CN103966893A - 含磷氮聚电解质络合物阻燃纤维素纤维制品的制备方法 - Google Patents

含磷氮聚电解质络合物阻燃纤维素纤维制品的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含磷氮聚电解质络合物阻燃纤维素纤维制品的制备方法。将聚乙烯亚胺溶解于去离子水中，得到带正电荷的溶液；将聚磷酸铵溶解于去离子水中，得到带负电荷的溶液；将带负电荷的聚磷酸铵溶液滴加至带正电荷的聚乙烯亚胺溶液中，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的络合物；将聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的络合物溶解于氢氧化钠稀溶液中，得到络合物溶液；将纤维素纤维制品浸泡在络合物溶液中，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的络合物阻燃的纤维素纤维制品。本发明制备工艺简单，无需复杂的化学处理，所得聚乙烯亚胺和聚磷酸铵络合物富含磷和氮元素，所得纤维素纤维制品阻燃性能好，在包装和家纺等领域具有很好的应用前景。

Description

含磷氮聚电解质络合物阻燃纤维素纤维制品的制备方法
技术领域
本发明涉及一种阻燃材料的制备方法，尤其涉及一种含磷氮聚电解质络合物阻燃纤维素纤维制品的制备方法。
背景技术
纤维素纤维通常从各类植物中提取得到，是一种来源非常丰富的绿色可再生资源。由纤维素纤维制作而成的纸张或织物在包装和家纺等领域有着广泛的应用，在树脂基复合材料领域也有非常好的应用前景。然而，纤维素纤维制品易于燃烧，给生命和财产安全带来了隐患。为了提高纤维素纤维制品的阻燃性能，学术界和工业界进行了广泛的探索。其中，含磷、氮和碳元素的膨胀型阻燃剂是很有发展前景的一种，主要因为其阻燃效果好、低烟且环保。为了达到优异的阻燃效果，研究者们往往通过化学合成的方法将磷、氮和碳元素引入，往往需要复杂的合成工艺。聚电解质络合物是由带相反电荷的聚电解质在水溶液中借助静电作用力结合而成的物质，其制备工艺简单，无需复杂的化学处理。因此，将含磷、氮或碳元素的聚电解质络合，制备膨胀型阻燃剂，具有非常广阔的应用前景。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种含磷氮聚电解质络合物阻燃纤维素纤维制品的制备方法。
为达到上述目的，本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种含磷氮聚电解质络合物阻燃纤维素纤维制品的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）常温下，向20-200重量份的去离子水中加入1重量份的聚乙烯亚胺，在100-1000 r/min的速度下搅拌至均匀透明的溶液，然后用盐酸稀溶液将其pH值调至0.5-5.0，得到带正电荷的聚乙烯亚胺溶液；
（2）向20-200重量份的去离子水中加入1重量份的聚磷酸铵，升温至80-100 ℃，在100-1000 r/min的速度下搅拌至均匀透明的溶液，冷却至常温，然后用盐酸稀溶液将其pH值调至0.5-5.0，得到带负电荷的聚磷酸铵溶液；
（3）常温下，在100-1000 r/min的速度搅拌下，将步骤（2）中制备的带负电荷的聚磷酸铵溶液滴加至步骤（1）中制备的带正电荷的聚乙烯亚胺溶液中，得到白色沉淀产物；停止搅拌，过滤并收集白色沉淀产物；80-100 ℃条件下，真空干燥箱中干燥24-120 h，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物；
（4）常温下，将1重量份的步骤（3）中制备的聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物加入10-100重量份的氢氧化钠稀溶液中，在100-1000 r/min的速度搅拌下搅拌至均匀透明，采用盐酸稀溶液和氢氧化钠稀溶液将其pH值调至4.0-10.0，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物溶液；
（5）常温下，将1重量份的纤维素纤维制品浸泡在10-100重量份的步骤（4）中制备的聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物溶液中1-10min；取出纤维素纤维制品，80-100 ℃条件下，鼓风干燥箱中干燥10-30min，冷却至常温，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物阻燃的纤维素纤维制品。
所述的纤维素纤维制品为以纤维素为主要成分的纸张或织物。
所述的盐酸稀溶液浓度为1-5 mol/L。
所述的氢氧化钠稀溶液浓度为1-5 mol/L。
所述步骤（3）中得到的聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物中聚磷酸铵和聚乙烯亚胺的质量比为0.5-2:1。
与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明制备工艺简单，无需复杂的化学处理，所得聚乙烯亚胺和聚磷酸铵络合物富含磷和氮元素，所得纤维素纤维制品阻燃性能好，在包装和家纺等领域具有很好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例中使用的聚乙烯亚胺、聚磷酸铵、盐酸、氢氧化钠、滤纸、棉织物和苎麻织物均为市购材料。其中聚乙烯亚胺为支化聚乙烯亚胺，Mw=25000，Mn=10000；聚磷酸铵中磷元素含量为28.0-30.0 wt %。
