CN113279082A - 一种用于防火服的阻燃纤维织物及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于防火服的阻燃纤维织物，是由生物纤维素纤维与芳纶纤维混纺制成。所述生物纤维素纤维和所述芳纶纤维之间的重量比例为7:3~6:4。所述生物纤维素纤维是将生物纤维素干燥后，溶解于溶剂体系中，经高速搅拌后得到纤维浆粕。所述芳纶纤维包括长度为3～8mm的间位芳纶短切纤维和长度为10～20mm的间位芳纶纤维。本发明提供的阻燃纤维织物具有比重轻、强度高、阻燃、耐高温、抗热辐射、透气、耐磨、耐折、对人体无害等特点；所述阻燃纤维织物可耐300‑500度的高温，再通过与外层含铝复合材料相结合，可以制备出最高可耐1000‑1500度高温的防火服，其具有阻燃、耐高温、抗热辐射、防水透气、耐磨、耐折等特点。

Description

一种用于防火服的阻燃纤维织物及制备方法
技术领域
本发明涉及纺织技术领域，尤其是涉及一种用于防火服的阻燃纤维织物及制备方法。
背景技术
防火服是消防员及高温作业人员近火作业时穿着的防护服装，用来对其上下躯干、头部、手部和脚部进行隔热防护，包括防火上衣、防火裤、防火头套、防火手套以及防火脚套。具有防火、隔热、耐磨、耐折、阻燃、反辐射热等特性，反辐射热温度高达1000℃。
防火服是由外层、隔热层、舒适层等多层织物复合而成，这种组合部分的材料可允许制成单层或多层。防火服外层一般采用具有反射辐射热的金属铝箔表面材料制成，而隔热层需要具备隔热、防火、耐磨、耐折、阻燃等特性。防火服整体应不含石棉，具有比重轻、强度高、阻燃、耐高温、抗热辐射、防水、耐磨、耐折、对人体无害等优点，能有效地保障消防队员、高温场所作业人员接近热源而不被酷热、火焰、蒸气灼伤。
现在市面上已有的700度隔热服，能够有效防护1600度辐射高温，在接近300度高温环境中可以维持1小时以上，能够在辐射温度为10W/CM2(即900至1000度)的场所进行抢险作业。700 度隔热服材料组成：外层是100%玻璃纤维镀铝面料；内层由铝箔反射层，玻璃纤维绝缘层以及尼龙覆氯丁橡胶隔湿热蒸气衬里组成。700 度隔热服以独特多层结构及外层耐高温镀铝玻纤维制成，可使作业人员免受高温伤害。并且隔热服内层有防湿蒸气里层，在可能接触到湿热液体、蒸气或热水气的环境下也能提供最佳的热防护性能。但是此隔热服结构复杂，制备成本高，制作过程复杂，对原材料要求高，加工难度大。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种比重轻、强度高、阻燃、耐高温、抗热辐射、透气、耐磨、耐折、对人体无害的阻燃纤维织物及其制备方法；所述阻燃纤维织物可耐300-500度的高温，再通过与外层含铝复合材料相结合，可以制备出最高可耐1000-1500度高温的防火服，其具有阻燃、耐高温、抗热辐射、防水透气、耐磨、耐折等特点。
本发明采用的技术方案是：
一种用于防火服的阻燃纤维织物，是由生物纤维素纤维与芳纶纤维混纺制成。
本发明的用于防火服的阻燃纤维织物，其中所述生物纤维素纤维和所述芳纶纤维之间的重量比例为7:3~6:4。
本发明的用于防火服的阻燃纤维织物，其中所述生物纤维素纤维是将生物纤维素干燥后，溶解于溶剂体系中，经高速搅拌后得到纤维浆粕。
本发明的用于防火服的阻燃纤维织物，其中所述芳纶纤维包括长度为3～8mm的间位芳纶短切纤维和长度为10～20mm的间位芳纶纤维。
本发明的用于防火服的阻燃纤维织物，其中用于溶解生物纤维素的溶剂体系为碱溶液和二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮中的任一种的混合体系；所述碱溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化锂水溶液、氨水中的一种或几种的组合；所述氢氧化钠水溶液的浓度为4-10%；所述氢氧化锂水溶液的浓度为2-6%；所述氨水的浓度为30-40%。
