棉织物表面化学接枝阻燃改性及其性能研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:baiseshiren
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棉纤维价廉易得,具有透气性强、生物可降解性等优点,广泛应用于服装、航空、建筑装饰等领域。但棉纤维易燃,极限氧指数仅为18%,严重限制了棉纤维及其制品的广泛应用。因此,赋予棉纤维一定的阻燃性能,提高其使用的安全性具有重要的科学意义和应用前景。目前主要通过浸扎、涂覆等方法对棉织物进行阻燃改性,这些方法制备方便,但产品存在耐洗性差、难以实现恒久阻燃的目的。  本论文以纯棉织物为原料,首先采用高碘酸钠对其进行选择性氧化,在棉织物表面生成醛基,然后利用棉织物表面醛基的反应活性,通过与P-H键发生加成反应,或首先与氨的衍生物发生亲核加成反应生成C=N键然后与P-H键发生加成,制备出系列表面接枝上P或P-N元素的改性棉织物。  通过醛基与亚磷酸二甲酯(DMP)发生P-H化加成反应,将DMP接枝到棉织物表面,制备出DMP改性棉织物(FR-cot-1)。通过极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)测试研究了FR-cot-1的阻燃性能,测试结果表明,经10次水洗处理后,FR-cot-1的LOI值由24.8%降低至23.4%,燃烧后的损毁炭长为30cm。热重分析(TGA)和锥形量热(Cone)测试表明,DMP的引入改变了棉织物的热降解行为,延缓了织物的分解,同时热释放速率(HRR)及总热释放量(THR)有所降低。扫描电镜(SEM)结果表明,FR-cot-1燃烧后的炭层保留了棉织物网状结构。  将甲胺(MY)及乙二胺(EDA)分别与氧化棉织物表面的醛基发生亲核加成反应生成希夫碱,然后通过棉织物表面生成的C=N键与P-H键发生膦氢化加成反应,将DMP接枝到棉织物表面,分别制备了MY/DMP改性棉织物(FR-cot-2)和EDA/DMP改性的棉织物(FR-cot-3)。阻燃性能测试表明,水洗处理后,FR-cot-2及FR-cot-3的LOI值分别由26.9%和27.8%下降至25.1%和26.6%,并且与FR-cot-1相比,两者在燃烧后的损毁炭长同样为30cm,但是其残炭形态变致密,表明通过P-N接枝改性的棉织物具有良好的阻燃及耐水洗性能。TGA测试表明,通过该方法改性提高了棉织物的成炭性能,在600℃时,FR-cot-2及FR-cot-3的残炭量由FR-cot-1的18.4%分别提高到了33.3%和36.6%。Cone测试表明,与FR-cot-1相比,FR-cot-2及FR-cot-3两种阻燃棉织物的HRR及THR进一步下降,FR-cot-3下降的幅度较大。SEM结果表明,EDA的引入使得FR-cot-3燃烧后的炭层更为膨胀致密。力学测试表明,相比于FR-cot-2,FR-cot-3的拉伸强度较高。综上,经EDA/DMP改性后的阻燃棉织物阻燃耐水洗性、热稳定性及力学性能较为优异。  在上述制备的阻燃棉织物FR-cot-3的基础上,选取了三羟甲基三聚氰胺(TMM)对其表面羟基进行接枝改性制备了TMM改性棉织物(TMM-cot)。当用4%浓度的TMM溶液接枝改性FR-cot-3时,TMM-cot的LOI值得到了明显的提高,为37.2%,损毁长度降低为6.5cm,经水洗处理后,LOI值和损毁炭长分别提高为36.5%和7.3cm,保持了极好的阻燃性能。TGA测试表明,TMM的引入使棉织物600℃的残炭量达到了39.0%,最大热分解速率明显降低。Cone测试表明,与FR-cot-3相比,TMM-cot的HRR和 THR得到了进一步的降低。SEM测试表明TMM-cot燃烧后的炭层更为致密光滑。
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