CN107022895A - 具有阻燃涂层的织物及其制备方法 - Google Patents

具有阻燃涂层的织物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有阻燃涂层的织物的制备方法，包括以下步骤：提供浓度为8.5‑17.5mg/mL的氧化石墨烯水溶胶；将蒙脱土与水混合均匀，得到蒙脱土悬浮液；将蒙脱土悬浮液、氧化石墨烯水溶胶以及增稠剂混合均匀，得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂；将氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂涂覆到织物表面，得到具有阻燃涂层的织物。本发明提供的氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂合成工艺简单，易于操作，且绿色环保，适合大批量生产。采用涂层整理的方法，将涂层剂整理到织物表面，一方面可以充分发挥氧化石墨烯和蒙脱土的优异阻燃性能，另一方面整理后织物的阻燃性能得到极大的提高。

Description

具有阻燃涂层的织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能性纺织材料制造技术领域，尤其涉及一种具有阻燃涂层的织物及其制备方法。
背景技术
纺织品是人们在日常生活中的必需品，而在一些特殊应用领域，例如：对纺织品具有阻燃耐火要求的阻燃应用领域，普通日用纺织品就不能满足使用要求，这样具有阻燃功能性的阻燃纺织品就有着很大的市场需求和研发价值。采用纺织化学后整理技术，对织物进行后整理加工，赋予其阻燃功能性，是制备阻燃纺织品的一种有效途径。而涂层技术是一种环保，简便和高效的纺织化学后整理加工技术，它可以将涂层剂的功能性发挥到充分，从而得到性能优异的功能性纺织品。
石墨烯是一种具有二维平面结构的碳材料，近年来，因其优异的力学性能，导电性能和热学性能，而受到了广大科研工作者的极大关注。氧化石墨烯是在石墨烯的二维平面结构基础上，增加了丰富的含氧官能团。因此，氧化石墨烯同样具有着优异的性能和应用价值，其已被证明是一种绿色环保型阻燃剂。此外，由于其拥有丰富的含氧官能团，所以它对织物具备一定的亲和力，通过后整理加工技术将氧化石墨烯整理到织物上，可以赋予织物一定的阻燃性能。
蒙脱土是一种硅酸盐类天然矿物，其成分中含有大量的铝，镁和硅元素。因此，蒙脱土也具有优异的阻燃性能。如果可以将蒙脱土和氧化石墨烯结合起来对织物进行阻燃整理，同时发挥两者的优异阻燃性能，这样就可以极大地提高整理后织物的阻燃性能。但是，作为一种矿物材料，蒙脱土对织物不具备亲和力，通过后整理加工技术无法使其直接吸附在织物上，那么蒙脱土的优异阻燃性能就得不到合理的利用。
当前，现有技术大多是将石墨烯或氧化石墨烯作为微量添加剂添加到聚乙烯醇/蒙脱土复合体系中，然后通过“浸轧烘”的方法，将织物浸渍在复合体系中吸附阻燃剂，或者通过“真空抽滤”的方法将整理剂抽滤到织物上，从而对织物进行阻燃整理。但是，这两种方法都有较大的局限性。首先，低剂量的石墨烯或者氧化石墨烯吸附在织物上，对织物阻燃性能的提高是非常不明显的；其次，在这两种方法中，蒙脱土并不能很好的吸附在织物表面，这是因为聚乙烯醇对蒙脱土的包覆能力不够，而且聚乙烯醇对织物亲和力不足以使蒙脱土良好的吸附在织物的表面。
因此，如何将蒙脱土整理到织物上并且将蒙脱土和氧化石墨烯有效的结合，从而充分发挥两者的阻燃特性，提高织物的阻燃性能是纺织化学领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有阻燃涂层的织物及其制备方法，采用涂层整理的方法，将涂层剂整理到织物表面，一方面可以充分发挥氧化石墨烯和蒙脱土的优异阻燃性能，另一方面整理后织物的阻燃性能得到极大提高。
本发明提供了一种具有阻燃涂层的织物的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供浓度为8.5-17.5mg/mL的氧化石墨烯水溶胶；
(2)将蒙脱土与水混合均匀，得到蒙脱土悬浮液；
(3)将蒙脱土悬浮液、氧化石墨烯水溶胶以及增稠剂混合均匀，得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂；
(4)将步骤(3)得到的氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂涂覆到织物表面，得到具有阻燃涂层的织物。
进一步地，在步骤(1)中，采用改进Hummers法制备氧化石墨烯。
以天然鳞片石墨为原料，采用改进Hummers法制备氧化石墨烯，洗涤、透析3-7天后得到浓度为20-30mg/mL的氧化石墨烯水溶胶。透析时采用的透析袋的截留分子量为8000-14000Da。然后用水将透析后的氧化石墨烯水溶胶稀释到浓度为8.5-17.5mg/mL。
进一步地，在步骤(2)中，通过搅拌混匀。
进一步地，在步骤(3)中，增稠剂为聚乙烯醇或瓜尔胶。
进一步地，在步骤(3)中，氧化石墨烯、增稠剂和蒙脱土的质量比为70-85:10:5-20。
优选地，在步骤(3)中，氧化石墨烯、增稠剂和蒙脱土的质量比为85:10:5，80:10:10，75:10:15或70:10:20。
进一步地，在步骤(3)中，通过搅拌和超声混匀。
进一步地，在步骤(4)中，采用涂层机进行涂覆，涂覆速度为0.2cm/s-1cm/s，涂层厚度为0.2-1.0mm。
