【摘 要】
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涤/棉混纺织物兼具涤纶和棉织物的优异性能,被广泛应用在生活中的各个领域。混纺织物中的涤纶组分和棉组分在燃烧时会相互影响,相互诱导,产生特殊的“支架效应”,导致涤/棉混纺织物的燃烧比单纯的涤纶织物和棉织物更为剧烈。其易燃的特性使得涤/棉混纺织物在使用中存在一定的火灾隐患,限制了其在特殊领域的应用。磷系阻燃剂具有无卤低毒的特点,在纺织品阻燃整理中的应用越来越广泛。本课题以含磷阻燃剂为核心,开发了磷/氮
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涤/棉混纺织物兼具涤纶和棉织物的优异性能,被广泛应用在生活中的各个领域。混纺织物中的涤纶组分和棉组分在燃烧时会相互影响,相互诱导,产生特殊的“支架效应”,导致涤/棉混纺织物的燃烧比单纯的涤纶织物和棉织物更为剧烈。其易燃的特性使得涤/棉混纺织物在使用中存在一定的火灾隐患,限制了其在特殊领域的应用。磷系阻燃剂具有无卤低毒的特点,在纺织品阻燃整理中的应用越来越广泛。本课题以含磷阻燃剂为核心,开发了磷/氮及磷/氮/硅阻燃体系,并用于提高涤/棉混纺织物的阻燃性能。研究阻燃涤/棉混纺织物的物理性能、阻燃性能和阻燃机理,这为新型环保阻燃涤/棉混纺织物的开发提供新思路。本课题的主要研究内容如下:通过轧-烘-焙工艺将涤纶阻燃剂FRC-1与棉阻燃剂Hansi TEX-1应用于涤/棉混纺织物。按照单因素变量法,得到整理涤/棉混纺织物的优化工艺:涤纶阻燃剂FRC-1与棉阻燃剂Hansi TEX-1质量比为65:35,商用磷系阻燃剂总质量浓度为300 g/L,树脂浓度为90 g/L,pH值为6,焙烘温度为180℃。通过极限氧指数和垂直燃烧测试表征阻燃织物的阻燃性能,研究结果表明,整理涤/棉混纺织物在垂直燃烧过程中无续燃、熔滴现象,且损毁长度降低至11 cm,极限氧指数升高至29.4%,表明商用磷系阻燃剂能赋予涤/棉混纺织物良好的阻燃性能。微型量热测试表明整理涤/棉混纺织物最大热释放速率与原样相比降低了 30.5%。热重测试发现整理涤/棉混纺织物的最大热分解温度提前于原样,且残炭率明显升高,表明商用磷系阻燃剂的引入促进织物稳定性的提高。采用扫描电子显微镜对涤/棉混纺织物的阻燃机理进行分析,表明涤纶阻燃剂FRC-1在织物燃烧中起气相阻燃作用,棉阻燃剂Hansi TEX-1主要发挥固相阻燃作用。此外,整理涤/棉混纺织物的布面游离甲醛含量较高为23.5 mg/kg,仅达到GB 18401-2010标准中的B类级别。针对商用阻燃剂整理涤/棉混纺织物存在布面游离甲醛问题,采用无甲醛技术对涤/棉混纺织物进行阻燃整理。以生物质植酸为基质与尿素反应合成植酸基磷/氮阻燃剂PA-UR。采用13C和31P核磁共振光谱、红外光谱表征阻燃剂PA-UR的化学结构。通过阻燃性能测试表明,经过150和200 g/L的PA-UR整理涤/棉混纺织物的极限氧指数分别为27.3%和28.2%,损毁长度分别降低至11.5 cm和10 cm,且阻燃织物在垂直燃烧过程中实现自熄,留下明显的残炭。通过微型量热测试表明,质量浓度为200 g/L的PA-UR整理涤/棉混纺织物最大热释放速率与原样相比降低了 42.3%。通过热重分析表明整理涤/棉混纺织物的热分解受到了抑制,织物燃烧后留下的残炭量增加,热氧化作用提前。通过扫描电子显微镜研究了涤/棉混纺织物残炭的表面形貌,结果表明阻燃剂PA-UR在涤/棉混纺织物燃烧过程中发挥磷/氮协同阻燃机理。此外,整理涤/棉混纺织物的布面游离甲醛含量接近于原样。进一步地,将阻燃剂PA-UR作为正硅酸四乙酯水解的催化剂,成功制备植酸基磷/氮/硅杂化硅溶胶并应用于涤/棉混纺织物的阻燃整理。通过透射电镜、29Si核磁共振谱和红外光谱对杂化硅溶胶的结构进行表征。通过阻燃性能测试表明,当阻燃剂PA-UR质量浓度为150 g/L,正硅酸四乙酯为0.06 mol/L时,整理涤/棉混纺织物的极限氧指数升至29.2%,损毁长度降至8.5 cm,阻燃效果进一步提升。微型量热和热重分析表明,杂化硅溶胶阻燃体系有效降低了涤/棉混纺织物的热释放性并提高了织物的热氧化作用。通过扫描电子显微镜观察涤/棉混纺织物残炭的表面形貌,表明杂化硅溶胶体系在涤/棉混纺织物燃烧过程中发挥磷/氮/硅协同阻燃作用。此外,整理涤/棉混纺织物的布面游离甲醛含量和原样相近,达到GB 18401-2010标准中的A类级别。
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