随着户外运动的发展和普及,开发功能性更强的纺织品,增加服用材料的功能性已经逐渐成为现在纺织行业的发展方向。本文欲研发一种新型相变储能阻燃复合织物,主要针对相变储能纤维的调温功能、对红外波的干扰、阻燃能力以及其吸湿透气等特性进行分析考察。设计并制备固-固相变储能材料和适用于粘胶纤维的天然大分子阻燃剂,分别通过熔融纺丝和湿法纺丝进一步制得相变储能热红外干扰化纤和阻燃粘胶纤维,利用包芯纱的形式将二者混纺制备具有相变储能热红外干扰效果和良好服用性能的相变储能阻燃复合织物,对其各种功能的机理进行深入的研究,并探索性研究了该复合织物的回收及再利用行为,具体描述如下。使用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚乙二醇(PEG)、1,4丁二醇(BDO)、乙二胺(EDA)、二月桂酸二丁基锡(DBTDL)、三乙胺(TEA)、纳米二氧化硅(NS)等为主要原料制备了在聚酯纤维中有良好分散性的聚氨酯相变储能热红外干扰材料(PUIJPCM)。考察了不同分子量的PEG的相变性能,通过曲线拟合,分析了分子量对于PEG相变温度之间的关系,同时确定了分子量最为适合的PEG。之后应用正交试验法以及单因素法,以R值、反应温度、反应时间、NS含量等为影响因素,以PUIJPCM的粒径分布为评价指标,对制备工艺进行评价,确定了PUIJPCM的最佳制备方案。傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试结果表明,本实验成功合成了PUIJPCM,且NS的加入对PUIJPCM的红外光谱产生了一定的干扰。差示扫描量热(DSC)测试表明,由于分子链中有硬段束缚,PUIJPCM的相变焓和相变温度较对应的PEG均有所降低,但不影响其在PCM领域的应用;热失重测试(TGA)结果表明PUIJPCM的热分解温度较高,适合于大部分化纤的熔融纺丝,且在其相变温度范围内具有很好的热稳定性;PUIJPCM的相变过程是可逆的,其热循环稳定性很好;TG-FTIR测试表明PUIJPCM的热分解产物在300℃之前主要为CO2,300~500oC的温度区间为小分子烷烃和CO2,而这些小分子可燃性气体在该温度下未发生进一步的氧化分解,直至500oC之后后才氧化为CO2。通过双螺杆挤出机对PUIJPCM和涤纶(PET)母粒进行共混造粒,成功制备了相变储能热红外干扰涤纶(trijpet)母粒。通过傅里叶红外光谱分析发现,puijpcm与pet之间并未发生酯交换反应。通过dsc和偏光显微镜测试,确定了trijpet的纺丝工艺。通过熔融纺丝法成功制备了trijpet纤维,puijpcm的加入并未对纤维的可纺性产生大的影响,切片的成纤性良好,且trijpet纤维具有良好的相变储能热红外干扰功能;puijpcm的加入略微降低了pet的氧化热分解温度,且使得trijpet纤维在超过400℃后产生分子链的裂解而不是直接氧化,直到562℃时才逐渐由自身裂解转变为直接氧化,最终全部氧化为co2和h2o;puijpcm的加入并未提高pet纤维的阻燃性能;puijpcm的加入对pet纤维的机械强度产生了一定的影响,降低其单纤强力,略微提高了其断裂伸长率;trijpet纤维与pet纤维的回潮率以及手感相差不大,依然存在吸湿性能较差的缺点。为了完善所制备的trijpet纤维在阻燃及吸湿性能上的不足,以六氯环三磷腈(hcctp)和胶原蛋白(cg)为原料制备大分子磷腈衍生物胶原蛋白交联改性磷腈(cgcp),并通过粘胶纤维(vf)的湿法纺丝制备阻燃粘胶纤维(frvf),以期通过共混纺纱的方式将两种纤维复合制备相变储能热红外干扰阻燃复合材料。傅里叶红外光谱分析结果表明,得到了磷腈与胶原蛋白的交联共聚物cgcp,热分析表明cgcp可以在较低的温度分解,并随之生成了可以使得有机物脱水碳化的聚偏磷酸,在对其自身产生碳化反应的同时也可以对其他有机物(如纤维素)进行碳化,从而生产碳化层阻止其进一步分解,是一种合格阻燃剂。将cgcp通过纺前共混的方式加入到粘胶纤维的湿法纺丝之中,制备了阻燃粘胶纤维。