CN1932135A - 有机纤维织物耐火隔热的整理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机纤维织物耐火隔热的整理方法，该方法通过在有机纤维或织物的表面形成由片状氢氧化物构成的连续防护膜，提高有机纤维织物的耐火、隔热性能。本发明的方法工艺简单，成本低。由于使用普通无机化合物作为原料，加工过程对环境没有污染，高温条件下没有有毒气体释放。

Description

有机纤维织物耐火隔热的整理方法

技术领域

本发明属于有机纤维织物的功能性后整理领域，具体地说涉及有机纤维织物耐火隔热的整理方法。

背景技术

耐火、隔热有机纤维织物在航天航空、高温过滤、防护服装等方面有着广泛的应用。有机纤维织物的耐火、隔热性能主要通过三种方法获得：①对有机纤维织物进行耐火、隔热的后处理，该方法成本相对较低；②直接生产耐火、隔热纤维，成本价格昂贵；③生产添加型耐火纤维，添加剂对纤维的加工工艺、物理机械性能等会有负面影响

传统上，通常采用对有机纤维织物进行耐火、隔热后处理的方法赋予其耐火、隔热性能，所用的耐火、隔热材料分有机材料和无机材料。但是传统的有机耐火材料有以下两个缺点：

含有卤素、磷、氮、氯等元素，遇到高温存在释放有毒气体的问题，

通常只是耐火，没有同时具备隔热的功能。

因此，近些年来环保、轻质、高效隔热和良好防火性能的无机耐火、隔热材料发展迅速，尤其是片状金属氢氧化物，越来越受到人们的重视。

片状氢氧化铝、片状氢氧化镁、片状氢氧化锌、层状双氢氧化物晶体，在高温时会发生脱水反应，吸收大量的热量，另外一方面，加热脱水后会在基质表面生成耐火性能极好的均匀分布的金属氧化物，可与其他炭化物一起形成一道致密屏障，起到很好的耐火、隔热作用，其中生成的金属氧化物可耐500-1000℃的高温。因此该类化合物被广泛用作阻燃、耐火材料的添加剂。

目前，上述金属氢氧化物在防火、隔热方面的应用主要还是被作为阻燃填充物用在聚合物的复合材料中。

利用金属氢氧化物、层状硅酸盐化合物作为填充物添加在聚合物中，提高聚合物材料耐火、隔热性能，存在以下缺点：

作为添加剂，必须首先将金属氢氧化物、层状硅酸盐化合物制备成超细粉体，制备过程成本高，超细粉体存在团聚现象。

超细粉体的添加量大，对聚合物材料的物理机械性能有负面影响。

超细粉体不能在聚合物表面形成连续的防护膜，影响聚合物的耐火、隔热性能。

作为添加材料，只能适用于合成或再生有机材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种有机纤维织物耐火隔热的整理方法，以解决现有技术的缺陷。

本发明的原理是利用无机化合物原料，通过在有机纤维表面生长的方式，在有机纤维织物的表面形成由片状氢氧化物构成的连续防护膜，提高有机纤维织物的耐火、隔热性能。

本发明所提供的有机纤维织物耐火隔热的整理方法，包括如下几个步骤：

①氢氧化物晶种的制备：以易溶于水的镁、锌和铝盐和碱剂(无机碱、有机碱)为原料，用水为溶剂，制备镁氢氧化物、锌氢氧化物或铝氢氧化物的片状晶种。

②氢氧化物片状晶种在有机纤维织物表面的植种：将表面改性或未经改性的有机纤维/织物，用不同浓度的晶种液体处理一定时间，使一定数量的片状晶种吸附在有机纤维表面，烘干备用；或者通过浸轧法将氢氧化物片状晶种施加到有机纤维/织物的表面上。

