在合成高分子织物中,聚酰胺66(PA66)是使用最广泛材料之一,特别是因其优异的性能,比如较高的强度和良好的耐磨性,而作为服装和工业用途。但是由于其有机结构,PA66具有一定的易燃性,这带来了很大的火灾风险。此外,与一些天然纤维相比,由于其半结晶聚合物结构,PA66表现出较差的亲水性,从而限制了其在民用生活中的应用。在织物阻燃处理方面,多年来已经开发出若干策略,并且较早的研究表明,将含有氮和硫元素的石油基化合物通过不同的接枝方法应用在PA66阻燃处理方面已经得到很多应用。然而,随着生活水平的快速提高,减少在制造和利用过程中对环境的影响和降低甲醛释放的要求,促使研究人员提出采用环境友好的化学成分和工艺。因此,寻求对聚酰胺66纺织品最可持续、有效和持久的阻燃处理方式依然存在很多挑战,这也启发我提出这个项目。这项博士工作的目的是研究使用一些新型化合物和方法的有效性和可能性,其中包括纳米粒子的使用、通过紫外接枝聚合的9,10-二氢-9-氧代-10-磷杂菲-10氧化物(DOPO)基含不同磷和氮的阻燃剂的合成和应用,以及通过层层组装及其混合的方式,制备各种生物基聚电解质,以提高PA 66的阻燃性和亲水性。本论文的研究工作可分为以下几个方面:1.使用金属氧化物纳米颗粒如TiO2和TiO2/SiO2纳米复合物以及壳聚糖(CS)、柠檬酸(CA)和次磷酸钠(SHP),通过简单的浸涂技术,对聚酰胺66(PA66)织物进行阻燃和亲水处理。结果表明,采用TiO2及CS可以适当提高其LOI值、TGA测试中的残炭量以及处理后的织物的亲水性。此外,由于协效作用,掺杂SiO2纳米颗粒可以进一步提高其上述性能。然而,引入如SHP含磷化合物,将其作为一种催化剂,并没有带来显著提升,除了在UL-94测试中达到UL-94-V1级别和在锥形量热测试中使PHRR减少了 11%;这种化合物也对其亲水性能有一定影响,这可能是由于它们与CA、CS和PA66的的交联反应所致。随后,使用一种包括应用如TiO2和SiO2金属氧化物纳米颗粒及天然存在的(PA)和壳聚糖(CS)的新方法,通过浸轧技术来改善聚酰胺66(PA66)的阻燃性能和亲水性能。使用聚羧酸[1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA)]作为交联剂,以稳定和改善纳米粒子在织物表面上的粘附性。结果表明,采用TiO2纳米颗粒及PA可以明显提高处理后的织物的LOI值(PA66-PA-T织物样品的LOI值提高了24.5%)、TGA测试中的残炭量以及亲水性,这可能是由于PA和TiO2的协效阻燃效应所致;然而,SiO2取代TiO2后没有明显性能改变。相反,将CS引入到PA-TiO2配方中明显降低了 PHRR(约25%),表明CS的具有成炭能力。同时,由于CS和PA66之间的酯化反应,该体系的亲水性大大降低。最后,当我们引入CS及PA-SiO2配方时,虽然没有通过UL-94评级测试,但其阻燃性能和亲水性得到提高。2.首先,合成了一种新型的DOPO基含磷、氮单体(DOPO-DAAM),并通过紫外接枝法将其接枝到聚酰胺66(PA 66)的表面以提高其阻燃性能。为提高接枝效率,首先用HCl对PA66织物表面进行改性。在UL-94垂直燃烧试验中,用DOPO-DAAM处理的PA66织物均能阻止熔融滴落,且30 wt%DOPO-DAAM处理的织物可达到VO级别。接枝20 wt%DOPO-DAAM的PA66织物,其LOI值得到显著提高,达到最大值23.5%,且其热释放速率峰值显著降低,达到最小值22%。热重分析表明,所有配方在800 ℃下的残留量均很少,说明凝聚相相互作用是有限的。随后,合成了一种新型的DOPO基磷单体(DOPA),并通过简单的交联反应,将其应用于纯聚酰胺66(PA66)织物和壳聚糖改性的聚酰胺66(PA66)织物表面,以改善阻燃性能并进行比较。