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棉纤维,由于具有柔软亲肤、吸汗透气和保暖卫生的特点,已经被广泛地应用于服装、家居家具、休闲和工业领域。然而,棉纤维的热稳定性和阻燃性能较低,极大地限制了其在某些特殊场合的应用。棉纤维容易燃烧从而引发火灾,也会对人们的生命和财产安全造成巨大的损害。此外,棉织物吸湿性强,呈现三维多孔结构。因此,其容易集结水分和营养物质,为细菌提供良好的的生长环境。棉纤维中所滋生的细菌会释放酸性物质。这些酸性物质会导致棉纤维变质变色,同时也会刺激人体皮肤,诱发各类皮肤疾病。近年来,随着人们生活质量的提高,人们的健康和安全意识的增强,开发具有阻燃、抗菌多功能纺织品已经受到国内外研究者的广泛关注。 基于棉纤维的化学组成和结构特点,本文首先采用层层自组装技术在棉织物表面构筑膨胀型阻燃涂层。涂覆自组装涂层后的棉织物表现出高效的阻燃性能。在此基础上,我们采用层层自组装技术将膨胀阻燃剂与含氮、磷的抗菌剂搭配在棉织物表面构筑膨胀阻燃、抗菌多功能涂层。研究发现,阻燃剂和抗菌剂具有协同膨胀阻燃效应。涂覆自组装涂层后的棉织物表现出高效的阻燃性能和抗菌性能。进一步地,我们利用绿色天然材料替代膨胀阻燃剂,同样获得了高效阻燃、抗菌多功能棉织物。再次,为了进一步地提高阻燃性能,我们采用层层自组装技术在膨胀涂层中引入无机纳米片层和含硼聚电解质。研究发现,涂覆后的棉织物表现出卓越的阻燃性能。主要的研究内容可以概括如下: 1、采用层层自组装技术在棉织物表面构筑壳聚糖(CH)/聚磷酸铵(APP)膨胀型阻燃涂层。通过红外光谱测试追踪自组装过程,发现自组装涂层呈现类似线性生长。热重结果表明,相比于纯棉织物,自组装涂层处理后的棉织物在测试后剩余较多的残炭,且残炭量随着自组装层数的增加而增多。微型量热测试发现,涂覆后自组装涂层后,棉织物的最大热释放速率和总释放量均大幅度降低,且数值随着自组装层数的增大而减小。垂直燃烧测试表明,CH/APP自组装涂层有效地降低了棉织物的燃烧时间,消除了阴燃现象。扫描电镜发现,燃烧后,CH/APP自组装涂层形成膨胀型炭层,覆盖在棉纤维表面,阻隔内部棉纤维基体与外界热量和空气接触。 2、采用层层自组装技术在棉纤维表面构筑聚二甲基胍磷酸盐(PHMGP)/APP自组装涂层以获得高效阻燃、抗菌多功能棉织物。热重分析测试发现,由于PHMGP和APP之间的协同阻燃作用,处理后的棉织物相对于纯样品在600℃具有较高的残留。红外谱图和X光电子能谱测试发现,涂层的高效阻燃性能归功于PHMGP和APP之间的协同成炭作用。此外,PHMGP/APP自组装涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有高效的抑制作用,且抗菌性能随着自组装层数的增加而增加。 3、采用层层自组装技术在棉织物表面构筑PHMGP/海藻酸钾(PA)以获得环保型膨胀阻燃、抗菌多功能棉织物。热重分析结果表明,在PHMGP催化作用下,相对于纯棉织物,处理后的棉织物燃烧后留下较多的残余量。扫描电镜发现,处理后棉纤维燃烧后表面出现了许多膨胀型气泡,表明PHMGP/PA自组装涂层发挥膨胀型阻燃作用。抗菌定量测试发现,仅仅5个双分子涂层分别在5min和30min内完全杀死大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。 4、采用层层自组装技术将磷酸锆(α-ZrP)纳米片与膨胀组分PHMGP和APP复配,在棉织物表面构筑PHMGP/APP/PHMGP/α-ZrP纳米砖-墙结构涂层,以获得高效阻燃棉织物。热重分析结果显示,纳米砖-墙结构有效地提高了棉织物的热稳定性。垂直燃烧测试表明,该纳米砖-墙结构自组装涂层有效地降低了棉织物的燃烧时间,消除了阴燃现象,提高了燃烧后的残炭量。扫描电镜发现,纳米砖-墙结构覆盖在棉纤维表面作为高强度的保护层,能够有效地隔绝基体与外界空气和热量接触。 5、采用层层自组装技术在棉织物表面构筑PHMGP/聚硼酸钠(SPB)多分子膜自组装膨胀阻燃涂层。垂直燃烧测试发现,涂覆10个双分子涂层后,棉织物获得自熄灭性能。此外,PHMGP/SPB自组装涂层有效地提高了棉织物的极限氧指数。扫描电镜照片发现,处理后的棉织物的残炭表面形成膨胀型气泡。红外光谱测试表明,PHMGP/SPB多分子膜有效地催化成炭形成热稳定性炭层。