CN109183408A - 一种层层自组装阻燃棉织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种层层自组装阻燃棉织物，所述阻燃棉织物的制备方法包括如下步骤：(1)制备聚阳离子溶胶；(2)制备阴离子溶液；(3)棉织物预处理；(4)制备阻燃棉织物。本发明采用的聚阳离子溶胶和阴离子溶液，在阻燃效果上具有一定的协同作用，反应条件温和，工艺简单，操作方便，绿色无污染。

Description

一种层层自组装阻燃棉织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及棉织物阻燃技术领域，尤其是涉及一种通过层层自组装在棉织物表面构建阻燃涂层的方法。
背景技术
纺织品应用在生活的各个方面，但据有关数据表明每年由纺织品引起的火灾占世界火灾事故的一半，给人们的生命财产安全造成了巨大的损失。棉织物作为应用最为广泛的天然纤维，其具有染色性、生物相容性、吸湿透气性、保暖性、手感柔软等优点，但是其极限氧指数只有18％，容易燃烧引起火灾，严重威胁人们的生命财产安全。因此，对棉织物的阻燃整理的研究就显得尤为重要。为了赋予棉织物一定的阻燃性能，一般需加入相当量的阻燃剂，这会在一定程度上延缓棉织物的燃烧，为灭火和拯救人们的生命财产赢得时间。但阻燃剂的加入可能会影响织物的其他服用性能，故在赋予棉织物一定的阻燃性能的同时，要考虑棉织物的其他性能，力求在阻燃性能和其他性能间求得最佳的综合平衡。此外，由于棉织物具有吸湿性，且空隙较大，给细菌的生长提供了良好的生存环境。随着科学技术的发展，健康生活的理念不断深入人心，纺织品作为日常与人接触最多的一类材料，人们对其安全卫生性的关注也越来越多。
含卤阻燃剂是应用最为广泛传统的棉用阻燃剂，但由于其在燃烧的过程中会产生有毒的气体而被禁用。随着各种阻燃剂和阻燃技术不断发展，新型的阻燃剂和阻燃技术在阻燃纺织品的应用领域显示出了巨大的应用前景。其中含磷、氮、硅的阻燃剂因其在阻燃效果上具有一定的协同阻燃效果而备受青睐。织物的整理多以传统的轧烘焙工艺为主，然而这种工艺也具有一定的局限性和缺点。
近年来，新型的加工技术，电子束辐射技术、层层自组装技术在纺织品的改性加工中得到了越来越多的应用。相对于轧烘焙工艺，层层自组装技术具有制备简单、厚度可控、可以组合控制不同的生物分子等优点。层层自组装技术是一种全新的方法，它通过在织物表面交替吸附阴阳离子形成功能性的薄膜，赋予纺织品多功能性的同时，对纺织品本身的优良性质的影响很小。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种层层自组装阻燃棉织物及其制备方法。本发明采用的聚阳离子溶胶和阴离子溶液，在阻燃效果上具有一定的协同作用，反应条件温和，工艺简单，操作方便，绿色无污染。
本发明的技术方案如下：
一种层层自组装阻燃棉织物，所述阻燃棉织物的制备方法为：
(1)制备聚阳离子溶胶
将聚(3-氯丙基三乙氧基硅氧烷)溶于DMF中，加入三聚氰酸和三乙胺，加热搅拌，待反应完成后，冷却析出三乙胺盐酸盐，抽滤去除三乙胺盐酸盐；
然后在反应液中加入三甲胺水溶液，反应完成后，去除溶剂、洗涤，制得聚阳离子溶胶，即PCQS；
(2)制备阴离子溶液
将PA溶于去离子水中，并用氢氧化钠溶液调节其pH，制成阴离子溶液；
(3)棉织物预处理
