CN105177992B - 一种基于泡沫碳的阻燃面料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于泡沫碳的阻燃面料，包括聚糠醇基泡沫碳和化学纤维纺织品面料，其中泡沫碳所占的重量比为35‑55％，具体操作步骤为：(1)将糠醇溶液中加入草酸，搅拌均匀后得到混合溶液，将聚氨酯泡沫浸渍于上述混合溶液，得到湿态复合聚氨酯泡沫；(2)用滤纸将湿态复合聚氨酯泡沫表面多余的混合溶液，然后对湿态复合泡沫的四周进行均匀的挤压，得到待固化的复合聚氨酯泡沫；(3)将待固化的复合聚氨酯泡沫在90‑150℃下加热烘干2‑3h，得到完全固化的复合聚氨酯泡沫；(4)将完全固化的复合聚氨酯泡沫在惰性气体保护下，升温至750‑850℃处理60‑90min，自然冷却至室温后得到聚糠醇基泡沫碳；(5)将聚糠醇基泡沫碳的上下表面与纺织品相结合，得到基于泡沫碳的阻燃面料。本发明制备的基于泡沫碳的阻燃面料的阻燃性能优异而且机械强度高。
Description
技术领域：
本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种基于泡沫碳的阻燃面料及其制备方法。
背景技术：
火，给人类带来文明、进步、光明和温暖，但是失去控制的火会给人类造成灾害。火灾是自然与社会灾害中发生概率最高的一种灾害，给人类的生活乃至生命安全构成严重威胁。近十年来，我国火灾发生次数平均为每年12.7万起，死亡1000多人，不仅威胁人民生命与财产安全，还会产生大量浓烟，破坏生态平衡，引起不良的社会和政治影响。
随着让你们环保、安全、健康意识的日益增强，环保型阻燃材料成为研究和应用的重点。阻燃材料是能够一直活着延滞燃烧而自己并不容易燃烧的材料，目前阻燃材料主要有无机阻燃材料和有机阻燃材料，阻燃材料的制品可分为阻燃织物、阻燃化学纤维、阻燃塑料、阻燃橡胶、防火涂料、阻燃木质材料、阻燃纸和无机不燃填充材料。
在纺织领域，阻燃材料的生产发展前景虽然好，但是成本较高是制约其更大发展的原因，目前主要的策略是减少高性能纤维的含量，减少阻燃剂的浓度。泡沫阻燃材料作为绝热保温材料的一种，可以通过减少冷热区域之间的热流从而防止能源损耗，在燃烧过程中不会发生熔融，也不会产生流滴，而且烟雾少毒性低，常用的泡沫阻燃材料有聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、酚醛泡沫。
中国专利CN1723312A(公开日2006.1.18)公开的将聚氨酯分散液基泡沫应用到制品的方法，将水性聚氨酯配合物发泡形成聚氨酯泡沫，将发泡液黏附到基材来制备两种或多种组分泡沫基纺织品，而无需火焰层压步骤或者在纺织品与泡沫层之间添加粘合层。中国专利CN204054792U(公开日2014.12.31)公开的绝缘防护型面料，具有由外表面至内表面依次设置的绝缘阻燃油漆涂层、尼龙纤维层、阻燃隔离层、无纺布基层、聚氨酯泡沫垫层、浸透油的碳纤维布层、硅胶中隔层、抗降低面料层和丝圈脚垫，其中阻燃隔离层具有浸渍于无机硅胶层的氧化硅栅格网，制备的绝缘防护型面料具有绝缘、保温、耐腐蚀、耐刺穿等功能。由上述与有技术可以，目前可以将聚氨酯泡沫与纺织品相结合制备泡沫基纺织品，赋予纺织品优异的阻燃性能。
泡沫碳的热膨胀系数很低，只有1.15-4*10-6/℃，有很好的尺寸稳定性，在惰性气氛下，可以承受3000℃的高温，在空气中也可以承受400℃，其耐火性能稳定，属于不燃物质，即使燃烧也几乎没有烟，不会产生有毒副产品，释放的热量低而且缓慢，因此泡沫碳在阻燃方面具有很大的应用前景。本发明将泡沫碳运用于纺织领域，制备基于泡沫碳的阻燃面料。