20 wt.%交联处理的PA66织物在极限氧指数(LOI)、UL-94(UL-94-VO级)和锥型量热测试(PHRR降低了 36%)中展现出很好的阻燃性能。然而,仅用10 wt.%DOPA交联的壳聚糖改性PA66织物比上一个具有更佳的阻燃性能,尤其体现在更高的LOI值(23.5%)、PHRR降低更多(40%)以及在N2气氛中成炭量增加(约7.5%)。因此,低添加量FR单体的CS改性PA66织物的阻燃性能得到提高,是由于CS和DOPA之间的P磷-氮协同效应,其中DOPA可能在早期分解,从而产生具有猝灭作用的自由基,继而促进了主要的气相机理及轻微的凝聚相作用(残炭量增加);Py-GC-MS和炭渣FTIR测试表明,CS改性的织物样品有助于形成膨胀炭层。3.将包括壳聚糖(CS)、植酸(PA)和氧化海藻酸钠(OSA)的环保型聚合物电解质通过层层自组装(LbL)法,以一种四层(QL)的方式,比如(CA-PA-CS-OSA)n(其中“n”表示四级层的数量),沉积在聚酰胺66(PA66)织物上,从而改善其阻燃性能。在垂直燃烧试验中,10和15 QL沉积的PA66织物可以阻止熔融滴落。锥形量热分析结果表明,在5 QL沉积的PA66织物中,热释放速率峰值降低最多(24%)。热重分析表明,聚合物电解质催化了纯PA66织物的降解,所以处理过的织物的初始分解温度明显降低,并且残炭量也显著提高。此外,紫外-可见光谱表明,OSA的使用可以改善这种多层纳米涂层的耐久性。然后,将硼酸盐交联的壳聚糖(CS)和植酸(PA)聚合物电解质涂层通过层层自组装法沉积在聚酰胺(PA66)织物上,以开发出一种耐久的阻燃方法。表面和形态表征表明,CS和PA成功地沉积在PA66织物上,并被硼酸盐交联。涂层的存在虽然对其极限氧指数(LOI)值改变不大,但抑制了其火焰传播,并在UL 94垂直燃烧测试中完全阻止了 PA66的熔融滴落。CS-PA涂层也降低了PA66在锥型量热测试中的热释放速率值,且样品PA66-10BL的热释放速率峰值降低最多,为31%。特别地,在热(TGA)测试中,硼酸盐处理的PA66织物的炭渣表现出更好的耐热性。更重要的是,硼酸酯交联改性后,在十二烷基硫酸钠(SDS)溶液中沉积的CA-PA涂层的稳定性得到显著提高,这将有利于持久的阻燃处理。4.在此基础上,进一步合成了磷酸化壳聚糖(PCS),通过紫外诱导接枝聚合法将其接枝到聚酰胺66(PA 66)织物表面,以提高其阻燃性能。随后,通过溶胶-凝胶工艺法,用(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)对PCS接枝的PA66织物进行改性,以形成交联涂层。垂直燃烧试验结果表明,只有PCS接枝和溶胶-凝胶处理后的织物能够阻止熔融滴落。样品PA66-6PCS-4W-SG实现了热释放速率峰值的最大降低(30%)。PCS和APTES同时处理的PA66织物的阻燃效果最好,这是Si02施加的热屏蔽效应和来自PCS的成炭效应共同作用的结果。最后,采用有机和无机材料,通过层层自组装沉积和溶胶凝胶的混合方法,在聚酰胺66(PA66)织物上构建阻燃涂层。首先,将壳聚糖(CS)和植酸(PA)聚合物电解质通过层层自组装法沉积在织物表面,以提高PA66织物的阻燃性能。之后,将这些LBL处理的PA66织物浸渍在APTES和硼掺杂的APTES溶胶溶液中,以进一步提高混合涂层的热稳定性和耐久性。混合沉积处理的PA66织物样品(PA65-5B-APTES和PA65-5B-B-D-APTES)能够在UL-94试验中阻止其熔融滴落。锥型量热法和热重分析测试也表明PA65-5B-B-D-APTES织物样品的阻燃性得到提高。而且,硼掺杂的硅溶胶可以改善处理后织物的亲水性,并且在洗涤后依然能够保持很好的阻燃性能。