入8mL植酸（70wt%），并在室温下继续搅拌1h，得到磷杂化的硅溶胶。将制备的Am-PAN-g-GMA用溶胶溶液浸渍30min，然后在60℃下干燥30min，并在150℃下固化2min得到FR-PAN。FR-PAN的制备工艺路线如图2-2所示。图2-2阻燃聚丙烯腈织物的制备路线图2.3性能测试及表征2.3.1接枝率的计算聚丙烯腈织物的接枝率（GP%），按照增重法进行计算。其计算公式如下所示。GP%=(W2W1W1)×100%（2-1）其中W1为织物接枝前的初始质量，W2为织物接枝后的重量。因为接枝织物随着接枝率的增加会变的坚硬，因此，为了保持织物柔软的手感，本研究选用接枝率为35wt%的PAN织物来制备阻燃PAN织物。
第二章紫外光接枝-溶胶凝胶技术制备阻燃聚丙烯腈织物232.4.3表面元素组成分析织物表面的化学组成用X射线光电子能谱表征，如图2-4和表2-4所示。所有样品在532,405和286eV处分别出现三个典型的吸收峰，分别对应于O1S、N1S和C1S。对于PAN-g-GMA，O1S和C1S的吸收峰与原始聚丙烯腈织物相比显著增加，这归因于GMA基团的成功接枝。对于阻燃聚丙烯腈织物，在104eV和134eV出现两个新的吸收峰，分别对应于Si2P和P2P衍射峰[84]。此外，O1S的吸收峰也明显增加。由表2-3可知，Am-PAN-g-GMA中C与O含量较PAN-g-GMA织物均有轻微的下降，而N元素的含量则有所增加，这是因为胺化作用增加了织物中N元素的含量，从而使得C和O元素的相对含量下降。从阻燃织物的XPS谱图可以看出，其P2P吸收峰在133.4eV和133.8eV[85]处反褶积为两个峰值，分别对应于P=O和P-OH基团。如表2-3所示，阻燃织物的Si和P的含量分别达到9.79%和5.75%。这归因于涂层中磷酸盐基团和二氧化硅网络的形成。为了更好地阐明阻燃织物的阻燃机理，对阻燃织物残炭的表面元素含量进行了分析。如表2-3所示，残炭的C含量从43.28%增加到68.61%，这主要是由于植酸在热解过程中促进织物脱水和碳化，从而使残炭中C元素含量增加[86]。与FR-PAN相比，N的含量从4.83%增加到9.02%。这可能是因为织物热解过程中产生的HCN进一步促进了聚丙烯腈的环化分解[28]。其环化反应的机理如图2-5所示。氧含量由35.77%下降到15.62%。其中一个原因是织物燃烧过程中结合水的流失。另一方面，早期热裂解产生的残炭和碳氢化合物在空气气氛中继续氧化形成CO和CO2，从而导致O含量的降低。同时，与未改性的聚丙烯腈织物相比，残炭中P和Si的含量增加，表明P和Si在燃烧过程中均在固相中发挥重要作用，并最终留?
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚丙烯腈/聚乙烯醇无卤阻燃纤维的性能研究[J]. 任元林,霍同国,秦一文,姜丽娜,田甜. 纺织科学与工程学报. 2018(02)
[2]聚丙烯腈与改性酶解木质素共混纤维的制备与性能[J]. 李佳齐,韩克清,黄颖,余木火. 材料科学与工程学报. 2018(02)
[3]含磷阻燃聚丙烯腈纤维的制备及其性能[J]. 任元林,张悦,谷叶童,曾倩. 纺织学报. 2017(08)
[4]聚丙烯腈热稳定化纤维的裂解行为[J]. 雷帅,张校,钟珊,刘正博,曹维宇,徐樑华. 材料工程. 2017(05)
[5]无卤阻燃剂的研究进展[J]. 汪津. 印染. 2017(08)
[6]无卤阻燃聚丙烯腈纤维的制备及性能[J]. 任元林,王灵杰,刘甜甜. 高分子材料科学与工程. 2016(05)
[7]腈纶织物的氰基水解酶/硼酸锌阻燃整理[J]. 刘艳春,何珠仪,白刚,钱红飞. 纺织学报. 2016(03)
[8]新型阻燃纤维的改性研究[J]. 周建红. 消防科学与技术. 2014(08)
[9]无卤阻燃丙烯腈共聚物的制备及性能[J]. 任元林,信鹏月,苏倩,程博闻. 高等学校化学学报. 2013(09)
[10]膨胀型阻燃剂的研究进展[J]. 陈柳丫,李星,罗康碧,陕绍云,何月苹,方瑞萍,阮付琼,马全丽. 化工新型材料. 2013(08)
博士论文
[1]碳基一体化复合阻燃剂的原位构建及对PET纤维的性能调控[D]. 薛宝霞.太原理工大学 2018
硕士论文
[1]聚丙烯腈基阻燃纤维的研究[D]. 常承飞.东华大学 2017
[2]聚丙烯腈纤维织物紫外光接枝阻燃改性及性能研究[D]. 王灵杰.天津工业大学 2016
[3]微感应耦合等离子体源生长碳膜及其结构研究[D]. 孙刚.苏州大学 2008
本文编号：3292713
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qgylw/3292713.html
