一种纺织品用无卤环保阻燃涂层及其制备方法和应用

纺织,织造,皮革制品制作工具,设备的制造及其制品技术处理方法1.本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种纺织品用无卤环保阻燃涂层及其制备方法和应用。背景技术：2.火灾是对公众安全和社会发展威胁最大的主要灾害之一。在众多火灾事故中，由纺织品起火导致的火灾问题频发，给人民的生命和财产造成了巨大的损失，这一问题引起了政府、科研人员和相关企业的广泛重视，国家各行各业也接连出台相关政策来强调各类产品的阻燃性。因此，迫切需要寻求合适的方法来改善纺织品的阻燃性。3.通过后整理法将阻燃剂施加在纺织品表面是纺织品阻燃的有效方法，然而，现有织物阻燃后整理技术主要存在以下两个问题：一是阻燃剂的毒理性问题，传统纺织品多采用含卤或含磷阻燃剂，但含卤素阻燃剂燃烧后会产生二噁英等有毒有害物质，对人体健康和环境造成危害，而常规磷系阻燃剂(磷酸盐、磷酸酯及其衍生物)则存在合成过程中毒害性中间产物多、阻燃效果和抗熔滴效果难兼顾的问题，熔滴会造成灼伤和火灾蔓延，在真实火灾中危害极大；二是阻燃涂层的耐水洗性和织物手感风格变差问题，经后整理制得的阻燃面料往往耐洗涤性不佳，多次洗涤后阻燃剂易与织物剥离而发生脱落，且经常规涂层整理后的织物其柔软度、光滑度以及透气性往往变差，影响了面料舒适性。4.因此，开发绿色无卤、兼顾阻燃与抗熔滴、耐洗涤、且对织物风格影响较小的阻燃涂层，具有重要的经济价值和研究意义。技术实现要素：5.基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种纺织品用无卤环保阻燃涂层及其制备方法和应用。6.为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：7.一种纺织品用无卤环保阻燃涂层的制备方法，包括以下步骤：8.(1)将聚醚酰亚胺和六氯环三磷腈分别溶于丙酮，得到溶液一和溶液二；9.(2)搅拌条件下，在溶液一中加入三乙胺催化剂，得到反应物一；搅拌条件下，在溶液二中加入无机阻燃剂，得到反应物二；10.(3)将反应物一滴加至反应物二中，室温条件下搅拌反应2～4小时；11.(4)反应完成后，先在第一离心转速下离心以去除上清液，再分散于水中并在第二离心转速下离心洗涤数次，得到离心产物；其中，第一离心转速小于第二离心转速，且第一离心转速不高于3000rpm；12.(5)将离心产物超声分散于水中，即得无卤环保阻燃涂层。13.作为优选方案，所述步骤(4)中，第一离心转速与第二离心转速之比为1：(1.5～2.5)；14.每次离心洗涤过程中，加水后重悬前超声10～30min。15.作为优选方案，所述步骤(5)中，离心产物与水的固液比为1：(10～30)。16.作为优选方案，所述步骤(1)中，溶液一和溶液二的浓度均为5～15g/l。17.作为优选方案，所述步骤(2)中，三乙胺与六氯环三磷腈的摩尔比为1：(12～25)。18.作为优选方案，所述步骤(2)中，无机阻燃剂为纳米碳球，相对于溶液二的添加量为10～50g/l。19.作为优选方案，所述步骤(3)中，反应物一与反应物二的体积比为(1.5～2.5)：1。20.作为优选方案，所述阻燃涂层为白色纳米凝胶状。21.本发明还提供一种如上任一方案所述的制备方法制得的无卤环保阻燃涂层。22.本发明还提供如上方案所述的无卤环保阻燃涂层的应用，其特征在于，所述无卤环保阻燃涂层通过后整理方式施加至织物表面，涂层厚度为3～10μm；得到的织物的极限氧指数在27％以上。23.其中，后整理方式的工艺过程包括：二浸二轧(轧液率60～70％)→烘干(80～100℃)→焙烘(棉织物160～170℃、5～6min，涤纶、锦纶织物185～195℃、1～2min)→水洗→烘干。24.本发明与现有技术相比，有益效果是：25.(1)本发明的无卤环保阻燃涂层具有柔软、渗透性强的特性，凝胶表面氨基(带正电)与棉中纤维素或涤纶的端羟基与端羧基(带负电)之间的电荷吸引，能够快速渗入织物和纤维内部，利于阻燃剂在织物的均匀分布、高效负载和长效阻燃；同时，织物在水洗时，凝胶产生溶胀，紧密嵌入织物和纤维内部，不易脱落，极大地增强了阻燃织物的水洗牢度；26.(2)本发明所用材料廉价易得、绿色环保，不含卤素，且生产工艺简单、产率高，易于标准化和规模化生产，产业转化价值较大；27.