loi测试结果表明当cgcp与甲纤含量的比例达到1:8时所制备的纤维具有良好的阻燃性能,可以称为frvf;红外光谱分析表明cgcp与vf之间发生大分子缠结的现象,并没有其他形式的化学交联出现;热分解研究发现cgcp的热分解产物增加了纤维素在第二阶段的直接成碳反应,生成了碳化层,保护纤维的内部结构,从而阻止了活性纤维素分解为生物油和小分子可燃性气体的反应,大大提高了vf的热稳定性,使得残重增加,纤维结构得以保留,而且热分解所产生的气体为co2和h2o,不会产生二次伤害,是一种安全阻燃纤维产品;sem观察纤维燃烧前后的表面形貌发现,frvf表面更为粗糙,燃烧后则具有明显的膨胀碳化现象,复合覆盖层膨胀阻燃机理;单纤强力仪对纤维的强度进行了测试结果显示,cgcp的加入使得粘胶纤维的强度略有下降;手感和回潮率测试结果则表明,cgcp的加入带来了更好的手感以及更高的回潮率。采用包芯纱的方式将trijpet纤维与frvf纤维进行混纺,制备混纺纱线。该纱线使用trijpet纤维长丝为芯,外覆frvf纤维来弥补trijpet纤维在吸湿透气性和阻燃性上的缺点,制备相变储能热红外干扰阻燃纱线。其中frvf纤维经过开、清、梳、并、粗工序纺成粗纱后,在细纱环节加入trijpet纤维长丝,共同牵伸加捻,最终制成相变储能热红外干扰阻燃包芯纱。通过调整trijpet的加入量(trijpet:frvf=6:4;5.5:4.5;5:5)制备不同比例的三种包芯纱(bxs-a,bxs-b,bxs-c)。阻燃性能测试发现,水洗前后bxs-c的loi值始终保持在27%以上,具有持久耐水洗的阻燃效果;调温功能测试发现,在trijpet的相变点附近,随着温度的升高bxs-c的升温速率逐渐降低,随着温度的降低bxs-c的降温速率也在逐渐降低,在测试完成后bxs-c与bxs的温度差为5℃左右;机械强度测试说明bxs-c是一种具有良好织造性能的纱线;回潮率测试表明,bxs-c的回潮率已经逐渐接近棉纤维,其具有较好的服用性能。通过tga,dsc,sem,tg-ftir等测试手段分析复合纱线相变储能的性能及其阻燃现象,通过与前文中所述的trijpet纤维和frvf纤维的性能进行比对发现:纺纱的整个工艺过程不会对trijpet纤维的相变储能能力产生影响,在纱线中起到相变储能能力的puijpcm的性能稳定。若想进一步增大相变焓,提高复合纱线的相变储能热红外干扰能力的同时不降低其阻燃性能,可从合成pupcm的原料出发,通过增大软段长度的方式增加相变焓,再通过添加其他添加剂调整相变温度,最终得到相变温度合适,相变焓更高的相变储能热红外干扰阻燃复合纱线;采用包芯纱的纺纱方式,trijpet纤维处于bxs-c的内部,受热后trijpet从纱线内部开始熔融,熔融的trijpet根据导流作用流向温度较高的纱线外层,迅速被外层的frvf所产生的聚偏磷酸一同碳化,碳化层的包覆作用使得bxs-c的失重率减慢,残重增加,并且在bxs-c燃烧产物的表面形成大量不规则的凸起结构;trijpet中所含的ns在热分解时会被气流带入气氛中,在一定程度上说明了含有大量纳米添加剂的化纤、塑料等材料在燃烧会大大加剧空气中可吸入颗粒物的含量,造成严重的空气污染,因此在研发一种含有纳米颗粒的新材料的同时应对其回收处理进行前瞻性研究。使用浓磷酸水解的方法对所制备的复合纱线进行回收及再利用,为解决涤粘混纺织物的污染问题进行探索性研究。分析结果显示,固液比为1:10,温度为80℃,反应时间为60min的工艺对混纺纱线进行分离处理最为合适。ftir测试结果显示,滤渣为trijpet,没有粘胶纤维的残余物出现。碳化产物的ftir光谱表明其中含有大量的苯环结构,这解释了纤维素在浓磷酸中的水解及碳化主要是纤维素首先水解为葡萄糖、果糖、阿拉伯糖等多种糖类,进一步加热后聚偏磷酸极强的脱水碳化作用使得小分子糖类相互之间发生脱水聚合,形成芳香环结构;SEM照片显示碳化产物粒径较为均匀,相互粘结堆积在一起,整体上形成了较多空洞,这可能在结构上增加其作为活性炭类材料的吸附能力。使用粒径分析软件对碳化产物进行粒径分析,平均粒径为346.94nm。对纯油的吸附能力测试结果显示,碳化产物的吸油能力好于棉花和活性炭,但弱于膨胀石墨;水面油污的吸附能力测试结果显示碳化产物对于水面机油的吸附能力同样达到了55g/g,这说明碳化产物可以作为一种疏水吸油材料用于水面油污的治理。