本发明属于面料领域，涉及一种防毡缩阻燃面料的制备工艺。
背景技术
几年来火灾频繁发生，对于消防队员来说在灭火的同时无可避免的要与火接触，而随身穿戴的衣物由于具有较高的可燃性，对消防队员的生命造成威胁，现有的消防服均由阻燃面料支撑，但是对于消防队员来说单纯的一层阻燃消防服不仅不能保障安全，同时由于消防服是由芳纶材料制备，无法实现在寒冷的冬季保暖，因此针对消防队员设计的保暖阻燃内胆衣服至关重要。
现有的保暖服装大多采用羊毛线和棉线混纺制备，虽然能达到保暖的效果，但是特别容易燃烧，同时羊毛线经过多洗洗涤后容易毡缩，使得衣服变小，无法正常穿戴，现有技术中通过氧化和酶解作用实现羊毛线的防毡缩性能，但是氧化酶解后羊毛线的机械强度降低，使得面料不耐穿，不能承受较大的拉力，不利于消防队员的剧烈活动，同时对于阻燃性能，直接添加阻燃剂容易造成面料硬挺，穿戴不舒服，同时经过多次洗涤后面料的阻燃性能降低。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种防毡缩阻燃面料的制备工艺，该面料首先通过预处理羊毛线和棉线编制成面料，然后将面料经过初级防火浸渍，再进行次级阻燃包覆，最后通过外部固定包覆，不仅提高阻燃性能，使得面料的极限氧指数达到39.26，同时可以实现对内部两层阻燃材料的固定，进而实现面料经过多次清洗后阻燃性能保持不变，并且经过外层包覆后的面料手感柔软，机械强度较高，能承受较大的断裂力，同时预处理羊毛线在切断鳞片的同时，通过增强剂交联固定，不仅实现防毡缩，并且使得面料的断裂力进一步的提高，断裂力达到435.4n，解决了现有面料氧化酶解后机械强度降低，使得面料不耐穿，不能承受较大的拉力，不利于消防队员的剧烈活动，同时对于阻燃性能，直接添加阻燃剂容易造成面料硬挺，穿戴不舒服，同时经过多次洗涤后面料的阻燃性能降低的问题。
本发明的预处理羊毛线是通过羊毛纤维首先氧化酶解，使得羊毛纤维表面的鳞片层由交联网状结构变为单链结构，使得鳞片层破坏，进而使得鳞片层表面的定向摩擦力消失，进而实现防毡缩性能，同时由于鳞片层断裂后形成的氨基酸单链结构上含有大量的氨基，增强剂两端均含有氨基，经过甲醛的交联作用使得氨基酸单链中的氨基与增强剂中的氨基交联，使得羊毛纤维表面的氨基酸单链之间通过增强剂的长单链连接，形成网状的结构，不仅能够提高羊毛纤维的韧性，同时由于增强剂为长单链结构，进而使得羊毛纤维表面的分子质量增加，进而提高羊毛纤维表面的着火点，进一步实现羊毛纤维表面阻燃的性能，解决了现有阻燃面料不能多次洗涤，并且阻燃改性后机械强度低的问题。
本发明壳聚糖中的氨基和水性聚氨酯树脂中的氨基之间通过甲醛交联，形成网状结构包覆在初级面料外部，将氢氧化铝包覆层固定，同时由于壳聚糖中含有大量的羟基，能够与氢氧化铝发生络合反应，进而能够对内层的氢氧化铝包覆膜牢固的结合固定，防止面料清洗过程中造成氢氧化铝包覆层的破坏，并且由于壳聚糖与水性聚氨酯是通过缩合交联反应连接，分子间作用力比较强，在长期清洗和使用过程中不会造成包覆层的破坏，同时由于两层包覆作用不仅能够实现对面料中羊毛纤维表面的鳞片层覆盖，实现防毡缩性能，同时能够提高面料的韧性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种防毡缩阻燃面料的制备工艺，包括如下制备过程：
第一步，将预处理羊毛线和棉线编制成初级面料；
第二步，称取一定量的硼酸锌溶于浓度为0.1％的盐酸溶液中，配置成硼酸锌溶液，然后将初级面料在硼酸锌溶液中浸泡5-10min，此时硼酸锌浸渍在初级面料的纤维中；其中每克硼酸锌溶于5-7ml盐酸溶液中；