(3)本发明提供的方法处理后的织物同时具备较好的阻燃和抗熔滴性能，且其他物化性能不受明显影响。附图说明28.图1为本发明实施例1的无卤环保阻燃涂层在超纯水中的sem图；29.图2为本发明实施例1的涤纶织物涂层处理前后的sem图，a对应处理前，b对应处理后；30.图3为本发明实施例1的涤纶织物涂层处理前后的tg和dtg曲线；31.图4为本发明实施例1的涤纶织物涂层处理前后的燃烧生成的炭层的sem图，a对应处理前，b对应处理后；32.图5为本发明实施例2的棉织物涂层处理前后的sem图，a对应处理前，b对应处理后；33.图6本发明实施例2的棉织物涂层处理前后燃烧生成的炭层的sem图，a对应处理前，b对应处理后。具体实施方式34.以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明。35.实施例1：36.本实施例的无卤环保阻燃涂层的制备方法，包括以下步骤：37.(1)将10g六氯环三磷腈(hccp)溶解于1l丙酮溶液中，得到hccp/丙酮溶液，浓度为10g/l；38.将20g聚醚酰亚胺(pei，分子量1800)溶解于2l丙酮溶液中，得到pei/丙酮溶液，浓度为10g/l；39.(2)快速搅拌条件下，向pei/丙酮溶液中加入0.25ml三乙胺得到反应物ⅰ；40.(3)快速搅拌条件下，向hccp/丙酮溶液中20g纳米碳球后继续搅拌20min得到反应物ⅱ；41.(4)搅拌条件下，将反应物ⅰ缓慢滴加入反应物ⅱ中，室温条件下搅拌反应3小时；42.(5)反应完成后，先在3000rpm离心条件下低速离心去除上清丙酮溶剂和未反应的反应物材料，再用超纯水将产物在6000rpm条件下离心8min以去除未反应的小分子材料及副产物，每次加水后重悬前需超声20min使产物完全分散在超纯水中，如此重复3次，将最后的离心产物超声分散于超纯水中保存，固液比为1：20，即得无卤环保阻燃涂层。43.如图1所示，本实施例的无卤环保阻燃涂层为纳米凝胶状。其中，无卤环保阻燃涂层的聚磷腈纳米球的粒径为60～100nm。hccp与pei发生取代反应生成聚磷腈，阻燃成分实际上是聚磷腈与阻燃剂(碳纳米球)的组合，即p-n-c协同/有机-无机复配阻燃体系。44.本实施例的无卤环保阻燃涂层在涤纶织物上的应用，包括：45.将涤纶织物提前碱减量处理，之后将无卤环保阻燃涂层通过后整理法施加到织物上，依次经过如下工艺完成：二浸二轧(轧液率65％)→烘干(80℃)→焙烘(190℃、1min)→水洗→烘干。46.如图2所示，本实施例的涤纶织物经涂层处理后，纤维表面被一层纳米凝胶膜所包裹，织物整体结构不受明显影响。47.如图3所示，涤纶织物经涂层处理后，初始失重温度(定义为失重率5％时对应的温度)从299.3℃提高到321.0℃，提高幅度达21.7℃，说明经该涂层整理后织物的热稳定性明显提高，这是由于阻燃涂层渗透到织物内部，在纤维表明形成保护膜所致。由tg曲线可知，纯涤纶织物在整个热分解过程中只有一个明显的失重平台，对其最大失重温度为418℃；而经涂层处理后的涤纶织物表现出两个较为明显的失重平台，第一阶段的失重发生在265.3℃～330.3℃，该阶段的最大失重温度为292.6℃，对应覆盖在纤维表面的聚磷腈凝胶的分解，在织物受热分解初期，聚磷腈凝胶首先分解，一方面分解生成hci和nh3气体而吸收大量热量，另一方面生成磷酸、偏磷酸等促进织物生成更多、更致密连续的炭层；第二阶段的失重发生在330.3℃～501.1℃，该阶段的最大失重温度为426.4℃，对应涤纶织物及其热分解产物的再分解。值得注意的是，经该涂层整理后，涤纶织物800℃时的残余质量从5.8％增加到8.9％，证明该阻燃涂层有俱进成炭作用。48.结合图4织物涂层整理前后生成的炭层形貌图可知，纯涤纶织物燃烧后生成的是疏松多孔的炭渣，而经涂层整理后燃烧生成的是致密厚实的炭层，燃烧时该炭层覆盖在织物表面，能有效隔离热与氧，对内部对的织物起到保护作用，从而实现阻燃。49.织物风格测试表明：织物光滑度数值由9.58增加到10.17，柔软度数值由12.43增加到12.87，织物整体风格不受明显影响。50.阻燃测试表明：织物的极限氧指数从19.5％提高到29.8％，平均燃烧长度由完全损毁减小到3.3cm，阻燃等级达到b1级，融滴数由37滴减少到5滴。51.