③片状氢氧化物晶体在有机纤维表面的二次生长：将表面吸附有片状晶种的有机纤维/织物浸渍在同类可溶性镁盐、锌盐或铝盐与碱剂(无机碱、有机碱)的反应液中，在适当的条件下反应，随着反应的进行，片状晶体逐渐长大，完成对有机纤维材料的包覆，赋予有机纤维织物耐火、隔热性能。

具体步骤为：

①氢氧化物晶种的制备：容器中加入水，通碱性溶液调节pH至7.0～12.0；然后以5～100ml/h的速度、用恒流泵往体系中加碱性溶液和水溶性的镁、锌或铝溶液，碱性溶液和水溶性的镁、锌或铝溶液的浓度分别为：0.01mol～1.0mol/L和0.01mol～0.50mol/L，加料时间1～5小时，(加入的碱性溶液和水溶性的镁、锌或铝溶液的量由加料速度和加料时间决定)，继续恒温反应1～5小时，整个过程反应温度20℃～80℃，制得片状氢氧化物晶种，晶种粒径在1～500nm，最好是10-30nm；

②氢氧化物片状晶种在有机纤维织物表面的植种：将改性的或未改性的有机纤维/织物投入到上述的氢氧化物晶种溶液中，同时加入氨水/氯化铵缓冲溶液，使体系pH值恒定保持在7.0～11.0，温度为20～60℃；10-60分钟后将纤维/织物取出，用水清洗至残液的电导率与所用水的电导率一致；

③片状氢氧化物晶体在有机纤维表面的二次生长：将带有氢氧化物晶种的织物投入浓度为0.1～0.8mol/L的水溶性的镁、锌或铝溶液中，以1～30ml/h的速度通入同等体积的浓度为0.2～2mol/L的碱性溶液，温度为20～80℃，在同样温度下陈化1～120天，最后在纤维/织物表面得到连续的晶体膜。

其中所述的氢氧化物为氢氧化镁、氢氧化铝或氢氧化锌；所述的水溶性的镁、锌或铝溶液为镁的可溶性盐溶液、铝的可溶性盐溶液和锌的可溶性盐溶液；所述的碱性溶液可以为有机碱溶液，也可以为无机碱溶液，优选的为氨水或六亚甲基四胺溶液。

其中优选的镁的可溶性盐溶液为氯化镁溶液；优选的铝的可溶性盐溶液为氯化铝溶液；优选的锌的可溶性盐溶液为氯化锌溶液。

步骤②中，对纤维/织物进行改性的方法：

改性液组成：多元羧酸0.1～100g/L，催化剂0.1～60g/L；

改性过程：纤维素纤维织物两浸两轧改性液，轧余率50％-100％，60℃～100℃预烘5～10分钟，140℃～180℃焙烘2～5分钟，然后水洗至残液为中性，烘干待用。

步骤③中，还可以在“20～80℃温度下陈化1～120天”后再加一个高温阶段，该高温阶段的具体步骤为：将前述准备的纤维/织物投入水溶性镁、锌或铝溶液和碱性溶液的反应体系中，其中水溶性的镁、锌或铝溶液的浓度为：0.01-0.5mol/L，碱性溶液的浓度为0.01-2mol/L，整个反应的反应温度为：120℃-160℃，反应时间为：6-48小时，最后在纤维/织物表面得到连续的晶体膜。

发明的优点

与传统方法相比，本发明的方法具有以下优点：

通过片状无机化合物在有机纤维表面的原位生长或者二次生长，实现对有机纤维/织物材料的包覆，不需要超细粉体的制备过程，不需要聚合物与超细粉体的混合过程。本发明的方法工艺简单，成本低。由于使用普通无机化合物作为原料，加工过程对环境没有污染，高温条件下没有有毒气体释放。