第三步，将浸渍后的初级面料在50-60℃的烘干室中烘干，同时称取一定量的硝酸铝溶于水中，配置成硝酸铝溶液，然后向硝酸铝溶液中加入氢氧化钠，常温下搅拌反应30-40min得到氢氧化铝胶体，同时将烘干后的初级面料浸泡在氢氧化铝胶体中，浸泡3-5min后取出风干；其中每克硝酸铝中加入氢氧化钠0.23-0.27g；氢氧化铝胶体包覆在初级面料的表面，同时对初级面料纤维中的硼酸锌进行封存，进而提高面料的耐洗性，经过多次清洗后初级面料中的硼酸锌含量不会降低，面料纤维中的硼酸锌受热后释放出结晶水，吸收大量热能，降低燃烧面温度，同时释放出的水分，稀释空气中的氧，抑制灼烧反应，并且硼酸锌受反应生成的三氧化二硼薄膜覆盖在面料纤维表面，起隔热阻氧的作用，进而实现面料纤维内层阻燃；同时氢氧化铝胶体覆盖在初级面料的表面，氢氧化铝高温分解生成水，能够实现阻燃降温的目的，进而实现初级面料的二层阻燃效果；
第四步，称取一定量的壳聚糖加入乙酸溶液中，同时向其中加入水性聚氨酯树脂，搅拌混合均匀得到混合剂，将混合剂加入超声反应容器中，然后向混合剂中加入第三步中风干后的初级面料，待初级面料浸渍后，逐滴向其中加入甲醛溶液，边滴加边超声震荡，加入完全后超声反应2-3h，得到包覆面料；每克壳聚糖溶于7-8ml乙酸溶液中，每克壳聚糖中加入水性聚氨酯树脂0.8-0.9g，加入甲醛溶液3.3-3.7g；此时壳聚糖中的氨基和水性聚氨酯树脂中的氨基之间通过甲醛交联，形成网状结构包覆在初级面料外部，将氢氧化铝包覆层固定，同时由于壳聚糖中含有大量的羟基，能够与氢氧化铝发生络合反应，进而能够对内层的氢氧化铝包覆膜牢固的结合固定，防止面料清洗过程中造成氢氧化铝包覆层的破坏，并且由于壳聚糖与水性聚氨酯是通过缩合交联反应连接，分子间作用力比较强，在长期清洗和使用过程中不会造成包覆层的破坏，同时由于两层包覆作用不仅能够实现对面料中羊毛纤维表面的鳞片层覆盖，实现防毡缩性能，同时能够提高面料的韧性；
第五步，将包覆面料在50-60℃的烘干室中进行烘干处理，得到防毡缩阻燃面料；
预处理羊毛线的制备方法如下：
①将羊毛纤维浸泡在清水中超声清洗10-15min，然后在40-50℃的烘干室中进行烘干；超声作用后羊毛纤维本身的团聚作用分散，有利于后期羊毛纤维的改性处理；
②配置浓度为2.3％-2.5％的过氧化氢溶液，然后向其中加入超声处理的羊毛纤维，加热至40℃搅拌反应50-70min，由于羊毛纤维表面含有层层覆盖的鳞片层，当羊毛因受到外力作用移动时，由于层层鳞片层之间的摩擦形成定向摩擦力，由于定向摩擦力的作用使得羊毛纤维毡缩，经过氧化处理后羊毛纤维表面的鳞片中肽链之间的双硫键通过氧化作用断裂，断裂后的双硫键氧化成-so3h,使得羊毛鳞片层中的肽链外漏，提高羊毛纤维鳞片层中肽链的作用位点；
③将步骤②中氧化后的羊毛纤维在清水中冲洗3-5次，然后加入浓度为21-25mg/l的角蛋白酶解液中，常温下酶解反应2-3h，然后进行过滤洗涤，将洗涤后的羊毛纤维烘干，得到无鳞羊毛纤维；此时羊毛纤维表面鳞片上的氨基酸链之间的肽链酶解断裂，使得羊毛纤维表面鳞片由交联网状结构变为单链结构，使得鳞片层破坏，进而使得鳞片层表面的定向摩擦力消失，由于鳞片层的破坏导致羊毛纤维的韧性降低，进而使得羊毛纤维容易断裂；
④取一定量的环氧氯丙烷加入乙醇溶液中，搅拌混合均匀后向其中加入乙二胺，在50-60℃回流反应2-3h，然后升温至80℃反应3h，制得增强剂；其中环氧氯丙烷和乙二胺的物质的量之比为1：1.2；由于环氧氯丙烷在乙二胺的作用下发生开环反应，此时，形成的物质一端含有氨基一端含有氯元素，升温后达到反应条件，氯元素与开环后的物质一端的氨基发生取代反应，使得增强剂呈长链状结构；