耐洗涤性测试表明：经30次水洗后织物的极限氧指数为28.5％(水洗前为29.8％)，平均燃烧长度为3.8cm(水洗前为3.3cm)，阻燃等级仍然保持b1级，融滴数为7滴(水洗前为5滴)。52.对比例1：(高速离心)53.本对比例的阻燃涂层的制备方法与实施例1的不同之处在于：54.步骤(5)中，反应完成后，先在8000rpm条件下高速离心去除上清丙酮溶剂和未反应的反应物材料，再用超纯水将产物在6000rpm条件下离心8min以去除未反应的小分子材料及副产物，每次加水后重悬前需超声20min使产物完全分散在超纯水中，如此重复3次，将最后的离心产物超声分散于超纯水中保存，固液比为1：20，即得阻燃涂层；55.其他步骤同实施例1。56.本对比例的阻燃涂层在涤纶织物上的应用，包括：57.将涤纶织物提前碱减量处理，之后将阻燃涂层通过后整理法施加到织物上，依次经过如下工艺完成：二浸二轧(轧液率65％)→烘干(80℃)→焙烘(190℃、1min)→水洗→烘干。58.织物风格测试表明：织物光滑度数值由9.58增加到12.21，柔软度数值由12.43增加到15.83，织物整体风格受影响较大。59.阻燃测试表明：织物的极限氧指数从19.5％提高到27.0％，平均燃烧长度由完全损毁减小到5.9cm，阻燃等级达到b1级，融滴数由37滴减少到9滴。60.耐洗涤性测试表明：经30次水洗后织物的极限氧指数为26.3％(水洗前为27.0％)，平均燃烧长度为6.8cm(水洗前为5.9cm)，阻燃等级仍然保持b1级，融滴数为10滴(水洗前为9滴)。61.对比例2：(涂层中只有聚磷腈凝胶不加纳米碳球)62.本对比例的阻燃涂层的制备方法，包括以下步骤：63.(1)将10g六氯环三磷腈(hccp)溶解于1l丙酮溶液中得到反应物ⅱ；64.(2)将20g聚醚酰亚胺(pei，分子量1800)溶解于2l丙酮溶液中，快速搅拌条件下加入0.25ml三乙胺得到反应物ⅰ；65.(3)搅拌条件下将反应物ⅰ缓慢滴加入反应物ⅱ中，室温条件下搅拌反应3小时；66.(5)反应完成后，先在3000rpm条件下低速离心去除上清丙酮溶剂和未反应的反应物材料，再用超纯水将产物在6000rpm条件下离心8min以去除未反应的小分子材料及副产物，每次加水后重悬前需超声20min使产物完全分散在超纯水中，如此重复3次，将最后的离心产物超声分散于超纯水中保存，固液比为1：20，即得阻燃涂层。67.本对比例的阻燃涂层在涤纶织物上的应用，包括：68.将涤纶织物提前碱减量处理，之后将阻燃涂层通过后整理法施加到织物上，依次经过如下工艺完成：二浸二轧(轧液率65％)→烘干(80℃)→焙烘(190℃、1min)→水洗→烘干。69.织物风格测试表明：织物光滑度数值由9.58增加到9.69，柔软度数值由12.43增加到12.97，织物整体风格不受明显影响。70.阻燃测试表明：织物的极限氧指数从19.5％提高到24.8％，平均燃烧长度由完全损毁减小到15.6cm，阻燃等级达到b2级，融滴数由37滴减少到9滴。71.耐洗涤性测试表明：经30次水洗后织物的极限氧指数为23.5％(水洗前为24.8％)，平均燃烧长度为18.8cm(水洗前为15.6cm)，阻燃等级仍然保持b2级，融滴数为13滴(水洗前为9滴)。72.对比例3：(涂层中把hccp和pei溶液直接混合不加催化剂反应，也就是不生成聚磷腈，同样加纳米碳球)73.本对比例的阻燃涂层的制备方法，包括以下步骤：74.(1)将10g六氯环三磷腈(hccp)溶解于1l丙酮溶液中，再加入20g纳米碳球分散均匀；75.(2)将20g聚醚酰亚胺(pei，分子量1800)溶解于2l丙酮溶液中；76.(3)将步骤(2)所得溶液与步骤(1)所得溶液混合均匀，即得阻燃涂层；77.本对比例的阻燃涂层在涤纶织物上的应用，包括：78.将涤纶织物提前碱减量处理，之后将阻燃涂层通过后整理法施加到织物上，依次经过如下工艺完成：二浸二轧(轧液率65％)→烘干(80℃)→焙烘(190℃、1min)→水洗→烘干。79.织物风格测试表明：织物光滑度数值由9.58增加到10.21，柔软度数值由12.43增加到13.35，织物整体风格不受明显影响。80.阻燃测试表明：织物的极限氧指数从19.5％提高到23.3％，燃烧过程中完全损毁，无法达到任何阻燃等级。81.对比例4：(涂层中只有纳米碳球没有聚磷腈凝胶)82.