实施例中阻燃性能测试方法：微型锥形量热仪（Govmark MCC-2，美国），氧气流速设置为20 mL/min，氮气流速设置为80 mL/min，样品（3-5 mg）先在100 ℃下恒温5min，然后以1 ℃/sec的速度升温至600 ℃。PHRR：热释放速率峰值，单位W/g；THR：总热释放量，单位kJ/g。
实施例1：
（1）常温下，向50重量份的去离子水中加入1重量份的聚乙烯亚胺，在500 r/min的速度下搅拌至均匀透明的溶液，然后用3 mol/L盐酸稀溶液将其pH值调至1.5，得到带正电荷的聚乙烯亚胺溶液。
（2）向50重量份的去离子水中加入1重量份的聚磷酸铵，升温至90 ℃，在500 r/min的速度下搅拌至均匀透明的溶液，冷却至常温，然后用3 mol/L盐酸稀溶液将其pH值调至1.5，得到带负电荷的聚磷酸铵溶液。
（3）常温下，在500 r/min的速度搅拌下，将450 ml步骤（2）中制备的带负电荷的聚磷酸铵溶液滴加至300 ml步骤（1）中制备的带正电荷的聚乙烯亚胺溶液中，得到白色沉淀产物；停止搅拌，过滤并收集白色沉淀产物；90 ℃条件下，真空干燥箱中干燥48 h，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物。
（4）常温下，将1重量份的步骤（3）中制备的聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物加入50重量份的3 mol/L氢氧化钠稀溶液中，在500 r/min的速度搅拌下搅拌至均匀透明，采用3 mol/L盐酸稀溶液和3 mol/L氢氧化钠稀溶液将其pH值调至7.0，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物溶液。
（5）常温下，将1重量份的滤纸浸泡在10重量份的步骤（4）中制备的聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物溶液中5min；取出滤纸，80 ℃条件下，鼓风干燥箱中干燥30min，冷却至常温，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物阻燃的滤纸。
阻燃性能测试结果表明，不含聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物的滤纸空白样的PHRR值为251 W/g，THR值为12kJ/g；聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物阻燃的滤纸的PHRR值为105 W/g，THR值为5kJ/g。说明聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物对滤纸具有优良的阻燃作用。
实施例2：
（1）常温下，向200重量份的去离子水中加入1重量份的聚乙烯亚胺，在100 r/min的速度下搅拌至均匀透明的溶液，然后用1 mol/L盐酸稀溶液将其pH值调至5.0，得到带正电荷的聚乙烯亚胺溶液。
（2）向200重量份的去离子水中加入1重量份的聚磷酸铵，升温至80 ℃，在100 r/min的速度下搅拌至均匀透明的溶液，冷却至常温，然后用1 mol/L盐酸稀溶液将其pH值调至5.0，得到带负电荷的聚磷酸铵溶液。
（3）常温下，在100 r/min的速度搅拌下，将500 ml步骤（2）中制备的带负电荷的聚磷酸铵溶液滴加至500 ml步骤（1）中制备的带正电荷的聚乙烯亚胺溶液中，得到白色沉淀产物；停止搅拌，过滤并收集白色沉淀产物；80 ℃条件下，真空干燥箱中干燥120 h，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物。
（4）常温下，将1重量份的步骤（3）中制备的聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物加入100重量份的1 mol/L氢氧化钠稀溶液中，在100 r/min的速度搅拌下搅拌至均匀透明，采用1 mol/L盐酸稀溶液和1 mol/L氢氧化钠稀溶液将其pH值调至4.0，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物溶液。
（5）常温下，将1重量份的棉织物浸泡在50重量份的步骤（4）中制备的聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物溶液中1min；取出棉织物，90 ℃条件下，鼓风干燥箱中干燥15min，冷却至常温，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物阻燃的棉织物。
阻燃性能测试结果表明，不含聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物的棉织物空白样的PHRR值为339 W/g，THR值为11kJ/g；聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物阻燃的棉织物的PHRR值为160W/g，THR值为6kJ/g。说明聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物对棉织物具有优良的阻燃作用。
实施例3：
（1）常温下，向20重量份的去离子水中加入1重量份的聚乙烯亚胺，在1000 r/min的速度下搅拌至均匀透明的溶液，然后用5 mol/L盐酸稀溶液将其pH值调至0.5，得到带正电荷的聚乙烯亚胺溶液。
