摘要
涤棉织物(PC)兼具棉的舒适性、透气性和涤纶的力学性能、化学稳定性等优点而被广泛地应用于家居装饰、医疗服饰和航空航天等领域。然而PC极易燃烧，并且燃烧过程中具有特殊的“支架效应”，燃烧极为剧烈，具有严重的火灾隐患，可能危害人们的生命财产安全。因此，对PC进行阻燃改性尤为重要。现有的卤系和PyrovatexCP等磷系阻燃剂具有良好的阻燃效果，但是使用过程中存在着二噁英、甲醛等有毒有害物质的释放，危害身体健康和造成环境污染而逐渐被禁用。因此，开发绿色环保的生物质阻燃剂并实现PC的耐久阻燃成为解决上述问题的有效途径。 本论文以生物质植酸(PA)和壳聚糖(CS)组成协效阻燃体系，通过浸渍烘焙法在PC表面构建膨胀阻燃涂层，制备阻燃涤棉织物(PC-PA/CS)。在此基础上，为提高PC-PA/CS的耐久性，采用甲基三乙氧基硅烷(MTES)和双羟基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS-OH)对PC-PA/CS进行硅烷改性，制备耐久阻燃涤棉织物(PC-PA/CS/AP)。为进一步实现PC受到火灾威胁时的主动防御功能，在阻燃整理液中引入碳纳米管(CNT),制备火灾预警功能阻燃涤棉织物(PC-PA/CS/AP6/CNT)。论文研究内容和结果如下: (1)涤棉织物的阻燃整理及其性能研究:以PA、CS为协效阻燃剂，采用浸渍烘焙法在PC表面构建膨胀阻燃体系，制备PC-PA/CS,并研究了制备工艺对阻燃性能的影响。通过工艺调控，获得最佳阻燃整理工艺:烘焙温度160℃,烘焙时间120s,CS浓度30g/L,PA浓度400g/L。通过极限氧指数(LOI)测试，PC-PA/CS的LOI值由PC的17.8％显著提高到28.7％,通过在空气中点燃，熔滴现象消失，织物表现出良好的阻燃性能。由锥形量热测试,相较于PC,PC-PA/CS的峰值热释放速率(PHRR)和总热释放量(THR)分别降低了33.53％和25.18％,有效减少了热的释放。由炭渣的微观形貌、拉曼光谱等测试，膨胀阻燃涂层的构建，促进了织物的脱水炭化，形成稳定的膨胀炭层，阻碍织物进一步燃烧，提高了织物的阻燃性能，具有凝聚相阻燃机理。 (2)涤棉织物的耐久阻燃整理及其性能研究:利用MTES和PDMS-OH制备了含有羟基的聚硅氧烷溶液AP),并与阻燃整理液交替浸渍在织物表面形成耐久阻燃涂层，制备耐久阻燃涤棉织物PC-PA/CS/AP。通过工艺调整，当AP浓度为6wt％时，PC-PA/CS/AP6效果最佳。相较于PC,PC-PA/CS/AP6的LOI值由17.8％提高至30.1％,经过20次洗涤测试后，织物的LOI值仍然达到26.9％,具有良好的耐久性。锥形量热测试中，相较于PC,PC-PA/CS/AP6的PHRR、THR和燃烧增长率(FGR)分别降低了56.99、33.21和61.99％,安全性能得到明显提升。通过热重测试(TG),涤棉织物的分解速率明显下降，热稳定性显著提高，残炭量增加。由炭渣的微观形貌、拉曼光谱测试，聚硅氧烷的添加，与PA和CS形成了磷氮硅协同阻燃作用，更大程度促进织物的脱水成炭，增加了炭层的石墨化程度，发挥凝聚相阻燃作用。 (3)具有火灾预警功能阻燃涤棉织物的制备及其性能研究;在阻燃整理液中引入CNT,制备具有火灾预警功能的阻燃涤棉织物PC-PA/CS/AP6/CNT。当CNT的添加量为2wt％时，PC-PA/CS/AP6/CNT2点燃仅2s即发出预警信号，在120s的测试时间内能够稳定预警，具有极好的灵敏性和稳定性。由LOI值测试表明，织物LOI值增长至32.3％,表现出优异的阻燃性能。由TG结果，改性后织物的热解速率下降，热稳定性显著提高。锥形量热测试中，PC-PA/CS/AP6/CNT2燃烧过程中PHRR、THR和烟雾释放总量(SPR)相较于PC分别降低了88.01、34.18和11.56％,减少了热和烟的释放。在燃烧过程中，阻燃涂层促进了织物的脱水成炭，提高了炭层的石墨化程度。CNT增加了炭层的致密性和石墨化程度，提升了织物的阻燃性能和炭层的导电性能。
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