将煮练过的棉织物浸渍在聚乙烯亚胺溶液中，烘干；
(4)制备阻燃棉织物
①将步骤(1)制得的PCQS加入到去离子水中，配制成1wt％的聚阳离子溶液；
②将步骤(3)预处理好的棉织物先浸渍在聚阳离子溶液中，再浸渍在阴离子溶液中，完成层层自组装的第一层，每次在浸渍溶液之前棉织物都用去离子水充分洗涤；重复以上组装过程，直到达到10～30层。
步骤(1)中所述聚(3-氯丙基三乙氧基硅氧烷)、三聚氰酸、三乙胺与三甲胺的摩尔比为2:1:1:2，三甲胺水溶液的质量分数为33％。
步骤(2)中所述PA的质量浓度为70％，制备的阴离子溶液的浓度2wt％；NaOH溶液浓度为4mol/L，调节pH为4。
步骤(3)中所述聚乙烯亚胺溶液为的浓度为1wt％，用4mol/L的氯化氢溶液调节pH为7。
步骤(4)中所述阴阳离子浸渍的时间为1～5min。
本发明有益的技术效果在于：
本发明采用的植酸来源广泛，含磷量高(28％),可作为一种绿色的阻燃剂。
本发明合成的聚阳离子溶胶PCQS是一种含有硅和氮聚阳离子化合物，此外，PCQS上有可供氯化的N-H键，可以通过氯化赋予整理棉织物一定的抗菌性。
通过层层自组装的方法将含磷丰富的植酸(阴离子)和PCQS(聚阳离子)整理到棉织物上，在棉织物表面构建含磷、氮、硅阻燃体系。当阻燃整理棉织物暴露于火焰中是，织物表面的阻燃剂会先于棉织物分解，并通过气相和和固相发挥阻燃作用。并且由于合成的PCQS上有可供氯化的N-H键，故经阻燃整理后的棉织物具有高效的抗菌性。同时，聚阳离子化合物和阴离子会在织物表面形成致密的薄膜，且随着组装层数的增加，织物表面沉积的膜的厚度增加，使得织物的透光率降低，UPF值增加。因此，经自组装整理后的棉织物既具有良好的阻燃性和高效的抗菌性，同时也具有一定的抗紫外性能。
附图说明
图1为实施例1～3所得阻燃棉织物的垂直燃烧图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种层层自组装阻燃棉织物，所述阻燃棉织物的制备方法为：
(1)制备聚阳离子溶胶
将聚(3-氯丙基三乙氧基硅氧烷)溶于DMF中，加入三聚氰酸和三乙胺，加热搅拌，待反应完成后，冷却析出三乙胺盐酸盐，抽滤去除三乙胺盐酸盐；
然后在反应液中加入三甲胺水溶液，反应完成后，去除溶剂、洗涤，制得聚阳离子溶胶，即PCQS；聚(3-氯丙基三乙氧基硅氧烷)、三聚氰酸、三乙胺与三甲胺水溶液的摩尔比为2:1:1:2。
(2)制备阴离子溶液
将PA溶于去离子水中，并用氢氧化钠溶液调节其pH，制成2wt％的阴离子溶液。
(3)棉织物预处理
将煮练过的棉织物浸渍在1wt％的聚乙烯亚胺溶液中，烘干。
(4)制备阻燃棉织物
①将步骤(1)制得的PCQS加入到去离子水中，配制成1wt％的聚阳离子溶液；
②将步骤(3)预处理好的棉织物先浸渍在聚阳离子溶液中，再浸渍在阴离子溶液中，完成层层自组装的第一层，浸渍的时间为5min；在接下来的组装循环过程中浸渍溶液的时间为1min，每次在浸渍溶液之前棉织物都用去离子水充分洗涤；重复以上组装过程，直到达到10层。
实施例2
一种层层自组装阻燃棉织物，所述阻燃棉织物的制备方法为：
(1)制备聚阳离子溶胶
将聚(3-氯丙基三乙氧基硅氧烷)溶于DMF中，加入三聚氰酸和三乙胺，加热搅拌，待反应完成后，冷却析出三乙胺盐酸盐，抽滤去除三乙胺盐酸盐；
