层层自组装阻燃棉织物的制备及性能

发布时间：2018-10-08 12:06

【摘要】：棉织物是世界上应用最广泛的生物纺织品之一。由于其优异的透气性、亲水性、舒适性和柔软性等特性,在民用和军用领域得到了广泛的应用。然而,它们的易燃性是一个显著的弱点,限制了它们在高性能阻燃纺织产品上的使用。因此,在学术界和工业界对棉织物阻燃性能的提高有了很大的兴趣。结合棉织物阻燃的研究现状、市场需求和绿色、经济、环保的理念,我们选用了可由植物的种子、根块提取而来的植酸钠、从红藻中提取的卡拉胶、来源于鱼虾蟹壳中的壳聚糖三种天然原料,以及易与棉织物结合的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为阻燃剂、以层层自组装的方法将其整理到棉织物上;其中壳聚糖与APTES为阳离子、植酸钠与卡拉胶为阴离子,通过研究这四种阴阳离子的组合方式,揭示其对棉织物阻燃性能的影响规律。分别通过红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)、热重分析仪(TG)、热重红外联用仪(TG-FTIR)、垂直燃烧仪、氧指数仪(LOI)、锥型量热仪(Cone)、万能材料实验机、接触角测试仪等详细研究了所制备阻燃棉织物的结构、热稳定性能、阻燃性能、燃烧性能、拉伸性能及拒水性能。本论文获得的主要研究结果如下:(1)详细研究了作用于棉织物上的APTES的水解条件,主要包括APTES溶液的酸碱性(pH)、浓度及其水解温度、棉织物的浸泡时间等,主要研究以上条件时APTES水解产物对棉织物增重率的影响。结果表明,棉织物的增重率随着APTES溶液pH的增加呈现先增大后减小的趋势,APTES水解的最佳pH值为3~4;棉织物的增重率随着APTES溶液浓度及其水解温度、棉织物的浸泡时间的增加而增大。本着节约能源与切合实际的原则,选择最适宜的水解条件控制APTES的水解产物在棉织物上附着。对探索实验所得棉织物样品通过TG、SEM进行了热稳定性能和微观形貌分析。SEM测试结果表明APTES的水解产物成功的涂覆在了棉织物的表面。TG结果表明APTES水解产物的涂覆降低了棉织物的初始分解温度及最大热分解温度,但是提高了棉织物在高温区的热稳定性,主要表现为高温区残炭量的提高。(2)采用层层自组装技术成功制备了涂层为APTES/植酸钠二元体系的阻燃棉织物。FTIR、SEM研究结果表明APTES/植酸钠二元体系成功的均匀涂覆在棉织物的表面上。TG测试结果表明APTES/植酸钠的加入降低了棉织物的初始分解温度及最大热分解温度,但是明显提高了棉织物在高温区的热稳定性及其残炭量,在高温区的残炭量随着涂层数的增多而增加。15bl阻燃棉织物的氧指数(loi)为26.0%,明显高于棉织物的loi,18.1%。cone测试结果表明aptes/植酸钠的加入降低了棉织物的最大热释放速率(phrr)、最大烟产生速率(pspr)、总烟产生(tsp)及总热释放(thr),缩短了棉织物的点燃时间(tti)。涂层数为15bl的样品可以通过点燃时间为5s的喷火实验。tg-ftir研究结果表明aptes/植酸钠的加入增加了难燃气体水及二氧化碳的释放量,降低了可燃性气体(含羰基、醚类等化合物)的释放量,进而提高了棉织物的阻燃性能。力学性能及接触角测试结果表明aptes/植酸钠涂层的加入提高了阻燃棉织物断裂强力及断裂伸长率、拒水性能;但是该体系的耐水性能不好,经过水洗15次之后,15bl阻燃棉织物的loi由26.0%下降到21.8%。(3)为了提高aptes/植酸钠阻燃棉织物体系的阻燃性能,采用层层自组装技术成功制备了aptes/植酸钠/卡拉胶三元体系阻燃棉织物,详细研究了卡拉胶的加入对其微观形貌、热稳定性能、阻燃性能等的影响。研究结果表明采用相同的方法制备出的aptes/植酸钠/卡拉胶阻燃棉织物三元体系的增重率不高,导致其阻燃性能提高不明显,15bl阻燃棉织物的loi仅为22.8%,且不能通过5s的喷火实验。tg测试结果表明aptes/植酸钠/卡拉胶的加入降低了棉织物的初始分解温度及最大热分解温度。(4)为了进一步提高aptes/植酸钠阻燃棉织物体系的阻燃性能,采用层层自组装技术成功制备了aptes/植酸钠/壳聚糖阻燃棉织物三元体系,详细研究了壳聚糖的加入对其微观形貌、热稳定性能、阻燃性能、力学性能、拒水性能等的影响。结果表明aptes、植酸钠、壳聚糖均匀地涂覆在棉织物纤维的表面上;壳聚糖的引入不影响aptes、植酸钠在棉织物上的吸附。但是壳聚糖的引入明显提高了该体系的阻燃性能,15bl阻燃棉织物loi为29.0%,可以通过垂直燃烧测试;cone测试结果表明壳聚糖的加入大大降低了phrr、tsp、thr,增大了tti与残炭量。aptes/植酸钠/壳聚糖的加入降低了棉织物的初始分解温度、最大热分解温度,但是提高了在高温区的热稳定性及残炭量。随着涂层数的增加,阻燃棉织物的断裂强力、断裂伸长率、拒水性能得到进一步提高。水洗15次后,15bl阻燃棉织物的loi下降到23.8%,说明通过该种方法制备的阻燃棉织物不具有永久阻燃特性。阻燃机理研究表明,aptes/植酸钠/壳聚糖的加入增加了在燃烧过程中难燃性气体(水、二氧化碳等)的释放量,降低了可燃性气体(烃类、羰基化合物、醚类、一氧化碳等)的释放量,进而提高了棉织物的阻燃性能。
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【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TS116

【参考文献】