发明内容：
本发明要解本的技术本本是提供一种基于泡沫碳的阻燃面料及其制备方法，
为解本上述技术本本，本发明的技术方案是：
一种基于泡沫碳的阻燃面料，其特征在于，所述基于泡沫碳的阻燃面料包括泡沫碳和纺织品面料，所述泡沫碳为聚糠醇基泡沫碳，所述纺织品面料为化学纤维纺织品，所述基于泡沫碳的阻燃面料中泡沫碳所占的重量比为35-55％。
优选地，所述泡沫碳作为夹层置于纺织品面料之间，全部或者部分的泡沫碳被纺织品面料包覆。
本发明还提供一种基于泡沫碳的阻燃面料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将糠醇溶液中加入草酸，搅拌均匀后得到混合溶液，将聚氨酯泡沫浸渍于上述混合溶液，得到湿态复合聚氨酯泡沫；
(2)用滤纸将步骤(1)制得的湿态复合聚氨酯泡沫表面多余的混合溶液，然后对湿态复合泡沫的四周进行均匀的挤压，得到待固化的复合聚氨酯泡沫；
(3)将步骤(2)制得的待固化的复合聚氨酯泡沫在90-150℃下加热烘干2-3h，得到完全固化的复合聚氨酯泡沫；
(4)将步骤(3)制得的完全固化的复合聚氨酯泡沫在惰性气体保护下，升温至750-850℃处理60-90min，自然冷却至室温后得到聚糠醇基泡沫碳；
(5)将步骤(4)制备的聚糠醇基泡沫碳的上下表面与纺织品相结合，得到基于泡沫碳的阻燃面料。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，混合溶液中，糠醇溶液与草酸的体积比为＝10：0.1-1。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，浸渍时间为45-90min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，待固化的复合聚氨酯泡沫的增重率为153-194％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，聚糠醇基泡沫碳的残炭率为41-43％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，聚糠醇基泡沫碳的的密度为0.21-0.59g/cm3。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(5)中，结合的方式有火焰层压或者黏合剂粘合。
作为上述技术方案的优选，所述的基于泡沫碳的阻燃面料用于户外服装和室内装修领域。
与与有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用聚氨酯泡沫作为模板，糠醇作为前驱体制备泡沫碳，糠醇是一种含碳量高的有机化合物，与多种有机、无机材料具有良好的相容性，而且在催化剂的作用下，很容易聚合形成聚糠醇，进而高温热解到得到具有较高残炭率的非石墨化结构。
(2)本发明将泡沫碳与纺织品相结合制备阻燃面料，将泡沫碳的优异热血性能运用于纺织领域，制备的阻燃面料，不燃，即使燃烧烟雾低，无毒副物质产生，属于阻燃性能优异的面料。
(3)本发明制备的基于泡沫碳的阻燃面料的机械强度高，远高于传统的纺织面料，大大的提高了复合面料的使用范围，提高了面料的使用寿命。
具体实施方式：
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)按体积比剂，将10份的糠醇溶液中加入0.1份的草酸，搅拌均匀后得到混合溶液，将聚氨酯泡沫浸渍于上述混合溶液45min，得到湿态复合聚氨酯泡沫。