然后在反应液中加入三甲胺水溶液，反应完成后，去除溶剂、洗涤，制得聚阳离子溶胶，即PCQS；聚(3-氯丙基三乙氧基硅氧烷)、三聚氰酸、三乙胺与三甲胺水溶液的摩尔比为2:1:1:2。
(2)制备阴离子溶液
将PA溶于去离子水中，并用氢氧化钠溶液调节其pH，制成2wt％的阴离子溶液。
(3)棉织物预处理
将煮练过的棉织物浸渍在1wt％的聚乙烯亚胺溶液中，烘干。
(4)制备阻燃棉织物
①将步骤(1)制得的PCQS加入到去离子水中，配制成1wt％的聚阳离子溶液；
②将步骤(3)预处理好的棉织物先浸渍在聚阳离子溶液中，再浸渍在阴离子溶液中，完成层层自组装的第一层，浸渍的时间为5min；在接下来的组装循环过程中浸渍溶液的时间为1min，每次在浸渍溶液之前棉织物都用去离子水充分洗涤；重复以上组装过程，直到达到20层。
实施例3
一种层层自组装阻燃棉织物，所述阻燃棉织物的制备方法为：
(1)制备聚阳离子溶胶
将聚(3-氯丙基三乙氧基硅氧烷)溶于DMF中，加入三聚氰酸和三乙胺，加热搅拌，待反应完成后，冷却析出三乙胺盐酸盐，抽滤去除三乙胺盐酸盐；
然后在反应液中加入三甲胺水溶液，反应完成后，去除溶剂、洗涤，制得聚阳离子溶胶，即PCQS；聚(3-氯丙基三乙氧基硅氧烷)、三聚氰酸、三乙胺与三甲胺水溶液的摩尔比为2:1:1:2。
(2)制备阴离子溶液
将PA溶于去离子水中，并用氢氧化钠溶液调节其pH，制成2wt％的阴离子溶液。
(3)棉织物预处理
将煮练过的棉织物浸渍在1wt％的聚乙烯亚胺溶液中，烘干。
(4)制备阻燃棉织物
①将步骤(1)制得的PCQS加入到去离子水中，配制成1wt％的聚阳离子溶液；
②将步骤(3)预处理好的棉织物先浸渍在聚阳离子溶液中，再浸渍在阴离子溶液中，完成层层自组装的第一层，浸渍的时间为5min；在接下来的组装循环过程中浸渍溶液的时间为1min，每次在浸渍溶液之前棉织物都用去离子水充分洗涤；重复以上组装过程，直到达到30层。
测试例1
将实施例1、2、3制备得到的整理棉织物及原棉织物和预处理棉织物按照GB/T5455-1997《纺织品燃烧性能测试垂直法》，在YG815型垂直法织物燃烧性能测试仪上对织物进行垂直燃烧测试，测试的标准样品大小为300×80mm。燃烧后的棉织物形貌如图1所示；从左边起依次为实施例1、实施例2、实施例3制备得到的棉织物试样。
表1
实施例 续燃时间/s 阴然时间/s 炭长/cm
原棉 15 3.1 0
预处理棉 14.8 3.5 >30
1 8.3 2.3 >30
2 0 0 11.2
3 0 0 8.1
由图1和表1可以很直观地看出，经过阻燃整理的棉织物织物明显比原棉织物有更好的阻燃性能，并且随着组装层数的增加织物垂直燃烧的损毁长度逐渐减小，阻燃性能逐渐变好。
测试例2
按照GB/T 5454-1997《纺织品燃烧性能测试氧指数法》，将实施案例1、2、3制备得到的整理棉织物及原棉织物和预处理棉织物至少裁剪成5块，样品规格约为25×6cm2，在氧氮混合气流中，用百分含量来表示维持其燃烧所需的最低氧浓度值。结果见表2所示，由表2可以看出随着组装层数的增加，阻燃整理棉织物的LOI值由原棉的18.2％增加到29.8％。
表2
实施例 原棉 预处理棉 1 2 3
LOI/％ 18.2 19.1 24.1 26.5 29.8
测试例3