（2）向20重量份的去离子水中加入1重量份的聚磷酸铵，升温至100 ℃，在1000 r/min的速度下搅拌至均匀透明的溶液，冷却至常温，然后用5 mol/L盐酸稀溶液将其pH值调至0.5，得到带负电荷的聚磷酸铵溶液。
（3）常温下，在1000 r/min的速度搅拌下，将500 ml步骤（2）中制备的带负电荷的聚磷酸铵溶液滴加至250 ml步骤（1）中制备的带正电荷的聚乙烯亚胺溶液中，得到白色沉淀产物；停止搅拌，过滤并收集白色沉淀产物；100 ℃条件下，真空干燥箱中干燥24 h，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物。
（4）常温下，将1重量份的步骤（3）中制备的聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物加入10重量份的5 mol/L氢氧化钠稀溶液中，在1000 r/min的速度搅拌下搅拌至均匀透明，采用5 mol/L盐酸稀溶液和5 mol/L氢氧化钠稀溶液将其pH值调至10.0，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物溶液。
（5）常温下，将1重量份的苎麻织物浸泡在100重量份的步骤（4）中制备的聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物溶液中10min；取出苎麻织物，100 ℃条件下，鼓风干燥箱中干燥10min，冷却至常温，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物阻燃的苎麻织物。
阻燃性能测试结果表明，不含聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物的苎麻织物空白样的PHRR值为321 W/g，THR值为12kJ/g；聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物阻燃的苎麻织物的PHRR值为104 W/g，THR值为3kJ/g。说明聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物对苎麻织物具有优良的阻燃作用。
上述实施例仅用来解释本发明，而不是限制本发明的保护范围。在本发明的精神实质和权利要求保护范围内做出的任何等效变化或修饰，都视为在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.含磷氮聚电解质络合物阻燃纤维素纤维制品的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）常温下，向20-200重量份的去离子水中加入1重量份的聚乙烯亚胺，在100-1000 r/min的速度下搅拌至均匀透明的溶液，然后用盐酸稀溶液将其pH值调至0.5-5.0，得到带正电荷的聚乙烯亚胺溶液；
（2）向20-200重量份的去离子水中加入1重量份的聚磷酸铵，升温至80-100 ℃，在100-1000 r/min的速度下搅拌至均匀透明的溶液，冷却至常温，然后用盐酸稀溶液将其pH值调至0.5-5.0，得到带负电荷的聚磷酸铵溶液；
（3）常温下，在100-1000 r/min的速度搅拌下，将步骤（2）中制备的带负电荷的聚磷酸铵溶液滴加至步骤（1）中制备的带正电荷的聚乙烯亚胺溶液中，得到白色沉淀产物；停止搅拌，过滤并收集白色沉淀产物；80-100 ℃条件下，真空干燥箱中干燥24-120 h，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物；
（4）常温下，将1重量份的步骤（3）中制备的聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物加入10-100重量份的氢氧化钠稀溶液中，在100-1000 r/min的速度搅拌下搅拌至均匀透明，采用盐酸稀溶液和氢氧化钠稀溶液将其pH值调至4.0-10.0，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物溶液；
（5）常温下，将1重量份的纤维素纤维制品浸泡在10-100重量份的步骤（4）中制备的聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物溶液中1-10min；取出纤维素纤维制品，80-100 ℃条件下，鼓风干燥箱中干燥10-30min，冷却至常温，得到聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物阻燃的纤维素纤维制品。
2.根据权利要求1所述的含磷氮聚电解质络合物阻燃纤维素纤维制品的制备方法，其特征在于，所述的纤维素纤维制品为以纤维素为主要成分的纸张或织物。
3.根据权利要求1所述的含磷氮聚电解质络合物阻燃纤维素纤维制品的制备方法，其特征在于，所述的盐酸稀溶液浓度为1-5 mol/L。
4.根据权利要求1所述的含磷氮聚电解质络合物阻燃纤维素纤维制品的制备方法，其特征在于，所述的氢氧化钠稀溶液浓度为1-5 mol/L。
5.根据权利要求1所述的含磷氮聚电解质络合物阻燃纤维素纤维制品的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述得到的聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的聚电解质络合物中聚磷酸铵和聚乙烯亚胺的质量比为0.5-2:1。
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