一种单-双层组装阻燃抑烟涤纶织物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种单-双层组装阻燃抑烟涤纶织物及其制备方法，属于纺织品阻燃整理技术领域。

背景技术

如今社会对纺织品，尤其是涤纶织物的需求日益增长，以及人们对消防安全意识的日益提高，极大地推动了高效阻燃纺织品的开发。达到这一目的的一个重要方法是使用大量磷氮阻燃剂，它们表现出良好的协同抑制、减轻和消除火灾灾害的效果。近年来，新型加工技术如辐射接枝，层层自组装等技术在纺织品的改性加工中得到了越来越多的应用。相比于其他技术，层层自组装技术条件温和，可控性高，可通过多种作用力吸附不同的分子，赋予织物不同的性能。

然而层层自组装技术也有一定的局限性和缺点。层层自组装的应用通常伴随着多层沉积，多步吸附过程使得这项技术在实际应用中受到诸多限制。另外，阴阳离子的交替沉积高度依赖于两组溶液的离子强度和其pH值，酸碱溶液的使用将增加这样技术使用时的复杂性。开发出更简便且少层高效的阻燃涂层是目前层层自组装技术亟需解决的问题。

CN105951419B提供了一种交联层层自组装阻燃涂层修饰的聚酯纤维及其制备方法，将磷腈类化合物或壳聚糖作为正电电解质，含DOPO结构的次腈酸类化合物、含磷酸酯结构的次腈酸类化合物或海藻酸钠作为负电电解质，经过前处理后的聚酯纤维交替浸渍正负电解质溶液，随后浸渍到催化剂溶液中，使正负电解质涂层发生交联制得阻燃聚酯纤维。该方法经过优选pH值后制得的聚酯纤维阻燃性优良，所需组装涂层为20-30层。

CN109183408B提供了一种层层自组装阻燃棉织物及其制备方法，分别将植酸和自制的含氮化合物PCQS作为阴阳离子组分，通过交替沉积在棉织物表面形成阻燃涂层。这种方法可以轻松将自制的有效组分和现有的阻燃组分结合在一起构建新型阻燃涂层，但是该发明中，阴阳离子最佳沉积时其溶液需要的pH值需要探究，并且阻燃棉织物的极限氧指数达到29.8时所需要的沉积层数是30层。

CN105755836B提供了一种三组份层层自组装阻燃改性苎麻织物及其制备方法，将聚乙烯亚胺溶液/磷酸锆溶液和聚乙烯亚胺溶液/聚磷酸铵溶液作为两组阴阳离子溶液，苎麻织物依次浸渍第一组和第二组阴阳离子溶液后得到阻燃苎麻织物。其中苎麻织物在第一组阴阳离子溶液中浸渍层数为5-10层，在第二组阴阳离子溶液中浸渍层数为0-5层。

发明内容

【技术问题】

目前涤纶织物阻燃改性需要复杂的整理过程，其中采用层层自组装技术时，达到理想效果所需组装层数繁多，工艺繁琐，并且涤纶织物在燃烧时的烟释放问题难以得到改善。

【技术方案】

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种单次双层组装在涤纶织物表面构建高效阻燃抑烟涂层的方法。本发明采用大分子明胶均匀分散纳米颗粒蒙脱土溶液作为阴离子溶液，明胶和植酸形成的聚电解质复合物溶液作为阳离子溶液，组装高效简便，条件温和，绿色环保，单次组装即可制得阻燃织物。本发明仅需1层就能使基材达到理想的阻燃抑烟的效果，这里1层是指1次阴阳离子溶液的交替沉积。

本发明的第一个目的是提供一种阻燃整理剂，所述阻燃整理剂分为A液和B液；A液包括明胶、蒙脱土，B液包括明胶和含有磷酸或亚磷酸基团的化合物。

在本发明的一种实施方式中，A液中明胶和蒙脱土的浓度比为1:1-1:2；明胶的浓度为1-2wt％，蒙脱土的浓度为2-4wt％。

在本发明的一种实施方式中，含有磷酸或亚磷酸基团的化合物包括植酸或磷酸。

在本发明的一种实施方式中，B液中明胶和含有磷酸或亚磷酸基团的化合物的浓度比为1:1-1:4；明胶的浓度为2-4wt％，植酸的浓度为4-8wt％。

本发明的第二个目的是提供一种上述阻燃整理剂在制备阻燃材料方面的应用。

本发明的第三个目的是提供一种织物阻燃整理的方法，所述方法是将织物进行黏着铺展液处理，随后采用上述阻燃整理剂对织物进行阻燃整理。

在本发明的一种实施方式中，黏着铺展液中聚乙烯亚胺溶液的浓度为1-2wt％。

在本发明的一种实施方式中，所述阻燃整理是按照黏着铺展液、A液和B液的顺序依次处理织物。

在本发明的一种实施方式中，所述织物种类不限，包括机织物、针织物和非织造材料，织物纤维类型也不限，包括棉、毛、丝、麻、涤纶、黏胶、锦纶等织物，也不限于织物，包括聚氨酯泡沫、木材、气凝胶等基材。