本发明的用于防火服的阻燃纤维织物，其中所述生物纤维素为采用可发酵生产生物纤维素的菌种接种入发酵培养基中进行静态发酵得到的膜状生物纤维素凝胶或动态发酵得到的粒状生物纤维素凝胶。
本发明的用于防火服的阻燃纤维织物，其中所述可发酵生产生物纤维素的菌种包括醋酸菌属（Acetobacter）、土壤杆菌属（Agrobacterium）、根瘤菌属（Rhizobium）和八叠球菌属（Sarcina），优选为木葡糖酸醋杆菌。其中生物纤维素的发酵生产，可以使用任何能够为上述微生物提供生长繁殖条件的发酵培养基，优选使用含有椰子水的发酵培养基。
本发明的用于防火服的阻燃纤维织物，生物纤维素干燥采用真空冷冻干燥或热风干燥。
本发明的用于防火服的阻燃纤维织物，其中所述生物纤维素溶解后，优选再加入分散剂，经高速搅拌后得到纤维浆粕；所述分散剂为有机分散剂，包括Ｎ-甲基氧化吗啉、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或两种。
本发明的用于防火服的阻燃纤维织物的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备生物纤维素；
（2）将生物纤维素干燥后，溶解于溶剂体系中，经高速搅拌后得到纤维浆粕；
（3）在不断搅拌下，向步骤（2）的纤维浆粕中加入长度为3～8mm的间位芳纶短切纤维和长度为10～20mm的间位芳纶纤维，高速搅拌，制成纺丝原液；
（4）采用湿法纺丝，制成纤维，再织造为所述阻燃纤维织物。
本发明的用于防火服的阻燃纤维织物，创新性地使用生物纤维素这种新型材料作为隔热阻燃耐热的主要材料。生物纤维素（Biocellulose），又被称为细菌纤维素（Bacterial cellulose，BC），其是由醋酸菌属的微生物，如木醋杆菌等发酵制成的纤维素产品。目前多以废弃物，如椰子水、菠萝皮汁等作为发酵培养基培养得到，因此其成本低廉。得到的产品中含有高达95%以上的水分，因此又被称为生物纤维素凝胶。生物纤维素凝胶的制备方法是本领域已知的，如CN101671708、CN1840677A、CN101319242A中均有所公开。生物纤维素与植物纤维素相比无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有高结晶度（可达95%，植物纤维素的为65%）和高的聚合度(DP值2 000～8 000)；其具有超精细网状结构，生物纤维素纤维是由直径3～4 纳米的微纤组合成40～60 纳米粗的纤维束，并相互交织形成发达的超精细网络结构；其弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上，并且抗张强度高；生物纤维素有很强的持水能力，同时具有较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性。生物纤维素凝胶现有的产品主要用于食品、化妆品中，如用于制作果冻、酸奶，增加膳食纤维的摄入；或者用于制作面膜产品的载体；这些产品在制作过程中对生物纤维素的性状要求较高，一般均要经过切割，此时会产生很多的切割废弃物、边角料，通常情况下废弃不用。
本发明优选使用生物纤维素加工时的废弃物，如制作果冻或面膜时切割后的废弃边角料，或者发酵过程中成膜形状不好的废弃物等，不但可以降低成本，还可以将加工废弃物二次利用。刚生产得到的生物纤维素为凝胶性质的产品，纤维结晶程度高，但是具有高持水性和高弹性，无法直接将其用于纤维混纺。发明人研究将其干燥脱水后再溶于有机溶剂，可以打破生物纤维素分子结构中大量的氢键结构，降低天然生物纤维素的结晶程度，形成含有短切纤维的浆粕，再与芳纶纤维混合后制备成纺丝原液，经混纺后得到纤维织物。由于生物纤维素纤维本身具有的比重轻、纯度高、弹性模量大等特性，与芳纶混纺后得到的纤维织物具有高弹性模量、耐磨、耐高温、耐折、阻燃、透气等特性。