进一步地，涂层机包括托架和位于托架一端的刮刀，织物固定在托架上，氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂在刮刀的带动下均匀涂覆于织物的表面。
进一步地，在步骤(4)中，还包括在60℃-120℃下烘干涂覆后的织物的步骤。
进一步地，在步骤(4)中，对织物进行双面涂覆。对织物首先进行单面涂覆，然后在60℃-120℃下烘干，再对其进行另一面的涂覆，然后在60℃-120℃下烘干。
进一步地，在步骤(4)中，织物为棉和/或蚕丝织物。
本发明还提供了一种采用上述方法所制备的具有阻燃涂层的织物。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明采用物理共混的方法，将拥有极佳阻燃性能却难以直接吸附在织物上的蒙脱土掺杂进入氧化石墨烯溶胶中，得到拥有极佳阻燃性能的氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂，然后采用涂层整理的方法，将涂层剂整理到织物表面。氧化石墨烯掺杂蒙脱土阻燃涂层剂具有绿色环保，无毒无卤等特点。本发明提供的氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂的合成工艺简单，适合大批量生产。采用涂层的方法使氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂整理到织物表面，工艺简单，易于操作，对涂层剂利用率高，并且可以极大地提高织物的阻燃性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明未经本发明的方法处理的蚕丝织物的扫描电镜图；
图2是实施例8制备的阻燃蚕丝织物的扫描电镜图；
图3是未经本发明方法处理的蚕丝织物的垂直燃烧图；
图4是实施例8制备的阻燃蚕丝织物的垂直燃烧图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
以天然鳞片石墨为原料，采用改进Hummers法制备氧化石墨烯，洗涤后，透析3-7天后得到浓度为20-30mg/mL的氧化石墨烯水溶胶。向其中加入去离子水进行稀释，得到浓度为17.5mg/mL的氧化石墨烯水溶胶。其中，改进Hummers法参照文献：Marcano D.C.,et al.,Improved synthesis of graphene oxide,ACS Nano,4(2010),8,pp.4806-4814中的方法进行。
取2g蒙脱土加入500mL去离子水中，经过充分的机械搅拌，使其分散均匀，制得浓度约为2.5mg/mL的蒙脱土悬浮液。将10mL蒙脱土悬浮液加入到上述氧化石墨烯水溶胶中，经机械搅拌，超声分散，使其均匀混合。在搅拌过程中，加入10mL，浓度为5mg/mL的聚乙烯醇水溶液作为增稠剂，混匀后得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂。其中，氧化石墨烯、聚乙烯醇和蒙脱土的质量比为85:10:5。
将普通棉织物裁剪成20cm×40cm大小，固定于涂层小样机的托架上，并将上述制备的氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂均匀地置于刮刀的一端，通过刮刀的运动将涂层剂均匀对棉织物的表面进行单面涂覆，其中刮刀运动的速度(即涂覆速度)为0.2cm/s，调节涂层厚度为0.5mm，将涂覆后的织物置于鼓风干燥箱100℃烘10min。
然后将上述单面涂层后的棉织物正反倒置后置于涂层小样机托架上，将涂层剂均匀的倒置于刮刀一端，调节涂层速度为0.2cm/s，涂层厚度为0.5mm。将双面均涂覆了石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂的织物置于鼓风干燥箱100℃烘10min，得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土的阻燃涂层棉织物。
实施例2
参照实施例1的方法，制备氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂，其中，氧化石墨烯、增稠剂和蒙脱土的质量比为80:10:10。其他工艺与实施例1相同，得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土的阻燃涂层棉织物。
实施例3
参照实施例1的方法，制备氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂，其中，氧化石墨烯、增稠剂和蒙脱土的质量比为75:10:15。其他工艺与实施例1相同，得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土的阻燃涂层棉织物。
实施例4
参照实施例1的方法，制备氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂，其中，氧化石墨烯、增稠剂和蒙脱土的质量比为70:10:20。其他工艺与实施例1相同，得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土的阻燃涂层棉织物。
实施例5
选用蚕丝织物作为待涂覆织物，其余参数和工艺均与实施例1相同，得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土的阻燃涂层蚕丝织物。
