一种基于分子筛阻燃的蚕丝及其制备方法
文献发布时间：2023-06-19 19:30:30
技术领域
本发明属于蚕丝改性技术，具体涉及一种基于分子筛阻燃的蚕丝及其制备方法。
背景技术
蚕丝因具有光泽柔和、吸湿透气性好、穿着舒适等优异的服用性能以及良好的生物相容性和生物可降解性，被用作高档纺织品原材料，应用于服饰产品、医疗防护品、室内装饰材料、汽车内饰材料、民航飞机客用毛毯等领域。蚕丝的极限氧指数约为23.0%～24.0%，虽然较纤维素纤维的极限氧指数为18%左右而言好，但是蚕丝纺织品存在火灾的潜在危险，需对其进行阻燃整理，可以扩大蚕丝资源的应用范围，提升蚕丝产品的档次及附加价值。以往常采用棉用磷氮树脂型阻燃整理剂和轧烘焙工艺进行蚕丝制品的阻燃整理，存在游离甲醛释放、因高温焙烘而引起的蚕丝强力损伤的缺点。现有技术研究了聚赖氨酸和植酸混合液pH值和质量浓度对聚电解质形成及整理织物阻燃效果的影响，利用该聚电解质溶液整理所得织物的极限氧指数为27.4％，经6次洗涤后垂直燃烧损毁长度仍短于15cm；整理织物在空气中的热稳定性提高。现有研究采用磷-氮系生态型阻燃整理剂TEX-2对蚕丝絮片进行阻燃实验，通过比较整理前后蚕丝絮片的极限氧指数、断裂强力、白度等性能的变化，优化工艺条件。现有技术采用六水合氯化镁为原料，氢氧化钠和氨水为沉淀剂，通过双滴加的方法成功地制备出粒径为50 nm、分布较为均一的纳米氢氧化镁，通过浸渍吸附的方法将纳米氢氧化镁整理到蚕丝织物上，实现阻燃。而蚕丝的阻燃研究，从磷系阻燃剂，到含磷协同阻燃剂，再到生物阻燃剂，存在阻燃剂使用量大、整理后的蚕丝织物物理性能较差的问题。
发明内容
本发明公开了一种基于分子筛阻燃的蚕丝及其制备方法，采用蚕丝浸渍阻燃整理液-烘干-烘焙的工艺，将阻燃剂结合在蚕丝上，得到阻燃蚕丝具有难燃的效果，且提升抗菌性能。
本发明采用如下技术方案：
一种基于分子筛阻燃的蚕丝及其制备方法，将蚕丝浸入阻燃液中，加热一段时间，然后取出蚕丝，水洗，然后烘干，再烘焙，得到阻燃蚕丝；所述阻燃液含有分子筛。
本发明中，分子筛为3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛中的一种或几种，4A分子筛是一类由硅氧化物和铝氧化物四面体通过过氧桥连接而形成的晶体硅铝酸盐，在蚕丝表面可起到隔热，降低失重速率的作用。进一步的，本发明中，阻燃液含有氧化锌，优选纳米氧化锌，对碳层稳定有利，进一步的，本发明中，阻燃液中，分散剂为水。
本发明中，浸入在震荡下进行，优选的，加热的温度为70～80℃，时间为1～1.5小时。本发明中，蚕丝浸入阻燃液时，浴比为1∶（30～70），优选1∶（40～60）。
本发明中，以分子筛、纳米氧化锌为功能材料进行蚕丝阻燃整理，其中，分子筛的浓度为10～30g/L，优选为20～25g/L；纳米氧化锌的浓度为0.5～2g/L，优选为1～1.5g/L。优选的，将分子筛、纳米氧化锌经过偶联剂处理后，再加入水中，配制阻燃液；优选的，偶联剂为硅烷偶联剂，对功能材料进行表面改性，提高分散性、减少团聚、增加非极性官能团，有效的提高了蚕丝和改性后纳米阻燃材料结合力。
本发明中，烘干的温度为90～95℃，时间为1～2分钟；烘焙的温度为110～120℃，时间为30～50秒。