根据修正AATCC 100-2004标准采用大肠杆菌O157：H7(ATCC 43895)和金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)作为测试菌种对实施例3制备的棉织物及实施例3制备的棉织物氯化后进行抗菌测试.先将细菌悬浮于100μM/L(pH＝7)的磷酸盐缓冲液中.在一片试样(2.54cm×2.54cm)的中心，加入25μL细菌液悬浮液；其次将另一片样品以“三明治”的形式叠加到该试样上，并用无菌压铁压在样品上使细菌充分接触样品.一定时间后，将其浸渍于5mL的0.02N的无菌NaS2O3溶液的形离心管中震荡2min，以去除所有氧化态氯.最后将上述溶液用100μM(pH＝7)的磷酸盐缓冲液稀释，稀释后的溶液放置在培养基中，在37℃恒温下培养24h。通过统计存活菌落数目来计算抗菌率。由表3可以直观地看出经自组装整理后的棉织物在氯化过后具有高效的抗菌性，能在接触细菌1min内杀死所有的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。
表3
测试例4
采用紫外防护因子(UPF)来评价实施案例1、2、3制备得到的整理棉织物及原棉织物和预处理棉织物的抗紫外性能。根据澳大利亚/新西兰标准AS/NZS4399：1996的测试方法对织物样品进行测试，实验仪器为美国VARIAN技术有限公司的Cary50纺织品紫外防护因子测试仪。由表4可以直观地看出，随着组装层数的增加，自组装整理后的棉织物的抗紫外性能有所提高。
表4
实施例 原棉 预处理棉 1 2 3
UPF 6.76 7.08 11.56 19.50 30.60

Claims (5)

1.一种层层自组装阻燃棉织物，其特征在于，所述阻燃棉织物的制备方法为：
(1)制备聚阳离子溶胶
将聚(3-氯丙基三乙氧基硅氧烷)溶于DMF中，加入三聚氰酸和三乙胺，加热搅拌，待反应完成后，冷却析出三乙胺盐酸盐，抽滤去除三乙胺盐酸盐；
然后在反应液中加入三甲胺水溶液，反应完成后，去除溶剂、洗涤，制得聚阳离子溶胶，即PCQS；
(2)制备阴离子溶液
将PA溶于去离子水中，并用氢氧化钠溶液调节其pH，制成阴离子溶液；
(3)棉织物预处理
将煮练过的棉织物浸渍在聚乙烯亚胺溶液中，烘干；
(4)制备阻燃棉织物
①将步骤(1)制得的PCQS加入到去离子水中，配制成1wt％的聚阳离子溶液；
②将步骤(3)预处理好的棉织物先浸渍在聚阳离子溶液中，再浸渍在阴离子溶液中，完成层层自组装的第一层，每次在浸渍溶液之前棉织物都用去离子水充分洗涤；重复以上组装过程，直到达到10～30层。
2.根据权利要求1所述的阻燃棉织物，其特征在于，步骤(1)中所述聚(3-氯丙基三乙氧基硅氧烷)、三聚氰酸、三乙胺与三甲胺的摩尔比为2:1:1:2，三甲胺水溶液的质量分数为33％。
3.根据权利要求1所述的阻燃棉织物，其特征在于，步骤(2)中所述PA的质量浓度为70％，制备的阴离子溶液的浓度2wt％；NaOH溶液浓度为4mol/L，调节pH为4。
4.根据权利要求1所述的阻燃棉织物，其特征在于，步骤(3)中所述聚乙烯亚胺溶液为的浓度为1wt％，用4mol/L的氯化氢溶液调节pH为7。
5.根据权利要求1所述的阻燃棉织物，其特征在于，步骤(4)中所述阴阳离子浸渍的时间为1～5min。
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