(2)用滤纸将步骤(1)制得的湿态复合聚氨酯泡沫表面多余的混合溶液，然后对湿态复合泡沫的四周进行均匀的挤压，得到增重率为153％的待固化的复合聚氨酯泡沫。
(3)将步骤(2)制得的待固化的复合聚氨酯泡沫在90℃下加热烘干3h，得到完全固化的复合聚氨酯泡沫。
(4)将步骤(3)制得的完全固化的复合聚氨酯泡沫在惰性气体保护下，以2℃/min升温至750℃保温处理90min，自然冷却至室温后得到残炭率为43％的聚糠醇基泡沫碳。
(5)将步骤(4)制备的0.59g/cm3的聚糠醇基泡沫碳的上下表面经火焰层压的方式与纺织品相结合，得到基于泡沫碳的阻燃面料。
实施例2：
(1)按体积比剂，将10份的糠醇溶液中加入1份的草酸，搅拌均匀后得到混合溶液，将聚氨酯泡沫浸渍于上述混合溶液90min，得到湿态复合聚氨酯泡沫。
(2)用滤纸将步骤(1)制得的湿态复合聚氨酯泡沫表面多余的混合溶液，然后对湿态复合泡沫的四周进行均匀的挤压，得到增重率为194％的待固化的复合聚氨酯泡沫。
(3)将步骤(2)制得的待固化的复合聚氨酯泡沫在150℃下加热烘干3h，得到完全固化的复合聚氨酯泡沫。
(4)将步骤(3)制得的完全固化的复合聚氨酯泡沫在惰性气体保护下，以2℃/min升温至850℃保温处理60min，自然冷却至室温后得到残炭率为41％的聚糠醇基泡沫碳。
(5)将步骤(4)制备的0.21g/cm3的聚糠醇基泡沫碳的上下表面经黏合剂粘合的方式与纺织品相结合，得到基于泡沫碳的阻燃面料。
实施例3：
(1)按体积比剂，将10份的糠醇溶液中加入0.2份的草酸，搅拌均匀后得到混合溶液，将聚氨酯泡沫浸渍于上述混合溶液60min，得到湿态复合聚氨酯泡沫。
(2)用滤纸将步骤(1)制得的湿态复合聚氨酯泡沫表面多余的混合溶液，然后对湿态复合泡沫的四周进行均匀的挤压，得到增重率为167％的待固化的复合聚氨酯泡沫。
(3)将步骤(2)制得的待固化的复合聚氨酯泡沫在120℃下加热烘干2.5h，得到完全固化的复合聚氨酯泡沫。
(4)将步骤(3)制得的完全固化的复合聚氨酯泡沫在惰性气体保护下，以2℃/min升温至800℃保温处理80min，自然冷却至室温后得到残炭率为42.4％的聚糠醇基泡沫碳。
(5)将步骤(4)制备的0.39g/cm3的聚糠醇基泡沫碳的上下表面经黏合剂粘合的方式与纺织品相结合，得到基于泡沫碳的阻燃面料。
实施例4：
(1)按体积比剂，将10份的糠醇溶液中加入0.3份的草酸，搅拌均匀后得到混合溶液，将聚氨酯泡沫浸渍于上述混合溶液50min，得到湿态复合聚氨酯泡沫。
(2)用滤纸将步骤(1)制得的湿态复合聚氨酯泡沫表面多余的混合溶液，然后对湿态复合泡沫的四周进行均匀的挤压，得到增重率为172％的待固化的复合聚氨酯泡沫。
(3)将步骤(2)制得的待固化的复合聚氨酯泡沫在150℃下加热烘干3h，得到完全固化的复合聚氨酯泡沫。
(4)将步骤(3)制得的完全固化的复合聚氨酯泡沫在惰性气体保护下，以2℃/min升温至750℃保温处理70min，自然冷却至室温后得到残炭率为41.8％的聚糠醇基泡沫碳。
(5)将步骤(4)制备的0.35g/cm3的聚糠醇基泡沫碳的上下表面经火焰层压的方式与纺织品相结合，得到基于泡沫碳的阻燃面料。
实施例5：
(1)按体积比剂，将10份的糠醇溶液中加入0.5份的草酸，搅拌均匀后得到混合溶液，将聚氨酯泡沫浸渍于上述混合溶液75min，得到湿态复合聚氨酯泡沫。
(2)用滤纸将步骤(1)制得的湿态复合聚氨酯泡沫表面多余的混合溶液，然后对湿态复合泡沫的四周进行均匀的挤压，得到增重率为181％的待固化的复合聚氨酯泡沫。
