铝/硼掺杂对磷氮系棉织物用阻燃剂的阻燃性能研究
发布时间：2021-08-27 04:42
在所有纺织纤维中,棉织物是最常见的一种,其应用非常广泛。但是棉织物本身易燃（棉花在150℃下就会发生自燃）,每年都有大量由棉织物燃烧所造成的火灾事故发生,给人们造成了巨大的生命威胁和财产损失,因此开发具有优异阻燃效果的棉织物成为人们的迫切需要。Pyrovatex CP@和Proban@是两种最常见的商用型棉织物阻燃剂,但是由于含有卤素或易释放甲醛等问题,其应用受到限制。因此,开发新型棉织物用环保、安全阻燃剂显得尤为重要。针对现有棉织物用阻燃剂存在的问题,本文从以下几个方面展开研究:第一,以磷酸、甘油、尿素和硫酸铝为原料合成磷-氮-铝协效膨胀型阻燃剂（PAN）,通过超声处理、高温固化的方法将阻燃剂整理到棉织物上,并对阻燃整理前后的棉织物进行结构表征及阻燃性、耐洗性等性能测试。首先,扫描电子显微镜和白度测试表明棉织物阻燃整理前后具有相似的形态结构和相近的白度。其次,红外光谱和X-射线光电子能谱结果分析表明PAN以P-O-C共价键形式成功接枝到了棉织物上。再次,热重分析和垂直燃烧测试结果表明,经PAN处理过的棉织物具有良好的热稳定性和优良的阻燃效果...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
成熟棉纤维电镜图[11]
天津工业大学硕士学位论文2来自植物茎的韧皮纤维（例如亚麻、黄麻、麻和洋麻）大约含占四分之三的纤维素。针叶和落叶木材均含有40-50％的纤维素，而其他植物物种所含纤维素则少得多。棉纤维中的纤维素是所有植物纤维中分子量、结构顺序最高的纤维素，其含量超过了90%。棉纤维细胞存在起始、延伸、次级细胞壁增厚、成熟和干燥四个重叠但不同的发育阶段[11-13]。图1-1成熟棉纤维电镜图[11]棉纤维主要由α-纤维素（88.0-96.5％）组成。非纤维素材料存在于纤维的外层（表皮和原代细胞壁上）和内腔内部，而次生细胞壁则仅是纤维素，其结构如图1-2所示。棉纤维的具体化学组成因其品种、生长环境（土壤、水、温度、害虫等）和成熟度而异。一般来说，在未成熟的纤维中，非纤维素含量要高得多。非纤维素类物质包括蛋白质（1.0-1.9％）、蜡（0.4-1.2％）、果胶（0.4-1.2％），、无机物（0.7-1.6％）和其他（0.5-8.0％）物质[14,15]。图1-2棉纤维结构示意图[16]
第一章绪论3棉纤维素是高度结晶和定向的。α-纤维素具有长而刚性的分子结构，长纤维素链中的β-1,4-D(+)-吡喃葡萄糖结构单元通过1,4-葡萄糖键连接，脱水葡萄糖-吡喃糖C-O-C键的自由旋转受到了空间效应的阻碍。每个脱水葡萄糖含有三个羟基，一个在C-6，另外两个分别在C-2和C-3上。丰富的羟基和链构象允许分子间和分子内氢键结合，从而进一步增强纤维素结构的刚性[17]。1.2.2纤维素的受热作用加热通常会导致纤维素脱水和分解，这些反应会受其他化合物的存在、温度和加热速率的影响，普通织物受热示意图如图1-3所示。在酸催化剂的存在下有利于脱水反应，而在碱催化下有利于解聚反应。在较低温度下加热有利于脱水并促进随后的焦炭形成，较高温度的加热会通过形成葡聚糖而导致快速挥发，从而形成更多气态可燃物。因此，酸催化剂对于赋予纤维素阻燃性特别重要[18]。将棉纤维素加热到120°C可以驱走水分而不会影响纤维强度；加热至更高的温度150°C会降低其分子量和拉伸强度；在200°C至300°C之间，会生成挥发性产物和液态热解产物，主要是1,6-脱水-β-D吡喃葡萄糖，通常称为左旋葡聚糖；在450°C时，仅留下残炭。在全部热解产物中，20％是气相（CO、CO2、CH4），65％是液相（其中80％是左葡萄糖葡聚糖），15％是焦炭，加热速率会影响焦炭的形成量。另一方面，加热温度低于250°C时，未发现晶体结构发生变化，因此可以得知仅非晶区受到了影响；当加热温度在250°C-270°C时，纤维素的晶体结构不完整；然后进一步加热至300°C时，棉纤维的化学结构和性能消失，高结晶度纤维素在较高温度下分解[19-21]。图1-3织物受热示意图阻滞纤维素的伯羟基可防止解聚，从而减少挥发物的产生。易燃气体的减少伴随着环内和环间的更完全脱水，其分别产生了酮-烯醇互