本对比例的阻燃涂层的制备方法，包括以下步骤：83.(1)将10g纳米碳球均匀分散于3l丙酮溶液中，即得阻燃涂层；84.本对比例的阻燃涂层在涤纶织物上的应用，包括：85.将涤纶织物提前碱减量处理，之后将阻燃涂层通过后整理法施加到织物上，依次经过如下工艺完成：二浸二轧(轧液率65％)→烘干(80℃)→焙烘(190℃、1min)→水洗→烘干。86.织物风格测试表明：织物光滑度数值由9.58降低到8.91，柔软度数值由12.43降低到11.15，织物整体风格不受明显影响。87.阻燃测试表明：织物的极限氧指数从19.5％提高到21.3％，燃烧过程中完全损毁，无法达到任何阻燃等级。88.对比例5：89.本对比例的阻燃涂层的制备方法与实施例1的不同之处在于：90.纳米碳球替换为碳纳米管；91.其他步骤同实施例1。92.本实施例的阻燃涂层在涤纶织物上的应用，包括：93.将涤纶织物提前碱减量处理，之后将阻燃涂层通过后整理法施加到织物上，依次经过如下工艺完成：二浸二轧(轧液率65％)→烘干(80℃)→焙烘(190℃、1min)→水洗→烘干。94.织物风格测试表明：织物光滑度数值由9.58增加到13.93，柔软度数值由12.43增加到15.17，织物风格受到较大影响。95.阻燃测试表明：织物的极限氧指数从19.5％提高到27.1％，平均燃烧长度由完全损毁减小到2.6cm，阻燃等级达到b1级，融滴数由37滴减少到3滴。96.耐洗涤性测试表明：经30次水洗后织物的极限氧指数为26.2％(水洗前为27.1％)，平均燃烧长度为3.0cm(水洗前为2.6cm)，阻燃等级保持b1级，融滴数为7滴(水洗前为3滴)。97.对比例6：98.本对比例的阻燃涂层的制备方法与实施例1的不同之处在于：99.纳米碳球替换为纳米二氧化硅；100.其他步骤同实施例1。101.本对比例的阻燃涂层在涤纶织物上的应用，包括：102.将涤纶织物提前碱减量处理，之后将阻燃涂层通过后整理法施加到织物上，依次经过如下工艺完成：二浸二轧(轧液率65％)→烘干(80℃)→焙烘(190℃、1min)→水洗→烘干。103.织物风格测试表明：织物光滑度数值由9.58增加到10.12，柔软度数值由12.43增加到12.55，织物风格不受明显影响。104.阻燃测试表明：织物的极限氧指数从19.5％提高到25.1％，平均燃烧长度由完全损毁减小到17.6cm，阻燃等级达到b2级，融滴数由37滴减少到9滴。105.耐洗涤性测试表明：经30次水洗后织物的极限氧指数为24.5％(水洗前为25.1％)，平均燃烧长度为9.0cm(水洗前为7.6cm)，阻燃等级保持b2级，融滴数为12滴(水洗前为9滴)。106.实施例2：107.本实施例的无卤环保阻燃涂层与实施例1的不同之处在于：108.在纯棉织物上的应用。109.本实施例的阻燃涂层在纯棉织物上的应用，包括：110.二浸二轧(轧液率65％)→烘干(80℃)→焙烘(165℃、5min)→水洗→烘干。111.如图5所示，本实施例的纯棉织物经涂层处理后，纤维表面被一层纳米凝胶膜所包裹，织物整体形貌不受明显影响。112.如图6所示，纯棉织物燃烧后生成炭层十分松散易碎，而经涂层整理后，其炭层的连续性和致密性明显提高，由此可见阻燃体层的凝聚相阻燃机理。113.织物风格测试表明：织物光滑度数值由8.36增加到10.37，柔软度数值由8.57增加到10.07，织物整体风格不受明显影响。114.阻燃测试表明：织物的极限氧指数从18.0％提高到28.8％，平均燃烧长度由完全损毁减小到3.3cm，阻燃等级达到b1级，融滴数由37滴减少到5滴。115.耐洗涤性测试表明：经30次水洗后织物的极限氧指数为28.5％(水洗前为29.8％)，平均燃烧长度为3.8cm(水洗前为3.3cm)，阻燃等级仍然保持b1级，融滴数为7滴(水洗前为5滴)。116.鉴于本发明方案实施例众多，各组分以及工艺参数均可在相应的范围内根据实际需求确定，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1-2作为代表说明本发明优异之处。117.以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。









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