目前，蚕丝织物的阻燃存在着耐久性差，织物易泛黄等问题。用添加价廉、阻燃性能优良的卤系阻燃剂来提高阻燃性能已经被研究者、生产人员摒弃，为了提高织物的阻燃耐久性能，现有技术可通过化学接枝的方法将阻燃剂接枝到蚕丝织物上，还有在硅溶胶中掺杂阻燃剂，获得改性硅溶胶后对织物进行整理，则可得到具有良好阻燃性能的阻燃织物；但是这些方法应用在车间生产上还有困难。本发明选择无机阻燃剂并采用可工业应用的浸渍浴的工艺制备阻燃蚕丝，将蚕丝氧指数提高至27以上，由此说明本发明能够显著提高蚕丝织物的阻燃性能，阻燃剂整理到蚕丝织物表面形成了无机材料层，当织物燃烧时，发挥隔热、屏蔽的功能，也使得热稳定性增加，降低热失重速率，从而发挥出好的阻燃效果。
具体实施方式
本发明采用市售产品，以可工业生产的水浴浸渍法制备阻燃蚕丝，可常规应用于丝织品，选用合适硅烷偶联剂的用量，分子筛以及氧化锌的活性强，活化指数大，因为硅烷偶联剂对阻燃材料的改性完全、充分，形成的是单分子层的包覆，避免多分子层的包覆影响极性基团。
实施例一
一种基于分子筛阻燃的蚕丝的制备方法，为如下步骤：
（1）按表1，三口烧瓶中，将4A分子筛加入0.35L乙醇中，然后加入纳米氧化锌，室温搅拌5分钟，然后加入硅烷偶联剂KH550，继续搅拌6小时；然后倒出混合液，再烘干，得到改性阻燃材料；
（2）将改性阻燃材料加入1L水中，得到阻燃液；
（3）按1∶50的浴比，将蚕丝电力纺（8×30cm）浸入阻燃液，200rpm、75℃浸70分钟，然后取出蚕丝，水洗一遍，再烘干、烘焙，得到一种基于分子筛阻燃的蚕丝；烘干的温度为95℃，时间为1.5分钟；烘焙的温度为120℃，时间为35秒。
根据GB/T5454-2008《纺织品燃烧性能实验氧指数法》，采用FTT0002型氧指数测定仪测定蚕丝的极限氧指数。本发明采用偶联剂改性的分子筛以及氧化锌作为阻燃材料，将单纯蚕丝电力纺的氧指数从小于24提升到大于27，这是将蚕丝阻燃性能提升一个等级，属于难燃产品。而且偶联剂使得纳米氧化锌分散更好，与分子筛共同作为蚕丝表面阻燃层，改善了蚕丝阻燃性能。进一步的，氧化锌、分子筛还提高了蚕丝的抗菌能力。另外，实施例一蚕丝制品水洗5次后，氧指数还在27%以上。因此，在本发明基础上，根据实际需要，本领域技术人员可常规进行柔软、防水等织物整理。
实施例二
一种基于分子筛阻燃的蚕丝的制备方法，为如下步骤：
（1）按实施例一比例，三口烧瓶中，将3A分子筛加入0.25L乙醇中，然后加入纳米氧化锌，室温搅拌，5分钟，然后加入硅烷偶联剂KH550，继续搅拌6小时；然后倒出混合液，再烘干，得到改性阻燃材料；
（2）将改性阻燃材料加入1L水中，得到阻燃液；
（3）按1∶50的浴比，将蚕丝电力纺浸入阻燃液，200rpm、75℃浸70分钟，然后取出蚕丝，水洗一遍，再烘干、烘焙，得到一种基于分子筛阻燃的蚕丝；烘干的温度为95℃，时间为1.5分钟；烘焙的温度为120℃，时间为35秒。
实施例三
一种基于分子筛阻燃的蚕丝的制备方法，为如下步骤：
（1）按实施例一比例，三口烧瓶中，将5A分子筛加入0.3L乙醇中，然后加入纳米氧化锌，室温搅拌，5分钟，然后加入硅烷偶联剂KH550，继续搅拌6小时；然后倒出混合液，再烘干，得到改性阻燃材料；
（2）将改性阻燃材料加入1L水中，得到阻燃液；
（3）按1∶50的浴比，将蚕丝电力纺浸入阻燃液，200rpm、75℃浸70分钟，然后取出蚕丝，水洗一遍，再烘干、烘焙，得到一种基于分子筛阻燃的蚕丝；烘干的温度为95℃，时间为1.5分钟；烘焙的温度为120℃，时间为35秒。
实施例四
一种基于分子筛阻燃的蚕丝的制备方法，为如下步骤：