实施例6
选用蚕丝织物作为待涂覆织物，其余参数和工艺均与实施例2相同，得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土的阻燃涂层蚕丝织物。
实施例7
选用蚕丝织物作为待涂覆织物，其余参数和工艺均与实施例3相同，得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土的阻燃涂层蚕丝织物。
实施例8
选用蚕丝织物作为待涂覆织物，其余参数和工艺均与实施例4相同，得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土的阻燃涂层蚕丝织物。
通过极限氧指数仪测试上述得到的各氧化石墨烯掺杂蒙脱土的具有阻燃涂层的织物的阻燃性能，测试结果如表1所示。
表1具有阻燃涂层的织物的阻燃性能测试结果
从上表中可看出，各实施例所得到的织物极限氧指数均超过26％，说明所得到的具有阻燃涂层的织物皆具备优异的阻燃性能。其中，随着蒙脱土质量的提升，所得具有阻燃涂层织物的极限氧指数也逐渐提高。其中，当涂层剂成分质量比为70:10:20时，实施例4所得具有阻燃涂层棉织物极限氧指数达到33.2％；实施例8所得具有阻燃涂层蚕丝织物，氧指数达到44.6％，表明该涂层剂赋予了织物极佳的阻燃性能。
图1是未经本发明的方法处理的蚕丝织物的放大100倍的扫描电镜图；图2是实施例8制备的阻燃蚕丝织物的放大100倍的扫描电镜图。对比图1和图2可发现，涂层后的织物表面明显附着一层阻燃薄膜，不能直接吸附在织物表面的蒙脱土成功被包覆在氧化石墨烯溶胶内，吸附在织物表面，两种阻燃剂同时发挥阻燃作用，赋予织物优异的阻燃性能。
图3是未经本发明方法处理的蚕丝织物的垂直燃烧图；图4是实施例8制备的阻燃蚕丝织物的垂直燃烧图。其中未经处理的蚕丝织物经垂直燃烧后损毁长度为22cm，且织物表观遭到严重的破坏，而实施例8制备的阻燃蚕丝织物经垂直燃烧后，损坏长度为9.5cm，且织物依然能保持完整的表观形貌，说明该织物具备优异的阻燃性能。
实施例9
参照实施例1的工艺，选用蚕丝织物作为待涂覆织物，并且选用瓜尔胶作为增稠剂，调节涂层速度为1cm/s，涂层厚度为0.2mm，其余参数和工艺均与实施例1相同，得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土的阻燃涂层蚕丝织物。
实施例10
参照实施例2的工艺，选用蚕丝织物作为待涂覆织物，并且选用瓜尔胶作为增稠剂，调节涂层速度为0.6cm/s，涂层厚度为1.0mm，其余参数和工艺均与实施例2相同，得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土的阻燃涂层蚕丝织物。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有阻燃涂层的织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供浓度为8.5-17.5mg/mL的氧化石墨烯水溶胶；
(2)将蒙脱土与水混合均匀，得到蒙脱土悬浮液；
(3)将所述蒙脱土悬浮液、所述氧化石墨烯水溶胶以及增稠剂混合均匀，得到氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂；
(4)将步骤(3)得到的所述氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂涂覆到织物表面，得到所述具有阻燃涂层的织物。
2.根据权利要求1所述的具有阻燃涂层的织物的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，采用改进Hummers法制备氧化石墨烯。
3.根据权利要求1所述的具有阻燃涂层的织物的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述增稠剂为聚乙烯醇或瓜尔胶。
4.根据权利要求1所述的具有阻燃涂层的织物的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，氧化石墨烯、增稠剂和蒙脱土的质量比为70-85:10:5-20。
5.根据权利要求1所述的制备具有阻燃涂层的织物的方法，其特征在于，在步骤(4)中，采用涂层机进行涂覆，涂覆速度为0.2cm/s-1cm/s，涂层厚度为0.2-1.0mm。
6.根据权利要求5所述的制备具有阻燃涂层的织物的方法，其特征在于：所述涂层机包括托架和位于所述托架一端的刮刀，所述织物固定在托架上，所述氧化石墨烯掺杂蒙脱土涂层剂在刮刀的带动下均匀涂覆于织物的表面。
7.根据权利要求1所述的制备具有阻燃涂层的织物的方法，其特征在于：在步骤(4)中，还包括在60℃-120℃下烘干涂覆后的织物的步骤。
8.根据权利要求1所述的具有阻燃涂层的织物的制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，对织物进行双面涂覆。
9.根据权利要求1所述的具有阻燃涂层的织物的制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述织物为棉和/或蚕丝织物。
10.一种权利要求1-9中任一项方法所制备的具有阻燃涂层的织物。
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