(3)将步骤(2)制得的待固化的复合聚氨酯泡沫在130℃下加热烘干2h，得到完全固化的复合聚氨酯泡沫。
(4)将步骤(3)制得的完全固化的复合聚氨酯泡沫在惰性气体保护下，以2℃/min升温至850℃保温处理90min，自然冷却至室温后得到残炭率为42.7％的聚糠醇基泡沫碳。
(5)将步骤(4)制备的0.41g/cm3的聚糠醇基泡沫碳的上下表面经火焰层压的方式与纺织品相结合，得到基于泡沫碳的阻燃面料。
实施例6：
(1)按体积比剂，将10份的糠醇溶液中加入0.8份的草酸，搅拌均匀后得到混合溶液，将聚氨酯泡沫浸渍于上述混合溶液70min，得到湿态复合聚氨酯泡沫。
(2)用滤纸将步骤(1)制得的湿态复合聚氨酯泡沫表面多余的混合溶液，然后对湿态复合泡沫的四周进行均匀的挤压，得到增重率为168％的待固化的复合聚氨酯泡沫。
(3)将步骤(2)制得的待固化的复合聚氨酯泡沫在100℃下加热烘干3h，得到完全固化的复合聚氨酯泡沫。
(4)将步骤(3)制得的完全固化的复合聚氨酯泡沫在惰性气体保护下，以2℃/min升温至800℃保温处理80min，自然冷却至室温后得到残炭率为42.3％的聚糠醇基泡沫碳。
(5)将步骤(4)制备的0.47g/cm3的聚糠醇基泡沫碳的上下表面经火焰层压的方式与纺织品相结合，得到基于泡沫碳的阻燃面料。
经检测，实施例1-6制备的基于泡沫碳的阻燃面料的机械强度和阻燃性能的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的基于泡沫碳的阻燃面料的阻燃效果好，且机械强度高。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (1)
1.一种基于泡沫碳的阻燃面料，其特征在于，所述基于泡沫碳的阻燃面料包括泡沫碳和纺织品面料，所述泡沫碳为聚糠醇基泡沫碳，所述纺织品面料为化学纤维纺织品，所述基于泡沫碳的阻燃面料中泡沫碳所占的重量比为35-55％，所述泡沫碳作为夹层置于纺织品面料之间，全部或者部分的泡沫碳被纺织品面料包覆，所述的基于泡沫碳的阻燃面料用于户外服装和室内装修领域；
其中，一种基于泡沫碳的阻燃面料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将糠醇溶液中加入草酸，搅拌均匀后得到混合溶液，将聚氨酯泡沫浸渍于上述混合溶液，得到湿态复合聚氨酯泡沫；
(2)用滤纸将步骤(1)制得的湿态复合聚氨酯泡沫表面多余的混合溶液去除，然后对湿态复合泡沫的四周进行均匀的挤压，得到待固化的复合聚氨酯泡沫；
(3)将步骤(2)制得的待固化的复合聚氨酯泡沫在90-150℃下加热烘干2-3h，得到完全固化的复合聚氨酯泡沫；
(4)将步骤(3)制得的完全固化的复合聚氨酯泡沫在惰性气体保护下，升温至750-850℃处理60-90min，自然冷却至室温后得到聚糠醇基泡沫碳；
(5)将步骤(4)制备的聚糠醇基泡沫碳的上下表面与纺织品相结合，得到基于泡沫碳的阻燃面料；
其中，所述步骤(1)中，混合溶液中，糠醇溶液与草酸的体积比为10：0.1-1，浸渍时间为45-90min；
其中，所述步骤(2)中，待固化的复合聚氨酯泡沫的增重率为153-194％；
其中，所述步骤(4)中，聚糠醇基泡沫碳的残炭率为41-43％，聚糠醇基泡沫碳的的密度为0.21-0.59g/cm3；
其中，所述步骤(5)中，结合的方式有火焰层压或者黏合剂粘合。
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