CN101914849A - 一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物及其制备方法，包括：耐高温纤维织物，氢氧化铝溶胶；所述氢氧化铝溶胶均匀地包覆在耐高温纤维织物表面；制备包括：(1)耐高温纤维织物的清洗；(2)取氢氧化钠溶液，然后将上述洗涤后的耐高温纤维织物浸渍在溶液中，经过浸轧处理后，预烘，焙烘，洗涤，烘干；(3)恒温水浴槽的温度为0～100℃，采用去离子水为反应初始溶液，将改性后的耐高温纤维织物放入水浴槽中，同时通入氯化铝溶液和氨水溶液，即得。本发明的织物提高了耐高温纤维织物的阻燃防火性能，降低阻燃体系烟雾生成量；制备方法简单，成本低，适合于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属耐高温纤维织物及其制备领域，特别是涉及一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物及其制备方法。
背景技术
当今社会，绿色与环保是当前世界工业发展的趋势，随着人们环保和健康意识的日益强化，国内外科研工作者不断地推出新型绿色阻燃剂，如无机阻燃剂。无机阻燃剂以氢氧化铝和氢氧化镁为主，具有分解温度高、抑烟和阻滴作用，目前国外工业发达的国家已大量使用无机阻燃剂，其中美国、日本、西欧无机阻燃剂消费量分别占阻燃剂总消费量的60％、64％、50％。
然而无机阻燃剂具有较强的极性与亲水性，由于分子的极性较大及分子间氢键的影响，随着粒子的超细化，其粉体极易团聚，作为填充剂应用时在有机介质中难以分散，与基料之间结合力差，导致材料的加工和机械性能的下降；且因无机阻燃剂的团聚，在基料中分散不均致使燃烧速度不均，氧指数偏差较大，导致其阻燃性能达不到阻燃要求。为了改善无机阻燃剂与聚合物间的粘结力和界面亲和性，普遍采用偶联剂等对无机阻燃剂进行表面处理。
另外使用无机阻燃剂还有一个很大的缺点是添加量大，与合成材料的相容性差，从而影响被改性材料的加工性能和制品的机械性能。据文献报道无机阻燃剂的阻燃性能与其颗粒大小成反比关系。对阻燃剂微细化，目前的方法是纳米化，既可增大阻燃剂与材料的接触面积以提高相容性，又可降低阻燃剂的用量，同时起到刚性粒予增强增韧的效果。
目前，制备纳米氢氧化铝的方法有很多，有固体颗粒的超细化、表面活性处理、提高氢氧化铝的纯度等方法，而对于氢氧化铝在织物上的防火隔热应用，是将改性的氢氧化铝与高分子聚合物发生共混纺丝制备具有防火隔热的纤维。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物及其制备方法，该织物提高了耐高温纤维织物的阻燃防火性能，降低阻燃体系烟雾生成量；制备方法简单，成本低，适合于工业化生产。
本发明的一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物，包括：耐高温纤维织物，氢氧化铝溶胶，二者的质量比为100∶1-50∶1；所述氢氧化铝溶胶均匀地包覆在耐高温纤维织物表面。
所述的耐高温纤维织物为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维织物、聚苯并咪唑纤维织物、聚酰亚胺纤维织物、聚苯砜酰胺纤维织物、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维织物、碳纤维及酚醛纤维织物、聚酰胺-酰亚胺纤维织物或杂环聚合物聚苯并咪唑纤维织物。
本发明的一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物的制备方法，包括：
(1)耐高温纤维织物的清洗；
(2)耐高温纤维织物的改性；
取质量分数为1％-30％的氢氧化钠溶液，然后将上述洗涤后的耐高温纤维织物浸渍在溶液中，经过浸轧处理后，预烘，焙烘，洗涤，烘干；
(3)氢氧化铝溶胶在耐高温纤维织物表面的原位生长；
恒温水浴槽的温度为0～100℃，采用去离子水为反应初始溶液，将上述改性后的耐高温纤维织物放入水浴槽中，同时通入氯化铝溶液和氨水溶液，并且通过控制二者的通液速度为来调节反应溶液中氯化铝和氨水的总摩尔比为1∶3-1∶8，反应3-14天，pH为3-5，烘干即得。
所述步骤(1)中的耐高温纤维织物为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维织物、聚苯并咪唑纤维织物、聚酰亚胺纤维织物、聚苯砜酰胺纤维织物、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维织物、碳纤维及酚醛纤维织物、聚酰胺-酰亚胺纤维织物或杂环聚合物聚苯并咪唑纤维织物。
所述步骤(1)中的清洗：在30℃-50℃，用低沸点有机溶剂(如无水乙醚或丙酮等)对织物进行萃取清洗10次，洗除耐高温纤维织物上的腊、油脂等杂质。
所述步骤(2)中的氢氧化钠溶液的质量分数为1％-10％。
所述步骤(2)中浸渍的时间为30-60分钟。
所述步骤(2)中的浸轧为二浸二轧，带液率为60％-70％。