在本发明的一种实施方式中，织物整理条件为：织物与黏着铺展液的浴比为1:(20-80)，处理时间为1-30min；织物与A液的浴比为1:(50-100)，处理时间为1-30min；织物与B液的浴比为1:(50-100)，处理时间为1-30min。

在本发明的一种实施方式中，所述阻燃抑烟涤纶织物的制备方法如下：

(1)制备碱处理溶液和涤纶织物的碱处理

将氢氧化钠溶解于去离子水中，搅拌，制得碱处理溶液。将涤纶织物浸入到此溶液中，50-80℃处理30-90分钟，随后水洗并烘干备用。

(2)制备基础层黏着铺展液

将枝状聚乙烯亚胺溶解在去离子水中，制成基础层黏着铺展液。其中聚乙烯亚胺可使织物表面形成一层正电荷，同时降低后续溶液在织物表面的表面张力，有利于阻燃涂层的均匀吸附。

(3)制备阴离子溶液

将明胶和蒙脱土溶解于去离子水中，充分溶解后混合，搅拌，制得阴离子溶液。其中明胶一方面在阻燃涂层中提供膨胀源，另一方面可与蒙脱土形成天然贝壳“砖-泥”仿生结构，将纳米颗粒引入织物涂层；蒙脱土作为陶瓷前驱体，在基材受热时促进生成陶瓷化炭层。

(4)制备阳离子溶液

将明胶溶解于去离子水中，充分溶解后，加入植酸，搅拌，制得阳离子溶液。其中明胶一方面在阻燃涂层中提供膨胀源，另一方面与植酸形成聚电解质复合物溶液，作为阴阳离子溶液中结合纽带，提升阴阳离子界面结合力；植酸可在阻燃涂层中提供酸源。

(5)制备阻燃抑烟涤纶织物

将步骤(1)所制得的涤纶织物依次浸入步骤(2)(3)(4)所制得的溶液中，每次浸渍溶液之后涤纶织物都经过充分干燥。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述的氢氧化钠浓度为2-4wt％。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中所述的基础层黏着铺展液浓度为1-2wt％。

在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中所述的阴离子溶液中，明胶的浓度为1-2wt％，蒙脱土的浓度为2-4wt％。

在本发明的一种实施方式中，步骤(4)中所述的阳离子溶液中，明胶的浓度为2-4wt％，植酸的浓度为4-8wt％。

在本发明的一种实施方式中，步骤(3)(4)中所述的阴阳离子溶液无需另外调控pH值。

在本发明的一种实施方式中，步骤(5)中所述织物在各溶液中的浸渍时间为1-30分钟。

本发明的第四个目的是提供一种采用上述方法制备得到的阻燃织物。

本发明的第五个目的是提供一种含有上述阻燃织物的制品。

本发明的有益效果：

(1)本发明所采用的明胶、蒙脱土和植酸都是绿色化学物品，环境友好，并且来源广泛，成本低廉。

(2)不同于涤纶织物改性常用的辐射接枝和轧烘焙整理方法，本发明采用层层自组装技术，将阻燃剂沉积到涤纶织物表面，避免了高能辐射和高温焙烘，整理条件更加温和，且无需添加引发剂、粘合剂等化学助剂，节约能源。

(3)本发明将纳米颗粒在大分子中的分散技术和聚电解质策略结合在一起，仅需1层即可实现使用少量阻燃剂获得最高44.7％的增重量，攻克了现阶段层层自组装技术需要多层重复沉积的技术难题。

