论文部分内容阅读
近年来,随着社会的发展与进步,单一功能的纺织品已逐渐满足不了人们的需求,差别化和多功能化是未来纺织品主流发展趋势。棉织物因其良好的吸湿透气、柔软舒适等特点被人们所青睐,但同时存在易燃、易脏、滋生细菌等缺点,容易造成火灾危害和病毒生物的积聚,对人们的生命安全存在潜在威胁。因此,制备阻燃、抗菌、疏水和自清洁等多功能棉织物有很大的市场需求。但如何根据棉织物的特性设计多功能单体及整理技术,使多种功能间互相协调是发展多功能纺织品的关键。鉴于水性环保乙烯基膦酸铵（AMVP）优异的阻燃性能,本文首先以AMVP为阻燃单体,系统研究了整理棉织物的耐久阻燃性能与阻燃机理。然后,结合抗菌单体甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱（PDMAPS）、二烯丙基二甲基氯化铵（DMDAAC）、银纳米颗粒（Ag NPs）,通过简单浸渍法和接枝法制备了具有阻燃和抗菌性能的棉织物。最后,涂覆低表面能疏水物质聚二甲基硅氧烷（PDMS）,以实现棉织物的阻燃、抗菌、疏水及自清洁多功能整理,使多功能间相互协调、相互促进,提高棉织物多功能的耐久性。对多功能棉织物的微观结构、阻燃性能、抗菌性能、疏水性能、耐久性、热稳定性、燃烧行为、阻燃机理及服用性能进行了系统研究。主要研究工作如下:（1）AMVP耐久阻燃涂层棉织物的制备:以无卤水基AMVP为基料,采用浸-烘-焙工艺,制备了耐久阻燃涂层棉织物。阻燃剂（AMVP）通过P-O-C共价键与纤维素共价键链接,获得了优异的阻燃、耐久和手感性能。当13.6 wt%的AMVP整理到棉织物表面（棉-AMVP-13.6）,其极限氧指数（LOI）值为36.7%,而经过50次洗涤循环（LCs）后,阻燃织物的LOI值仍保持在27.3%,属于耐久性阻燃棉织物。锥形量热分析结果表明,棉-AMVP-13.6的最大热释放速率（PHRR）和总热释放速率（THR）分别比原棉织物低87.36%和48.94%。热降解行为、热解产物、残炭的形态和化学成分的结果表明,AMVP磷酸化诱导形成稳定的炭层,同时促进更多的不可燃气体和较少的可燃气体产生,起到凝聚相和气相阻燃协同作用。此外,尽管整理后棉织物的拉伸强度和断裂伸长率略有下降,但白度和柔软度得到了很好的保持。（2）AMVP-PDMAPS/DMDAAC阻燃、抗菌接枝棉织物的制备:为制备阻燃抗菌接枝棉织物,通过自由基聚合引发接枝法,将AMVP分别与两性离子抗菌单体PDMAPS和季铵盐类抗菌单体DMDAAC,接枝到棉织物的表面。通过系统对比研究,确定了阻燃耐久性能的两组最佳单体配比:COT/AMVP-PDMAPS（5:1）和COT/AMVP-DMDAAC（5:1）,其LOI值分别为31.8%和36.3%。抗菌实验表明,COT/AMVP-DMDAAC（5:1）接枝棉的抗菌性能更好,对金黄色葡萄球菌（S.aureus）和大肠杆菌（E.coli）的抑菌率均达到99.99%,且具有较好的耐洗牢度。热降解行为和残炭的形态结果表明,两种阻燃抗菌接枝棉织物的阻燃机理主要是靠AMVP在燃烧过程中生成致密的炭层,起到凝聚相阻隔作用。服用性能研究表明阻燃抗菌接枝棉织物的力学性能、白度均有一定程度的下降,但手感进一步增加,能够满足服用性能要求,具有良好的应用前景。（3）FR-PDA@Ag-PDMS阻燃、抗菌、超疏水、自清洁多功能涂层棉织物的制备:首先,将多巴胺（DA）沉积在AMVP涂层整理的阻燃棉织物上。通过聚多巴胺（PDA）中的还原作用,将Ag NO3原位还原成银纳米粒子（Ag NPs）,使得涂层棉织物对S.aureus和E.coli均表现出优良的抗菌活性（99.99%）。随后,该织物被PDMS涂覆以获得优异的超疏水和自清洁能力,其水接触角（WCA）超过150°,能够抵抗咖啡、可乐、牛奶、果汁和茶等生活中常见液体的黏附。阻燃试验结果表明,多功能涂层棉织物的LOI为29.8%,具有自熄性、较低的THR和良好的抑烟效果。更重要的是,生物基胶粘剂PDA和PDMS涂层的加入增强了棉织物表面粒子与纤维之间的粘附力,大大提高了棉织物的阻燃耐久性和抗菌性能,减少了洗涤、摩擦过程中Ag NPs和AMVP损失,达到阻燃、抗菌、疏水、耐久功能间的协调。此外,多功能FR-PDA@Ag-PDMS棉织物具有优越的手感舒适性,在纺织领域中具有显著优势。总之,为了使纺织品多功能间相互协调、相互促进且兼顾手感舒适、耐久性能,本论文利用水溶性AMVP为阻燃单体,成功制备出高效环保耐久的阻燃棉织物,并分析了其阻燃机理。在此基础上,进一步对棉织物进行抗菌、疏水多功能整理,制备出两种阻燃抗菌棉织物COT/AMVP-PDMAPS（5:1）和COT/AMVP-DMDAAC（5:1）,一种耐久阻燃、抗菌、疏水及自清洁多功能棉织物FR-PDA@Ag-PDMS。所得的多功能棉织物具有无卤无甲醛、高效阻燃、抗菌、疏水、自清洁、耐久性佳和服用性能良好的优点,有效降低火灾风险,同时为多功能纺织品的设计与多功能间协调奠定了基础。