进一步地，本发明提供一种防火服，包括隔热内层，所述隔热内层由上述的阻燃纤维织物制成。例如用本发明的阻燃纤维织物与铝箔复合成复合层，不含石棉。外层的铝箔具有耐高温、抗辐射热等功能，内层的阻燃纤维织物具有比重轻、耐高温、隔热、防火、强度高、耐磨、耐折、柔软透气以及对人体无毒无害等优点，整体防火服在灭火作业时能有效地保障消防员的人身安全，且穿着舒适性相比传统防火服来说大为提高；内层的生物纤维素纤维具有生物相容性好、吸汗透气等特性。所制作的防火服可以包括上衣、裤子、手套、头罩和护脚等等。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和对比实验来对本发明作进一步的说明，但是下文中的具体实施方法不应当被理解为对本发明的限制。本领域普通技术人员能够在本发明基础上显而易见地作出的各种改变和变化，应该均在本发明的范围之内。
一、制备生物纤维素。
实施例1
以椰子水作为培养基，接种经过活化的木葡糖酸醋杆菌，接种量为培养基重量的8%，28℃下浅盘静态发酵7天，在培养基表面获得生物纤维素膜，厚度为15mm。将其切割为适当形状的面膜产品后，剩余的边角小块凝胶产品备用。
实施例2
以葡萄糖3wt%、蔗糖2wt%、酵母膏1wt%、蛋白胨0.5wt%、磷酸氢二钠0.2wt%、磷酸氢二钾0.1wt%、硫酸镁0.1wt%、琼脂2wt%和91.1wt%的水配制成培养基，接种经过活化的木醋杆菌，接种量为培养基重量的10%，26℃下在摇瓶或其他容器中动态发酵5天，在培养基中获得球形的生物纤维素凝胶颗粒。
二、将生物纤维素干燥后，溶解于溶剂体系中，经高速搅拌后得到纤维浆粕。
实施例3
将实施例1得到的边角小块凝胶产品经热风干燥至含水量小于等于10%以下，然后溶于溶剂体系中，溶剂体系为6%的氢氧化钠水溶液和二甲基甲酰胺按体积比1:1的混合体系，连续搅拌，制得生物纤维素纤维浆粕。
实施例4
将实施例2得到的生物纤维素凝胶颗粒经真空冷冻干燥至含水量小于等于5%以下，然后溶于溶剂体系中，溶剂体系为4%的氢氧化锂水溶液和二甲基乙酰胺按体积比1:1的混合体系，连续搅拌，制得生物纤维素纤维浆粕。
实施例5
将实施例1得到的边角小块凝胶产品经热风干燥至含水量小于等于8%以下，然后溶于溶剂体系中，溶剂体系为40%的氨水和甲基吡咯烷酮按体积比1:1的混合体系，连续搅拌，制得生物纤维素纤维浆粕。
实施例6
将实施例2得到的生物纤维素凝胶颗粒经真空冷冻干燥至含水量小于等于5%以下，然后溶于溶剂体系中，溶剂体系为4%的氢氧化钠水溶液和2%的氢氧化锂水溶液和二甲基乙酰胺按体积比1:1:2的混合体系，连续搅拌，制得生物纤维素纤维浆粕。
实施例7
将实施例2得到的生物纤维素凝胶颗粒经真空冷冻干燥至含水量小于等于5%以下，然后溶于溶剂体系中，溶剂体系为4%的氢氧化锂水溶液和二甲基乙酰胺按体积比1:1的混合体系，再加入重量比2%的分散剂Ｎ-甲基氧化吗啉，连续搅拌，制得生物纤维素纤维浆粕。
实施例8
将实施例1得到的边角小块凝胶产品经热风干燥至含水量小于等于8%以下，然后溶于溶剂体系中，溶剂体系为40%的氨水和甲基吡咯烷酮按体积比1:1的混合体系，再加入重量比1%的分散剂聚乙烯基吡咯烷酮，连续搅拌，制得生物纤维素纤维浆粕。
三、在不断搅拌下，向步骤二的纤维浆粕中加入长度为3～8mm的间位芳纶短切纤维、长度为10～20mm的间位芳纶纤维，高速搅拌，制成纺丝原液。
实施例9测定步骤二得到的纤维浆粕的黏度，再按照生物纤维素纤维与芳纶重量比为7：3的比例加入间位芳纶短切纤维和间位芳纶纤维（间位芳纶短切纤维和间位芳纶纤维的比例为任意，优选为1:1），高速搅拌，制成纺丝原液。
实施例10
测定步骤二得到的纤维浆粕的黏度，再按照生物纤维素纤维与芳纶重量比为6：4的比例加入间位芳纶短切纤维和间位芳纶纤维（间位芳纶短切纤维和间位芳纶纤维的比例为任意，优选为1:1），高速搅拌，制成纺丝原液。
四、采用湿法纺丝，制成纤维，再织造为所述阻燃纤维织物。
实施例11
采用湿法纺丝工艺，纺丝原液经纺丝泵增压后通过直径为0.01-0.3mm的喷丝孔挤出，经凝固浴液形成纤维，然后经过50-70℃水洗、120-180℃烘干后，再经 270-450℃热处理，得到具备阻燃性能的纤维，再织造为阻燃纤维织物。
