一种棉织物阻燃方法与流程

本发明属于技术领域，具体涉及一种棉织物阻燃方法。

背景技术：

棉织物物美价廉深受人们的喜爱，无论是在日常穿着方面还是建筑材料应用等方面都应用广泛。但是棉织物由于主要成分是易燃的纤维素，因此在应用过程中受到较大的限制，局限了棉织物的应用范围。棉织物燃烧是由于在空气中遇火发生热裂解和氧化裂解，形成左旋葡萄糖单体，并产生可燃性气体，燃烧过程中释放量的热又使纤维素进一步分解，形成循环过程直至织物被完全烧毁。

本发明采用季戊四醇磷酸酯氨盐为磷、氮来源，采用纳米二氧化硅为硅来源，利用水浴加热及水热沉积与纯棉织物发生化学反应，将pepas和cypa通过纳米二氧化硅与棉织物纤维共价结合的方式进行阻燃整理，制备过程中无有毒物质产出，绿色环保。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

作为本发明其中一个方面，本发明提供一种棉织物阻燃方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种棉织物阻燃方法，其包括，

将pepas和cypa配制成溶液，调节ph为碱性，将棉织物浸入，加热并调节ph、洗涤、烘干，得到试样tcf；

将硅酸钠水溶液升温，加入硬脂酸，调节ph为弱碱性，将tcf浸入，加热进行反应，洗涤、烘干，得到试样tcfsi。

作为本发明所述的棉织物阻燃方法的一种优选方案：所述pepas，将其配制成250～350g/l的溶液。

作为本发明所述的棉织物阻燃方法的一种优选方案：所述cypa，将其配制成100～150g/l的溶液。

作为本发明所述的棉织物阻燃方法的一种优选方案：所述调节ph为碱性，为将ph调节为8～9。

作为本发明所述的棉织物阻燃方法的一种优选方案：所述将棉织物浸入，浴比为1：50。

作为本发明所述的棉织物阻燃方法的一种优选方案：所述加热并调节ph，为在60℃下处理30min后，升高温度至90℃，并调整ph到10，继续水浴加热30min。

作为本发明所述的棉织物阻燃方法的一种优选方案：所述将硅酸钠水溶液升温，为取35ml硅酸钠，用150ml水稀释，将硅酸钠水溶液升温至70℃。

作为本发明所述的棉织物阻燃方法的一种优选方案：所述加入硬脂酸，调节ph为弱碱性，为加入0.4g硬脂酸，并调节溶液ph到7～8。

作为本发明所述的棉织物阻燃方法的一种优选方案：所述将tcf浸入，加热进行反应，为将tcf按浴比1：50浸入其中，在160℃下反应12h。

作为本发明所述的棉织物阻燃方法的一种优选方案：所述烘干，为在105℃下烘干。

本发明的有益效果：本发明集成了三种磷、氮、硅为阻燃元素，将其应用在纯棉织物上的阻燃整理中，采用季戊四醇磷酸酯氨盐为磷、氮来源，采用纳米二氧化硅为硅来源，利用水浴加热及水热沉积与纯棉织物发生化学反应，将pepas和cypa通过纳米二氧化硅与棉织物纤维共价结合的方式进行阻燃整理，与传统包裹方式完全不同。本发明制备过程中并无有毒物质产出，绿色环保。整理后，棉织物其限氧指数由原来的17.8最高可以提升至31.8，并表现良好耐洗涤性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明整理后棉织物的内部结构示意图。

图2为ocf、tcf及tcfsi三个试样的红外光谱。

图3为ocf、tcf及tcfsi三个试样的xrd检测图谱。

图4为tcfsi的xps分析。

图5为棉织物及残渣的电镜分析。

图6为ocf、tcf和tcfsi残渣的eds分析。

图7为ocf、tcf、tcfsi的应力应变曲线。

图8为ocf、tcfsi在空气和氮气下的tg/dta曲线。

图9为垂直燃烧实验结果。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1：

对位酯均三嗪(cypa)结构式：

季戊四醇磷酸酯胺盐(pepas)结构式：

配制含有pepas300g/l和cypa125g/l的溶液，调节ph到8.5，将纯棉织物(梭织物，112gm^-2，ocf)按浴比1：50浸入其中，在60℃下处理30min后，升高温度至90℃，并调整ph到10，继续水浴加热30min，取出，冷水洗涤两次，在105℃下烘干，得处理后试样tcf；

