聚丙烯腈织物表面无卤阻燃改性及性能研究

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聚丙烯腈(PAN)纤维是一种非常重要的合成纤维,其手感蓬松柔软,具有优良的保暖性、耐光性与耐气候性,广泛地应用于服装以及工业等领域。但是,PAN纤维极易燃烧,其极限氧指数(LOI)值仅为17%左右。除此之外,PAN在燃烧过程中还会产生CO、HCN以及乙腈等有毒气体。与此同时,传统的阻燃PAN纤维通常是采用氯乙烯或偏氯乙烯与丙烯腈的共聚物纺制而成的纤维,该纤维由于含有大量的卤素,使得该纤维及其织物在燃烧时会产生大量的有毒烟气,极易造成空气污染,对人们的生命健康造成威胁。因此,无卤阻燃聚丙烯腈产品的开发具有极其重要的意义和广阔的发展前景。为提高PAN织物的阻燃性能,本文第一部分提出了将紫外光(UV)诱导光接枝聚合技术和溶胶-凝胶技术相结合制备阻燃PAN织物的方案。首先,采用紫外诱导光接枝聚合技术,将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝到PAN织物表面得到PAN接枝GMA织物(PAN-g-GMA),之后,用水合肼水溶液对PAN-g-GMA进行胺化改性得到胺化的接枝织物(Am-PAN-g-GMA)。最后,采用磷杂化的硅溶胶对Am-PAN-g-GMA进行后整理,制得阻燃聚丙烯腈织物(FR-PAN)。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、热重分析(TGA)、差式扫描量热(DSC)、热重-红外(TG-IR)以及锥形量热(CC)等测试对不同样品的结构及性能进行了表征。结果表明,在空气气氛下,经过阻燃整理的FR-PAN在800℃时残炭率达31.38 wt%,其热释放速率(HRR)与产烟率(PSR)均显著降低,织物表现出优良的阻燃性能。本文第二部分采用紫外光接枝聚合与层-层自组装相结合的方法来提高PAN织物的阻燃性能。首先以丙烯酸(AA)为接枝单体,采用紫外光接枝技术将具AA接枝到PAN织物表面,从而赋予PAN织物表面带负电的性质。然后,通过静电层-层自组装的方式,分别采用10 wt%维生素B1衍生物-焦磷酸硫胺素水溶液和0.5wt%海藻酸钠水溶液作为阳离子组装体系和阴离子组装体系对接枝AA的PAN织物(PAN-g-AA)进行阻燃后整理制备阻燃聚丙烯腈织物(FR-PAN)。利用X-射线衍射(XRD)、FTIR、XPS和Raman表征了织物阻燃整理前后的织物结构和表面的元素组成;通过TGA、DSC以及微型量热测试(MCC)等对样品的热及燃烧性能进行了分析。结果表明,在空气气氛下,经过阻燃整理的PAN织物在800℃时残炭率达19.4 wt%,其热释放能力(HRC)、HRR、热释放率峰值(PHRR)均显著降低,织物表现出良好的阻燃性能。
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