⑤常温下向增强剂中加入无鳞羊毛纤维，常温下反应10-15min后升温至60-65℃，边搅拌边逐滴加入甲醛溶液，搅拌反应5-7h，得到预处理羊毛纤维；每克增强剂中加入甲醛溶液12-14g；由于增强剂两端含有氨基，而羊毛纤维表面鳞片断裂后形成的氨基酸单链结构上含有大量的氨基，经过甲醛的交联作用使得氨基酸单链中的氨基与增强剂中的氨基交联，使得羊毛纤维表面的氨基酸单链之间通过增强剂的长单链连接，形成网状的结构，不仅能够提高羊毛纤维的韧性，同时由于增强剂为长单链结构，进而使得羊毛纤维表面的分子质量增加，进而提高羊毛纤维表面的着火点，实现羊毛纤维表面阻燃的性能；
⑥将预处理羊毛纤维进行纺纱得到预处理羊毛线。
本发明的有益效果：
1、本发明的面料首先通过预处理羊毛线和棉线编制成面料，然后将面料经过初级防火浸渍，再进行次级阻燃包覆，最后通过外部固定包覆，不仅提高阻燃性能，使得面料的极限氧指数达到39.26，同时可以实现对内部两层阻燃材料的固定，进而实现面料经过多次清洗后阻燃性能保持不变，并且经过外层包覆后的面料手感柔软，机械强度较高，能承受较大的断裂力，同时预处理羊毛线在切断鳞片的同时，通过增强剂交联固定，不仅实现防毡缩，并且使得面料的断裂力进一步的提高，断裂力达到435.4n，解决了现有面料氧化酶解后机械强度降低，使得面料不耐穿，不能承受较大的拉力，不利于消防队员的剧烈活动，同时对于阻燃性能，直接添加阻燃剂容易造成面料硬挺，穿戴不舒服，同时经过多次洗涤后面料的阻燃性能降低的问题。
2、本发明的预处理羊毛线是通过羊毛纤维首先氧化酶解，使得羊毛纤维表面的鳞片层由交联网状结构变为单链结构，使得鳞片层破坏，进而使得鳞片层表面的定向摩擦力消失，进而实现防毡缩性能，同时由于鳞片层断裂后形成的氨基酸单链结构上含有大量的氨基，增强剂两端均含有氨基，经过甲醛的交联作用使得氨基酸单链中的氨基与增强剂中的氨基交联，使得羊毛纤维表面的氨基酸单链之间通过增强剂的长单链连接，形成网状的结构，不仅能够提高羊毛纤维的韧性，同时由于增强剂为长单链结构，进而使得羊毛纤维表面的分子质量增加，进而提高羊毛纤维表面的着火点，进一步实现羊毛纤维表面阻燃的性能，解决了现有阻燃面料不能多次洗涤，并且阻燃改性后机械强度低的问题。
3、本发明壳聚糖中的氨基和水性聚氨酯树脂中的氨基之间通过甲醛交联，形成网状结构包覆在初级面料外部，将氢氧化铝包覆层固定，同时由于壳聚糖中含有大量的羟基，能够与氢氧化铝发生络合反应，进而能够对内层的氢氧化铝包覆膜牢固的结合固定，防止面料清洗过程中造成氢氧化铝包覆层的破坏，并且由于壳聚糖与水性聚氨酯是通过缩合交联反应连接，分子间作用力比较强，在长期清洗和使用过程中不会造成包覆层的破坏，同时由于两层包覆作用不仅能够实现对面料中羊毛纤维表面的鳞片层覆盖，实现防毡缩性能，同时能够提高面料的韧性。
具体实施方式
实施例1：
预处理羊毛线的制备方法如下：
①将羊毛纤维浸泡在清水中超声清洗10-15min，然后在40-50℃的烘干室中进行烘干；
②配置浓度为2.3％的过氧化氢溶液，然后向其中加入超声处理的羊毛纤维，加热至40℃搅拌反应50-70min；
③将步骤②中氧化后的羊毛纤维在清水中冲洗3-5次，然后加入浓度为21mg/l的角蛋白酶解液中，常温下酶解反应2-3h，然后进行过滤洗涤，将洗涤后的羊毛纤维烘干，得到无鳞羊毛纤维；