取35ml硅酸钠，倒入500ml烧杯中，用150ml去离子水稀释，将硅酸钠水溶液升温至70℃，加入0.4g硬脂酸，并调节溶液ph到7.5，将配制的溶液转移至高温高压釜中，将所述试样tcf按浴比1：50浸入其中，在160℃下反应12h后，取出织物，冷水洗涤两次，在105℃下烘干，得处理后试样tcfsi。

pepas、cypa及纳米sio2在纤维中形成复杂的网络结构，如图1所示，其耐久结合机理为：

pepas、cypa、纳米sio2与纤维素，四者两两之间形成较强的氢键和范德华力；pepas中的羟基与cypa的均三嗪基或乙烯砜基反应，而cypa的均三嗪基或乙烯砜基也可以与纤维素的6号羟基反应，因此pepas被接枝到棉纤维上；同时，pepas与cypa会发生缩聚反应，形成的低聚体与纤维素形成互穿结构，同时cypa有两个反应性基团，因此在纤维素之间形成交联结构，pepas-cypa低聚物被夹持其中；水热法制备纳米sio2，纳米sio2，从溶液中聚集析出时会沉积在织物表面并生长；纳米sio2上有丰富的硅羟基，与pepas中的羟基、cypa的均三嗪基或乙烯砜基、纤维素上的6号羟基共价结合，它们彼此相连，相互交错，形成复杂的三维网络结构，因此阻燃组份能够非常稳定的驻留于棉织物内。

上述反应机理的论证实验结果如下：

图2为ocf、tcf(以pepas300g/l、cypa125g/l为工艺条件制作，以下内容如无特殊说明均指该条件下的tcf)、tcfsi(上述条件下的tcf进一步沉积纳米sio2)的红外光谱。ocf：o-h(3400cm^-1左右)、c-h(2900cm^-1左右)、c-o-r(1000-1200cm^-1左右)、结合水的特征峰(1650cm^-1左右)。tcf：苯环中的c＝c和均三嗪中的c-cl(1594.86cm^-1,817.68cm^-1,759.83cm^-1)。tcfsi：苯环中的c＝c和均三嗪中的c-cl(1594.86cm^-1,823.47cm^-1,763.68cm^-1)，si-o(1286.31cm^-1,742.47cm^-1)，以上说明pepas、cypa、纳米sio2被成功引入棉织物中。

xrd分析：

ocf、tcf及tcfsi三个试样均在15.0°，16.8°，23.0°和34.3°出峰，这些峰对应于纤维素i的(1-10)，(110)，(002)和(040)晶面。除了这些峰外tcf在29.29°还出一峰，而tcfsi还包含20.44°，25.77°和32.03°处的三个峰，这些峰由于添加的阻燃剂对棉织物的改性所引起。同时可以观察到ocf的特征峰强度最大，而tcfsi的特征峰强度最小，说明整理后织物的结晶度下降。采用segal法计算了三个试样的相对结晶度ocf(78.15％)，tcf(72.76％)，tcfsi(66.05％)，计算结果也证明了结晶度的下降。这主要是因为：一是整理后棉织物的取向度和规整度被改变；二是整理后棉织物纤维素相对含量有所降低；三是纤维中折叠型大分子数目有所增加。

xps分析：

图4为tcfsi的xps分析(a)总谱、(b)p2p、(c)n1s、(d)si2p，如图4所示，从总谱图来看，tcfsi织物中存在c(c1s，284.80ev，相对原子数量百分率59.70％)，o(o1s，532.33ev，相对原子数量百分率30.06％)，n(n1s，399.62ev，相对原子数量百分率4.37％)，p(p2p，133.21ev相对原子数量百分率2.24％)，si(si2p，103.19ev相对原子数量百分率2.37％)，s(s2p，168.65ev，相对原子数量百分率0.82％)和cl(cl2p，197.70ev，相对原子数量百分率0.44％)。磷分峰图显示存在p＝o133.75ev和p-o132.90ev，说明成功引入pepas。n1s分峰图显示存在n-h400.20ev(来源于尿素胺盐)，n-c398.85ev、n＝c399.60ev(来源于cypa)。si2p分峰图显示存在si-o-si103.85ev，si-o-p103.05ev和si-o-c101.80ev表明纳米sio2与pepas、cypa和纤维素形成有效结合。