所述步骤(2)中的焙烘条件为80℃-100℃预烘2分钟，180-200℃焙烘3分钟；洗涤为去离子水洗至残液为中性；烘干的温度为80℃-100℃。
所述步骤(3)中恒温水浴槽的温度为0-100℃。
所述步骤(3)中氯化铝溶液的浓度为0.2mol/L，氨水溶液的浓度为1.8-4.8mol/L，通液速度分别为6ml/h和2ml/h。
所述步骤(3)中烘干的温度为100℃以下。
本发明采用原位生长的方法，在耐高温纤维织物表面包覆生长氢氧化铝溶胶薄膜，对耐高温纤维织物形成紧密包覆，利用氢氧化铝的高温吸热分解，提高无机/有机纤维复合体系的阻燃防火耐高温性能。通过本发明的研究，在不加任何添加剂或粘合剂的前提下，将无机材料与耐高温有机纤维进行复合形成新型的具有阻燃防火功能的特殊纺织材料。
有益效果
(1)本发明的织物提高了耐高温纤维织物的阻燃防火性能，降低阻燃体系烟雾生成量；
(2)本发明的制备方法简单，成本低，且不加任何添加剂或粘合剂，适合于工业化生产。
附图说明
图1扫描电镜图；a原聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物，b改性后的聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物，c d e f g h表面包覆了氢氧化铝溶胶的聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物(分别表示反应体系中氯化铝和氨水溶液的的总摩尔比为1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8)；
图2垂直燃烧实验；a原布，b c d e f g表面包覆了氢氧化铝溶胶的聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物(分别表示反应体系中氯化铝和氨水溶液的的总摩尔比为1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8)。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物的清洗；
在45℃时，用乙醚对织物进行萃取清洗10次，洗除聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物上的腊、油脂等杂质。
(2)聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物的改性；
将氢氧化钠溶解在烧杯中，得到质量分数为7.5％的氢氧化钠溶液，然后加入上述洗涤后的聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物，浸渍30分钟后二浸二轧(带液率为65％左右)，然后80℃预烘2分钟，180℃焙烘3分钟，去离子水洗至残液为中性，80℃烘干，放置12小时后待用。
(3)氢氧化铝溶胶在聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物表面的原位生长。
恒温水浴槽的温度为35±1℃，采用去离子水为反应初始溶液，将聚苯砜对苯二甲酰胺织物放入其中，同时通入0.2mol/L的氯化铝溶液和1.8-4.8mol/L的氨水溶液，通液速度分别为6ml/h和2ml/h，使氯化铝和氨水的总摩尔比为1∶3到1∶8，反应时间为7天，每天定时定量抽取反应体系中的液体使体系的浴比维持在一定的范围，随着反应的进行，pH维持在3-4左右，溶液澄清，聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物上不断吸附氢氧化铝溶胶并进行原位生长，完成对聚苯砜对苯二甲酰胺织物的包覆。
(4)扫描电子显微镜测试
将原聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物、改性聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物、表面原位生长氢氧化铝溶胶的聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物进行扫描电子显微镜测试，结果如图1。
(5)垂直燃烧法测试织物的燃烧性能
根据GB/T 5455-1997《纺织品燃烧性能试验 垂直法》测试标准，将原聚苯砜对苯二甲酰胺织物、改性聚苯砜对苯二甲酰胺织物、表面原位生长氢氧化铝溶胶的聚苯砜对苯二甲酰胺织物进行垂直燃烧实验，并测损毁长度，结果表1。
从图1可以看出，原聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物表面是很光滑的，改性后的聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物表面出现一些小裂痕，这是因为聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物经过氢氧化钠改性后，分子中的酰胺键被破坏，在纤维表面以Cell-COO-Na+的结构存在。控制生长条件，使Al(OH)3溶胶粒子表面带有正电荷。聚苯砜对苯二甲酰胺纤维表面的-COO一可以通过静电作用、氢键、范德华力等作用力将Al(OH)3溶胶粒子吸附在织物上。所以可以看到生长了氢氧化铝溶胶的聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物表面明显有一层致密的薄膜状的物体包覆，并且这种包覆趋势还涉及到相邻纤维的合并。