④取92.5g环氧氯丙烷加入乙醇溶液中，搅拌混合均匀后向其中加入72g乙二胺，在50-60℃回流反应2-3h，然后升温至80℃反应3h，制得增强剂；
⑤常温下向100g增强剂中加入无鳞羊毛纤维，常温下反应10-15min后升温至60-65℃，边搅拌边逐滴加入1.2kg甲醛溶液，搅拌反应5-7h，得到预处理羊毛纤维；
⑥将预处理羊毛纤维进行纺纱得到预处理羊毛线。
对比例1：
预处理羊毛线的制备方法如下：
①将羊毛纤维浸泡在清水中超声清洗10-15min，然后在40-50℃的烘干室中进行烘干；
②配置浓度为2.3％的过氧化氢溶液，然后向其中加入超声处理的羊毛纤维，加热至40℃搅拌反应50-70min；
③将步骤②中氧化后的羊毛纤维在清水中冲洗3-5次，然后加入浓度为21mg/l的角蛋白酶解液中，常温下酶解反应2-3h，然后进行过滤洗涤，将洗涤后的羊毛纤维烘干，得到无鳞羊毛纤维；
④将无鳞羊毛纤维进行纺纱得到无鳞羊毛线。
实施例3：
一种防毡缩阻燃面料的制备工艺，包括如下制备过程：
第一步，将实施例1中制备的预处理羊毛线和棉线编制成初级面料；
第二步，称100g硼酸锌溶于500ml浓度为0.1％的盐酸溶液中，配置成硼酸锌溶液，然后将初级面料在硼酸锌溶液中浸泡5-10min；
第三步，将浸渍后的初级面料在50-60℃的烘干室中烘干，同时称取100g硝酸铝溶于水中，配置成硝酸铝溶液，然后向硝酸铝溶液中加入23g氢氧化钠，常温下搅拌反应30-40min得到氢氧化铝胶体，同时将烘干后的初级面料浸泡在氢氧化铝胶体中，浸泡3-5min后取出风干；
第四步，称取100g壳聚糖加入700ml乙酸溶液中，同时向其中加入80g水性聚氨酯树脂，搅拌混合均匀得到混合剂，将混合剂加入超声反应容器中，然后向混合剂中加入第三步中风干后的初级面料，待初级面料浸渍后，逐滴向其中加入330g甲醛溶液，边滴加边超声震荡，加入完全后超声反应2-3h，得到包覆面料；
第五步，将包覆面料在50-60℃的烘干室中进行烘干处理，得到防毡缩阻燃面料。
实施例4：
一种防毡缩阻燃面料的制备工艺，包括如下制备过程：
第一步，将实施例2中制备的预处理羊毛线和棉线编制成初级面料；
第二步，称取100g硼酸锌溶于700ml浓度为0.1％的盐酸溶液中，配置成硼酸锌溶液，然后将初级面料在硼酸锌溶液中浸泡5-10min；
第三步，将浸渍后的初级面料在50-60℃的烘干室中烘干，同时称取100g硝酸铝溶于水中，配置成硝酸铝溶液，然后向硝酸铝溶液中加入27g氢氧化钠，常温下搅拌反应30-40min得到氢氧化铝胶体，同时将烘干后的初级面料浸泡在氢氧化铝胶体中，浸泡3-5min后取出风干；
第四步，称取100g壳聚糖加入800ml乙酸溶液中，同时向其中加入90g水性聚氨酯树脂，搅拌混合均匀得到混合剂，将混合剂加入超声反应容器中，然后向混合剂中加入第三步中风干后的初级面料，待初级面料浸渍后，逐滴向其中加入370g甲醛溶液，边滴加边超声震荡，加入完全后超声反应2-3h，得到包覆面料；
第五步，将包覆面料在50-60℃的烘干室中进行烘干处理，得到防毡缩阻燃面料。
对比例2：
将实施例3中的预处理羊毛线替换成对比例中制备的无鳞羊毛线。
对比例3：
一种防毡缩阻燃面料的制备工艺，包括如下制备过程：
第一步，将实施例1中制备的预处理羊毛线和棉线编制成初级面料；
第二步，称100g硼酸锌溶于500ml浓度为0.1％的盐酸溶液中，配置成硼酸锌溶液，然后将初级面料在硼酸锌溶液中浸泡5-10min；