按照上述方法制备得到的纤维，检测其物理性能如下：
表1 物理性能
将上述纺丝纤维织造为面料，检测其阻燃性能，检测结果如下：
纤密度 初始杨氏模量 断裂强度 最大拉伸强度 抗剪切片 降解温度
本发明得到的阻燃纤维 2.5~4.8 dtex 45.7~64.2 cN/dtex 4.5~6.9 cN/dtex 120~190 cN/dtex 优秀 500℃
表2 阻燃性能测试
Figure 504219DEST_PATH_IMAGE002
从上述结果可以看出，本发明提供的阻燃纤维织物具有强度高、阻燃、耐高温、抗热辐射、透气、耐磨、耐折等特性，再通过与外层含铝复合材料相结合，可以制备出耐1000-1500度高温的防火服，防火服具有阻燃、耐高温、抗热辐射、防水透气舒适性佳、耐磨、耐折等特点。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (11)

1.一种用于防火服的阻燃纤维织物，其特征在于：由生物纤维素纤维与芳纶纤维混纺制成。
2.根据权利要求1所述的用于防火服的阻燃纤维织物，其特征在于：所述生物纤维素纤维和所述芳纶纤维之间的重量比例为7:3~6:4。
3.根据权利要求1所述的用于防火服的阻燃纤维织物，其特征在于：所述生物纤维素纤维是将生物纤维素干燥后，溶解于溶剂体系中，经高速搅拌后得到纤维浆粕。
4.根据权利要求1所述的用于防火服的阻燃纤维织物，其特征在于：所述芳纶纤维包括长度为3～8mm的间位芳纶短切纤维和长度为10～20mm的间位芳纶纤维。
5.根据权利要求3所述的用于防火服的阻燃纤维织物，其特征在于：所述溶剂体系为碱溶液和二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮中的任一种的混合体系；所述碱溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化锂水溶液、氨水中的一种或几种的组合；所述氢氧化钠水溶液的浓度为4-10%；所述氢氧化锂水溶液的浓度为2-6%；所述氨水的浓度为30-40%。
6.根据权利要求3所述的用于防火服的阻燃纤维织物，其特征在于：所述生物纤维素为采用可发酵生产生物纤维素的菌种接种入发酵培养基中进行静态发酵得到的膜状生物纤维素凝胶或动态发酵得到的粒状生物纤维素凝胶。
7.根据权利要求6所述的用于防火服的阻燃纤维织物，其特征在于：所述可发酵生产生物纤维素的菌种包括醋酸菌属（Acetobacter）、土壤杆菌属（Agrobacterium）、根瘤菌属（Rhizobium）和八叠球菌属（Sarcina），优选为木葡糖酸醋杆菌。
8.根据权利要求3所述的用于防火服的阻燃纤维织物，其特征在于：所述干燥为真空冷冻干燥或热风干燥。
9.根据权利要求3所述的用于防火服的阻燃纤维织物，其特征在于：所述生物纤维素溶解后，再加入分散剂，经高速搅拌后得到纤维浆粕；所述分散剂为有机分散剂，包括Ｎ-甲基氧化吗啉、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或两种。
10.一种用于防火服的阻燃纤维织物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制备生物纤维素；
（2）将生物纤维素干燥后，溶解于溶剂体系中，经高速搅拌后得到纤维浆粕；
（3）在不断搅拌下，向步骤（2）的纤维浆粕中加入长度为3～8mm的间位芳纶短切纤维和长度为10～20mm的间位芳纶纤维，高速搅拌，制成纺丝原液；
（4）采用湿法纺丝，制成纤维，再织造为所述阻燃纤维织物。
11.一种防火服，其特征在于：包括隔热内层，所述隔热内层由权利要求1所述的阻燃纤维织物制成。
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Title
梁锋: "《纤维素的溶胀与溶解》", 《广州化工》 *

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