表1垂直燃烧实验
从表1和图2可以看出，原聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物垂直燃烧法的损毁长度为49mm，纤维表面生长过氢氧化铝溶胶的聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物的损毁长度有明显的下降。这与SEM图反应的情况一致，纤维表面覆盖了一层致密紧实的氢氧化铝溶胶，而氢氧化铝一般含有结晶水或可生成水的组分，在较低温度时吸收大量的潜热而脱水，降低聚苯砜对苯二甲酰胺纤维表面的火焰实际温度而使其降解为低分子的速度减慢，减少了可燃物的发生；另外氢氧化铝脱水后在纤维表面生成耐火性能很好的均匀分布的金属氧化铝(Al2O3)，可与其它炭化物一起形成一道致密阻燃屏障，隔绝空气，降低燃烧速率，从而降低了分解产物的质量损失速率，防止火焰蔓延。因此，整个聚苯砜对苯二甲酰胺纤维织物的防火阻燃效果有显著的提高。另外氢氧化铝脱水后生成活性氧化铝(Al2O3)，促进脱氢反应，生成保护炭层，同时催化炭的沉积及相应炭的氧化反应，降低阻燃体系烟雾生成量。
Claims (10)
1.一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物，包括：耐高温纤维织物，氢氧化铝溶胶，二者的质量比为100∶1-50∶1；所述氢氧化铝溶胶均匀地包覆在耐高温纤维织物表面。
2.根据权利要求1所述的一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物，其特征在于：所述的耐高温纤维织物为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维织物、聚苯并咪唑纤维织物、聚酰亚胺纤维织物、聚苯砜酰胺纤维织物、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维织物、碳纤维及酚醛纤维织物、聚酰胺-酰亚胺纤维织物或杂环聚合物聚苯并咪唑纤维织物。
3.一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物的制备方法，包括：
(1)低温条件下，用低沸点有机溶剂对耐高温纤维织物进行清洗；
(2)取质量分数为1％-30％的氢氧化钠溶液，然后将上述洗涤后的耐高温纤维织物浸渍在溶液中，经过浸轧处理后，预烘，焙烘，洗涤，低温烘干；得到改性后的耐高温纤维织物；
(3)恒温水浴槽的温度为0-100℃，采用去离子水为反应初始溶液，将上述改性后的耐高温纤维织物放入水浴槽中，同时通入氯化铝溶液和氨水溶液，并且通过控制二者的通液速度为来调节反应溶液中氯化铝和氨水的总摩尔比为1∶3-1∶8，反应3-14天，pH为3-5，烘干，即得。
4.根据权利要求3所述的一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的清洗：在30℃-50℃，用低沸点有机溶剂对织物进行萃取清洗10次。
5.根据权利要求3所述的一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的氢氧化钠溶液的质量分数为1％-10％。
6.根据权利要求3所述的一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中浸渍的时间为30-60分钟。
7.根据权利要求3所述的一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的浸轧为二浸二轧，带液率为60％-70％。
8.根据权利要求3所述的一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的焙烘条件为80℃-100℃预烘2分钟，180-200℃焙烘3分钟；洗涤为去离子水洗至残液为中性；烘干的温度为80℃-100℃。
9.根据权利要求3所述的一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中恒温水浴槽的温度为0-100℃。
10.根据权利要求3所述的一种氢氧化铝溶胶包覆的耐高温纤维织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中氯化铝溶液的浓度为0.2mol/L，氨水溶液的浓度为1.8～4.8mol/L，通液速度分别为6ml/h和2ml/h。
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