第三步，称取100g壳聚糖加入700ml乙酸溶液中，同时向其中加入80g水性聚氨酯树脂，搅拌混合均匀得到混合剂，将混合剂加入超声反应容器中，然后向混合剂中加入第二步中浸泡后的初级面料，待初级面料浸渍后，逐滴向其中加入330g甲醛溶液，边滴加边超声震荡，加入完全后超声反应2-3h，得到包覆面料；
第四步，将包覆面料在50-60℃的烘干室中进行烘干处理，得到防毡缩阻燃面料。
对比例4：
一种防毡缩阻燃面料的制备工艺，包括如下制备过程：
第一步，将实施例1中制备的预处理羊毛线和棉线编制成初级面料；
第二步，称100g硼酸锌溶于500ml浓度为0.1％的盐酸溶液中，配置成硼酸锌溶液，然后将初级面料在硼酸锌溶液中浸泡5-10min；
第三步，将浸渍后的初级面料在50-60℃的烘干室中烘干，同时称取100g硝酸铝溶于水中，配置成硝酸铝溶液，然后向硝酸铝溶液中加入23g氢氧化钠，常温下搅拌反应30-40min得到氢氧化铝胶体，同时将烘干后的初级面料浸泡在氢氧化铝胶体中，浸泡3-5min后取出风干，得到防毡缩阻燃面料。
对比例5：
一种防毡缩阻燃面料的制备工艺，包括如下制备过程：
第一步，将实施例1中制备的预处理羊毛线和棉线编制成初级面料；
第二步，称取100g硝酸铝溶于水中，配置成硝酸铝溶液，然后向硝酸铝溶液中加入23g氢氧化钠，常温下搅拌反应30-40min得到氢氧化铝胶体，同时将初级面料浸泡在氢氧化铝胶体中，浸泡3-5min后取出风干；
第三步，称取100g壳聚糖加入700ml乙酸溶液中，同时向其中加入80g水性聚氨酯树脂，搅拌混合均匀得到混合剂，将混合剂加入超声反应容器中，然后向混合剂中加入第三步中风干后的初级面料，待初级面料浸渍后，逐滴向其中加入330g甲醛溶液，边滴加边超声震荡，加入完全后超声反应2-3h，得到包覆面料；
第四步，将包覆面料在50-60℃的烘干室中进行烘干处理，得到防毡缩阻燃面料。
对比例6：
直接用羊毛线和棉线编制成的初级面料。
实施例5：
(1)将实施例3-4和对比例2-6中制备的防毡缩阻燃面料进行机械性能测试，具体测试结果如表1所示：
表1：试样机械性能测试结果
由表1可知，经过防毡缩改性后的羊毛纤维，通过三层阻燃包覆作用，制备的面料断裂力达到435.4n,与未经处理的初级面料断裂力相差不大，同时直接无鳞片的羊毛线与后期交联后的羊毛线相比断裂力较小，由于羊毛纤维无鳞片处理后，经过交联作用使得羊毛纤维的表面形成网状交联结构，进而能够提高无鳞片处理后羊毛纤维的断裂力；同时制备的面料在表面包覆一层壳聚糖和聚氨酯树脂交联形成的膜后，使得面料表面包覆一层网状膜，整个面料的断裂力提高；
(2)将实施例3-4和对比例2-6中制备的防毡缩阻燃面料进行防毡缩效果的测试，具体结果如表2所示：
表2：试样毡缩性能测试结果
由表2可知，制备的防毡缩阻燃面料的面积毡缩率达到0.96％，实现了较好的防毡缩性能，表面包覆壳聚糖和水性聚氨酯树脂的面料手感柔软，并且手感比没有包覆的手感柔软，同时包覆壳聚糖和水性聚氨酯树脂的面料的防毡缩性能笔没有包覆的防毡缩性能高。
(3)将实施例3-4和对比例2-6中制备的防毡缩阻燃面料进行极限氧指数测试，具体测试过程如下：将不同的面料分别清洗5次、15次、30次后，分别固定在支架上，调节氮氧混合气流，点燃试样，测定氧指数，结果如表3所示：
表3：试样极限氧指数测试结果
由表3可知，经过三层包覆的阻燃面料极限氧指数达到39.26，具有很高的阻燃性能，同时通过壳聚糖和水性聚氨酯树脂交联包裹的面料经过多次洗涤后仍具有很高的阻燃性能，直接通过氢氧化铝胶体包裹的面料在长时间清洗后阻燃性能降低。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。