原位生长的片、层状无机化合物在有机纤维表面通过共价键与有机纤维结合，不使用粘合剂，结合牢度高。

片、层状结构无机化合物只集中在有机纤维材料表面，对有机纤维材料的物理机械性能影响小。

该方法应用范围广泛，可适用于合成纤维材料、再生纤维材料和天然纤维材料。

附图说明

图1：工艺流程图

具体实施方式：

现用下列非限定性实施例加以说明

实施例一：

1、制备氢氧化镁晶种：首先在四颈瓶中加入100ml的二次蒸馏水，通氨水调节体系pH值至11，然后以40ml/h的速度、同时用恒流泵往体系中加氨水和氯化镁稀溶液，氨水和氯化镁的浓度分别为：0.2mol/L和0.1mol/L，加料时间2小时，继续恒温反应2小时，整个过程反应温度40℃，制得粒径在20nm左右的晶种。

2、棉织物上氢氧化镁晶种的植种：将0.5g棉织物投入到100ml上述的氢氧化镁晶种溶液中，同时加入氨水/氯化铵缓冲溶液，使体系pH值保持在11，整个反应在恒温水浴槽中进行，温度为40℃。30分钟后将织物取出，用二次蒸馏水清洗至残液的电导率与二次蒸馏水的电导率一致。

3、氢氧化镁晶体进行二次生长：1)常温阶段：将带有氢氧化镁晶种的织物投入200ml浓度为0.1mol/L的氯化镁溶液中，以15ml/h的速度通入浓度为1mol/L的氨水180ml，整个反应过程在恒温水浴槽中进行，温度为40℃，在同样温度下陈化20天使氢氧化镁片状晶体布满纤维表面，2)高温阶段：将常温阶段准备的织物投入100ml高温二次生长的体系中，该体系氯化镁的浓度为：0.5mol/L，有机碱六亚甲基四胺的浓度为2mol/L，整个反应在高温高压罐中进行，反应温度为：160℃，反应时间为：10小时，最后在棉织物表面得到连续的晶体膜。

实施例二：

1、制备氢氧化镁晶种：首先在四颈瓶中加入100ml的二次蒸馏水，通氨水调节体系pH至11，然后以40ml/h的速度、同时用恒流泵往体系中加氨水和氯化镁稀溶液，氨水和氯化镁的浓度分别为：0.2mol/L和0.1mol/L，加料时间2小时，继续恒温反应2小时，整个过程反应温度40℃，制得粒径在20nm左右的晶种。

2、棉织物的柠檬酸改性：

改性液组成：柠檬酸100g/L，次亚磷酸钠60g/L

改性过程：棉织物两浸两轧改性液，轧余率90％-100％，80℃预烘5分钟，180℃焙烘2分钟，然后水洗至残液为中性，烘干待用。

3、棉织物上氢氧化镁晶种的植种：将上述改性过的棉织物0.5g投入到100ml上述的氢氧化镁晶种溶液中，同时加入氨水/氯化铵缓冲溶液，使体系pH值保持在11，整个反应在恒温水浴槽中进行，温度为40℃。30分钟后将织物取出，用二次蒸馏水清洗至残液的电导率与二次蒸馏水的电导率一致。

4、氢氧化镁晶体进行二次生长：1)常温阶段：将带有氢氧化镁晶种的织物投入200ml浓度为0.1mol/L的氯化镁溶液中，以20ml/h的速度通入浓度为1mol/L的氨水200ml，整个反应过程在恒温水浴槽中进行，温度为40℃，在同样温度下陈化20天使氢氧化镁片状晶体布满纤维表面，2)高温阶段：将常温阶段准备的织物投入100ml高温二次生长的体系中，该体系的氯化镁的浓度为0.5mol/L，有机碱六亚甲基四胺的浓度为2mol/L，整个反应在高温高压罐中进行，反应温度为：140℃，反应时间为：15小时，最后在棉织物表面得到连续的晶体膜。

实施例三：

1、制备氢氧化铝晶种：首先在四颈瓶中加入200ml的二次蒸馏水，通氨水调节体系pH至10，然后以10ml/h的速度、同时用恒流泵往体系中加氨水和氯化铝稀溶液，氨水和氯化铝的浓度分别为：0.3mol/L和0.1mol/L，加料时间2小时，继续恒温反应1小时，整个过程反应温度25℃，制得粒径在10nm左右的晶种。