（1）按实施例一比例，三口烧瓶中，将3A分子筛加入0.35L乙醇中，然后加入纳米氧化锌，室温搅拌，5分钟，然后加入硅烷偶联剂KH550，继续搅拌5小时；然后倒出混合液，再烘干，得到改性阻燃材料；
（2）将改性阻燃材料加入1L水中，得到阻燃液；
（3）按1∶50的浴比，将蚕丝电力纺浸入阻燃液，200rpm、75℃浸70分钟，然后取出蚕丝，水洗一遍，再烘干、烘焙，得到一种基于分子筛阻燃的蚕丝；烘干的温度为90℃，时间为1.5分钟；烘焙的温度为120℃，时间为35秒。
实施例五
一种基于分子筛阻燃的蚕丝的制备方法，为如下步骤：
（1）按实施例一比例，三口烧瓶中，将3A分子筛加入0.4L乙醇中，然后加入纳米氧化锌，室温搅拌5分钟，然后加入硅烷偶联剂KH550，继续搅拌6小时；然后倒出混合液，再烘干，得到改性阻燃材料；
（2）将改性阻燃材料加入1L水中，得到阻燃液；
（3）按1∶60的浴比，将蚕丝电力纺浸入阻燃液，200rpm、80℃浸60分钟，然后取出蚕丝，水洗一遍，再烘干、烘焙，得到一种基于分子筛阻燃的蚕丝；烘干的温度为90℃，时间为1.5分钟；烘焙的温度为120℃，时间为40秒。
实施例六
一种基于分子筛阻燃的蚕丝的制备方法，为如下步骤：
（1）按实施例一比例，三口烧瓶中，将3A分子筛加入0.3L乙醇中，然后加入纳米氧化锌，室温搅拌3分钟，然后加入硅烷偶联剂KH550，继续搅拌6小时；然后倒出混合液，再烘干，得到改性阻燃材料；
（2）将改性阻燃材料加入1L水中，得到阻燃液；
（3）按1∶50的浴比，将蚕丝电力纺浸入阻燃液，150rpm、80℃浸70分钟，然后取出蚕丝，水洗一遍，再烘干、烘焙，得到一种基于分子筛阻燃的蚕丝；烘干的温度为95℃，时间为100秒；烘焙的温度为120℃，时间为30秒。
由蚕丝制作成的面料具有良好的“柔顺、保暖、护肤”等效果，深受广大消费者的赞美与喜爱；也可作为包装，能够给人以高雅、尊贵的感觉；总之，蚕丝的用途正在逐步渗透到各行各业，也让研究者发现蚕丝的潜在价值。另外，纺织品的阻燃研究成为大家的研究重点，作为在服饰领域广泛应用的蚕丝材料，对阻燃性能有不同程度的要求，开发具有阻燃性能的高档蚕丝及其产品具有意义。现有技术通过三氯化磷与甲基丙烯酸羟乙酯等合成新型磷系阻燃剂，通过微波辐射的方式整理真丝织物，获得阻燃真丝织物。最后测得损毁长度下降至4厘米左右，极限氧指数上升，但物理性能下降较多，且整理真丝织物的方法较为繁琐，阻燃剂使用量大等劣势。现有技术使用有机磷低聚物HFPO通过浸轧的方式整理真丝织物，经过氧指数、垂直燃烧等测试验证后，极限氧指数上升、损毁长度降低，但HFPO阻燃剂的使用量依旧停留在较大的阶段，无法改变有机磷系阻燃剂大量使用的缺点。阻燃剂的种类日渐丰富，从卤系、磷系、氮系，到无卤、无毒、低烟等环境友好型阻燃剂，本发明选择无机阻燃剂，热稳定性好、不挥发、抑烟效果好，并且经久耐用、价格低廉，根据ＧＢ／Ｔ５４５４-２００８《纺织品燃烧性能实验氧指数法》，采用ＦＴＴ０００２型氧指数测定仪测定蚕丝的极限氧指数。本发明采用偶联剂改性的分子筛以及氧化锌作为阻燃材料，实施例提升了蚕丝氧指数，尤其是将单纯蚕丝电力纺的氧指数从小于24提升到大于27，这是将蚕丝阻燃性能提升一个等级，属于难燃产品。而且偶联剂使得纳米氧化锌分散更好，与分子筛共同作为蚕丝表面阻燃层，改善了蚕丝阻燃性能。进一步的，氧化锌、分子筛还提高了蚕丝的抗菌能力。另外，实施例一蚕丝制品水洗5次后，氧指数还在27%以上。因此，在本发明基础上，根据实际需要，本领域技术人员可常规进行柔软、防水等织物整理，扩大蚕丝的应用价值。