扫描电子显微镜及能谱分析：

从图5(a)～(c)可以看出，ocf表面相对光滑，tcf纤维表面粗糙度变大，且明显有物质粘附，说明pepas和cypa被成功引入，而tcfsi纤维表面粗糙度更大，应由sio2沉积所造成。从图5(d)～(f)的燃烧后织物电镜图片可以看出tcf和tcfsi均比ocf具有更厚的碳层覆盖。对燃烧后的炭渣进行eds分析，结果表明燃烧后除了ocf中存在的c和o外，tcf中还存在n、p，而tcfsi存在n、p和硅。

图5为棉织物及残渣的电镜分析，图5中(a)为燃烧前ocf、(d)为燃烧后ocf、(b)为燃烧前tcf、(e)为燃烧后tcf、(c)为燃烧前tcfsi、(f)为燃烧后tcfsi。图6为ocf、tcf和tcfsi残渣的eds分析。纤维素上可见沉积纳米颗粒，纳米颗粒平均粒径70nm。

机械性能分析：

ocf，tcf和tcfsi的断裂强度分别为26.75-29.49mpa、19.94–23.47mpa和14.53–19.21mpa，它们对应的断裂延伸度为18.50％-24.42％，17.62％-21.83％和14.58％-18.91％。对应的平均弹性模量为196.33mpa，170.40mpa和148.64mpa。图7为ocf、tcf、tcfsi的应力应变曲线。

热稳定性：

空气气氛下，tcfsi在最大降解温度下的放热速率为452.44μg/min，而未处理棉织物高达2943.38μg/min。tcfsi在700℃下的残渣率为15.02％，而未处理棉织物仅为3.41％。在氮气气氛下，tcfsi曲线的陡峭程度明显小于ocf，且其700℃下的残渣率高达37.94％，而未处理棉织物仅为7.92％。图8为ocf、tcfsi在空气和氮气下的tg/dta曲线。

表1为改变pepas、cypa浓度及水洗次数对限氧指数loi的影响。原棉织物的限氧指数仅为17.8，经本发明整理后达31.8。优化工艺后，对整理后的棉织物进行洗涤处理，loi有所下降，tcf在20次洗涤后从29.4下降为26.6，50次洗涤后下降为23.0；而tcfsi在20次洗涤后从31.8下降为27.8，50次洗涤后下降为25.2，说明具有耐久阻燃性能。

表1不同条件下的loi

垂直燃烧试验表明，原棉织物遇火容易点燃，快速燃烧直至飞灰，几乎烧尽，其续燃时间为17.4秒，阴燃时间为42.6秒。整理后织物均难以点燃，且移走火源后立即熄灭，无明显的续燃及阴燃现象。20次洗涤后阻燃效果较好，仍难以点燃，且移走火源后立即熄灭，无明显的续燃及阴燃现象。50次洗涤后，tcf和tcfsi的续燃时间为5.3秒和3.1秒，但仍不存在明显的阴燃现象。而且燃烧后出现明显炭层，织物形态得以保留，未像原棉织物一样烧成灰烬。从燃烧后的炭长来看，tcfsi比tcf有更好的阻燃效果。图9为垂直燃烧实验结果(a)ocf，(b)tcf，(c)tcfsi，(d)tcf(20次洗涤)，(e)tcfsi(20次洗涤)，(f)tcfsi(50次洗涤)，(g)tcfsi(50次洗涤)。

实施例2：

将实施例1的反应温度更改为：在140℃下反应12h，制得的最终试样限氧指数loi为29.9，20次洗涤后为26.7，50次洗涤后为23.2。

将实施例1的反应温度更改为：在200℃下反应12h，制得的试样机械强度为10.78～13.51mpa。

实施例3：

取35ml硅酸钠水溶液，倒入500ml烧杯中，用150ml去离子水稀释，将溶液升温至70℃，加入0.4g硬脂酸，并调节溶液ph到5，其余制备方法均与实施例1相同，实验结果表明纤维素表面沉积平均粒径400nm的颗粒，粒径过大，测得最终试样的loi为27.6，20次洗涤后为24.8，50次洗涤后为22.0。

实施例4：

将实施例1的浴比更改为1：30，其余条件均与实施例1相同，测得最终试样的loi为30.2。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。