(4)本发明巧妙的在涤纶织物表面构建了有机无机杂化阻燃涂层，所制备的整理涤纶织物的极限氧指数最高可达32.4，当遇到外界火源时，其烟释放总量最高可降低64％。

附图说明

图1为原涤纶、实施例1、2、3水平火焰蔓延测试图。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。

测试方法

极限氧指数的测试：按照GB/T 5454-1997《纺织品燃烧性能测试氧指数法》，将阻燃涤纶织物至少裁剪成5块，样品规格约为25×6cm

水平火焰蔓延测试：按照ASTM D 4986标准，在测试过程中，将样品(100*50mm

烟释放测试：按照ISO 5660标准，将每个样品切割成100×100mm的方形，以50kW/m

实施例1：

(1)制备碱处理溶液和涤纶织物的碱处理

将氢氧化钠溶解于去离子水中，搅拌，制得2wt％碱处理溶液。将涤纶织物浸入到此溶液中，60℃处理60分钟，随后水洗并烘干备用。

(2)制备基础层黏着铺展液

将枝状聚乙烯亚胺溶解在去离子水中，制成浓度为1wt％基础层黏着铺展液。

(3)制备阴离子溶液

将明胶和蒙脱土溶解于去离子水中，充分溶解后混合，搅拌，制得阴离子溶液，其中明胶浓度为1wt％，蒙脱土浓度为2wt％。

(4)制备阳离子溶液

将明胶溶解于去离子水中，充分溶解后，加入植酸，搅拌，制得阳离子溶液，其中明胶浓度为2wt％，植酸浓度为4wt％。

(5)制备阻燃抑烟涤纶织物

将步骤(1)所制得的涤纶织物依次浸入步骤(2)(3)(4)所制得的溶液中，每次浸渍溶液之后涤纶织物都经过充分干燥。

实施例2

(1)制备碱处理溶液和涤纶织物的碱处理

将氢氧化钠溶解于去离子水中，搅拌，制得2wt％碱处理溶液。将涤纶织物浸入到此溶液中，60℃处理60分钟，随后水洗并烘干备用。

(2)制备基础层黏着铺展液

将枝状聚乙烯亚胺溶解在去离子水中，制成浓度为1wt％基础层黏着铺展液。

(3)制备阴离子溶液

将明胶和蒙脱土溶解于去离子水中，充分溶解后混合，搅拌，制得阴离子溶液，其中明胶浓度为1.5wt％，蒙脱土浓度为3wt％。

(4)制备阳离子溶液

将明胶溶解于去离子水中，充分溶解后，加入植酸，搅拌，制得阳离子溶液，其中明胶浓度为3wt％，植酸浓度为6wt％。

(5)制备阻燃抑烟涤纶织物

将步骤(1)所制得的涤纶织物依次浸入步骤(2)(3)(4)所制得的溶液中，每次浸渍溶液之后涤纶织物都经过充分干燥。

实施例3

(1)制备碱处理溶液和涤纶织物的碱处理

将氢氧化钠溶解于去离子水中，搅拌，制得2wt％碱处理溶液。将涤纶织物浸入到此溶液中，60℃处理60分钟，随后水洗并烘干备用。

(2)制备基础层黏着铺展液

将枝状聚乙烯亚胺溶解在去离子水中，制成浓度为1wt％基础层黏着铺展液。

(3)制备阴离子溶液

将明胶和蒙脱土溶解于去离子水中，充分溶解后混合，搅拌，制得阴离子溶液，其中明胶浓度为2wt％，蒙脱土浓度为4wt％。

(4)制备阳离子溶液

将明胶溶解于去离子水中，充分溶解后，加入植酸，搅拌，制得阳离子溶液，其中明胶浓度为4wt％，植酸浓度为8wt％。

(5)制备阻燃抑烟涤纶织物

将步骤(1)所制得的涤纶织物依次浸入步骤(2)(3)(4)所制得的溶液中，每次浸渍溶液之后涤纶织物都经过充分干燥。

实施例4

参照实施例3的方法制备阻燃聚氨酯泡沫，区别仅在于，将涤纶织物替换成聚氨酯泡沫，其他条件不变。

实施例5：

参照实施例3的方法，区别仅在于，将蒙脱土添加量调整为2wt％，其他条件不变。

经多次试验发现，阴离子溶液中明胶和蒙脱土的配比控制在1:1-1:2范围内，能够取得较好的阻燃效果，超过这个范围会致使阴离子溶液不稳定、阴阳离子层界面聚合力降低、组装后的涤纶织物阻燃抑烟效果不理想等。

实施例6：

参照实施例3的方法，区别仅在于，将植酸替换为磷酸，其他条件不变。

经多次试验发现，含有磷酸或亚磷酸基团的物质在此阻燃抑烟涂层中能够达到这样的效果。

对比例1：

参照实施例3的方法，区别仅在于，省略阴阳离子溶液中的明胶，其他条件不变。

对比例2：

调整实施例1的步骤(3)和(4)，(3)制备阴阳离子混合溶液：将阴阳离子溶液混合得到混合溶液，其中，混合溶液明胶浓度为1wt％，蒙脱土浓度为2wt％，植酸浓度为4wt％。；(4)制备阻燃抑烟涤纶织物：将步骤(1)所制得的涤纶织物依次浸入步骤(2)(3)所制得的溶液中，每次浸渍溶液之后涤纶织物都经过充分干燥。其他与实施例1步骤相同。

将得到的阻燃材料进行性能测试，测试结果如下：

表1

结果见表1所示，由表1可以看出，本发明所构建的阻燃涂层对涤纶织物有很好的阻燃提升、抗熔滴效果和抑烟作用。整理后的涤纶织物在燃烧时都没有观察到熔滴现象，其极限氧指数最高可达32.4，烟释放量最多可降低63.6％，能很好地减缓火焰蔓延。并且对所发明的涂层应用到聚氨酯泡沫上，所制备的阻燃泡沫同样表现出了令人满意的阻燃抑烟效果。由此可见，所发明的阻燃抑烟涂层不局限于涤纶织物。本发明所构建的涂层中原料用量的更改、缺失或替换为其他用料，都会影响阻燃涤纶织物的阻燃抑烟性能。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。