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维素低温炭化特性[J]. 辛善志,米铁,杨海平,陈汉平. 化工学报. 2015(11)
[2]纳米LDHS阻燃剂与APP协效阻燃剂对PS阻燃性能与机理的研究[J]. 张泽江,覃文清,兰彬,梅秀娟,朱华卫. 消防科学与技术. 2005(05)
本文编号：3365671
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
成熟棉纤维电镜图[11]
天津工业大学硕士学位论文2来自植物茎的韧皮纤维（例如亚麻、黄麻、麻和洋麻）大约含占四分之三的纤维素。针叶和落叶木材均含有40-50％的纤维素，而其他植物物种所含纤维素则少得多。棉纤维中的纤维素是所有植物纤维中分子量、结构顺序最高的纤维素，其含量超过了90%。棉纤维细胞存在起始、延伸、次级细胞壁增厚、成熟和干燥四个重叠但不同的发育阶段[11-13]。图1-1成熟棉纤维电镜图[11]棉纤维主要由α-纤维素（88.0-96.5％）组成。非纤维素材料存在于纤维的外层（表皮和原代细胞壁上）和内腔内部，而次生细胞壁则仅是纤维素，其结构如图1-2所示。棉纤维的具体化学组成因其品种、生长环境（土壤、水、温度、害虫等）和成熟度而异。一般来说，在未成熟的纤维中，非纤维素含量要高得多。非纤维素类物质包括蛋白质（1.0-1.9％）、蜡（0.4-1.2％）、果胶（0.4-1.2％），、无机物（0.7-1.6％）和其他（0.5-8.0％）物质[14,15]。图1-2棉纤维结构示意图[16]
第一章绪论3棉纤维素是高度结晶和定向的。α-纤维素具有长而刚性的分子结构，长纤维素链中的β-1,4-D(+)-吡喃葡萄糖结构单元通过1,4-葡萄糖键连接，脱水葡萄糖-吡喃糖C-O-C键的自由旋转受到了空间效应的阻碍。每个脱水葡萄糖含有三个羟基，一个在C-6，另外两个分别在C-2和C-3上。丰富的羟基和链构象允许分子间和分子内氢键结合，从而进一步增强纤维素结构的刚性[17]。1.2.2纤维素的受热作用加热通常会导致纤维素脱水和分解，这些反应会受其他化合物的存在、温度和加热速率的影响，普通织物受热示意图如图1-3所示。在酸催化剂的存在下有利于脱水反应，而在碱催化下有利于解聚反应。在较低温度下加热有利于脱水并促进随后的焦炭形成，较高温度的加热会通过形成葡聚糖而导致快速挥发，从而形成更多气态可燃物。因此，酸催化剂对于赋予纤维素阻燃性特别重要[18]。将棉纤维素加热到120°C可以驱走水分而不会影响纤维强度；加热至更高的温度150°C会降低其分子量和拉伸强度；在200°C至300°C之间，会生成挥发性产物和液态热解产物，主要是1,6-脱水-β-D吡喃葡萄糖，通常称为左旋葡聚糖；在450°C时，仅留下残炭。在全部热解产物中，20％是气相（CO、CO2、CH4），65％是液相（其中80％是左葡萄糖葡聚糖），15％是焦炭，加热速率会影响焦炭的形成量。另一方面，加热温度低于250°C时，未发现晶体结构发生变化，因此可以得知仅非晶区受到了影响；当加热温度在250°C-270°C时，纤维素的晶体结构不完整；然后进一步加热至300°C时，棉纤维的化学结构和性能消失，高结晶度纤维素在较高温度下分解[19-21]。图1-3织物受热示意图阻滞纤维素的伯羟基可防止解聚，从而减少挥发物的产生。易燃气体的减少伴随着环内和环间的更完全脱水，其分别产生了酮-烯醇互
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维素低温炭化特性[J]. 辛善志,米铁,杨海平,陈汉平. 化工学报. 2015(11)
[2]纳米LDHS阻燃剂与APP协效阻燃剂对PS阻燃性能与机理的研究[J]. 张泽江,覃文清,兰彬,梅秀娟,朱华卫. 消防科学与技术. 2005(05)
本文编号：3365671
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