2、棉织物的柠檬酸改性：

改性液组成：马来酸100g/L，次亚磷酸钠60g/L

改性过程：棉织物两浸两轧改性液，轧余率90％-100％，80℃预烘5分钟，180℃焙烘2分钟，然后水洗至残液为中性，烘干待用。

3、棉织物上氢氧化铝晶种的植种：将上述改性过的棉织物0.5g投入到100ml上述的氢氧化铝晶种溶液中，同时加入氨水/氯化铵缓冲溶液，使体系pH值保持在10，整个反应在恒温水浴槽中进行，温度为25℃。30分钟后将织物取出，用二次蒸馏水清洗至残液的电导率与二次蒸馏水的电导率一致。

4、氢氧化铝晶体进行二次生长：将带有氢氧化铝晶种的织物投入浓度为0.2mol/L的氯化铝溶液中，以30ml/h的速度通入180ml浓度为0.8mol/L的氨水，整个反应过程在恒温水浴槽中进行，温度为25℃，在同样温度下陈化30天使氢氧化铝片状晶体长大，最后在纤维/织物表面得到连续的晶体膜。

Claims (4)

1.一种有机纤维织物耐火隔热的整理方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

①氢氧化物晶种的制备：容器中加入水，通碱性溶液调节pH至7.0～12.0；然后以5～100ml/h的速度、用恒流泵往体系中加碱性溶液和水溶性的镁、锌或铝溶液，碱性溶液和水溶性的镁、锌或铝盐溶液的浓度分别为：0.01mol～1.0mol/L和0.01mol～0.50mol/L，加料时间1～5小时，继续恒温反应1～5小时，整个过程反应温度20℃～80℃，制得的片状氢氧化物晶种；

②氢氧化物片状晶种在有机纤维织物表面的植种：将改性的或未改性的有机纤维/织物投入到上述的氢氧化物晶种溶液中，同时加入氨水/氯化铵缓冲溶液，使体系pH值恒定保持在7.0～11.0，温度为20～60℃；10-60分钟后将纤维/织物取出，用水清洗至残液的电导率与水的电导率一致；

③片状氢氧化物晶体在有机纤维表面的二次生长：将带有氢氧化物晶种的织物投入浓度为0.1～0.8mol/L的水溶性的镁、锌或铝溶液中，以1～30ml/h的速度通入同等体积的浓度为0.2-2mol/L的碱性溶液，温度为20～80℃，在同样温度下陈化1～120天，最后在纤维/织物表面得到连续的晶体膜。

2.根据权利要求1所述的整理方法，其特征在于所述的步骤③中，在所述的20～80℃温度下陈化1～120天步骤后再加一个高温阶段，该高温阶段的具体步骤为：将前述准备的纤维/织物投入水溶性的镁、锌或铝溶液和碱性溶液的反应体系中，其中水溶性的镁、锌或铝溶液的浓度为：0.01-0.5mol/L，碱性溶液的浓度为0.01-2mol/L，反应温度为：120℃-160℃，反应时间为：6-48小时，最后在纤维/织物表面得到连续的晶体膜。

3.根据权利要求1或2所述的整理方法，其特征在于所述的氢氧化物为氢氧化镁、氢氧化铝或氢氧化锌；所述的水溶性的镁、锌或铝溶液为镁的可溶性盐溶液、铝的可溶性盐溶液和锌的可溶性盐溶液；所述的碱性溶液为氨水或六亚甲基四胺溶液。

4.根据权利要求3所述的整理方法，其特征在于所述的镁的可溶性盐溶液为氯化镁溶液；所述的铝的可溶性盐溶液为氯化铝溶液；所述的锌的可溶性盐溶液为氯化锌溶液。

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