【摘 要】
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羊毛作为一种天然纺织材料,常应用于制作高档服饰和家居用品。羊毛织物中含有较多的氮元素和硫元素,且含水量较高,使其具有天然的阻燃性能,然而,对于许多高标准要求的场所,如高铁的座椅、地毯等,往往有更高的阻燃要求,羊毛的阻燃性能是不够的。因此,有必要对羊毛织物进行进一步的阻燃整理,以扩大其应用领域。本文分别采用含磷阻燃体系以及不同的金属盐溶液作为阻燃整理剂,制备高效耐久的阻燃羊毛织物,主要研究内容如下:
【基金项目】
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国家自然科学基金（51991354）；
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羊毛作为一种天然纺织材料,常应用于制作高档服饰和家居用品。羊毛织物中含有较多的氮元素和硫元素,且含水量较高,使其具有天然的阻燃性能,然而,对于许多高标准要求的场所,如高铁的座椅、地毯等,往往有更高的阻燃要求,羊毛的阻燃性能是不够的。因此,有必要对羊毛织物进行进一步的阻燃整理,以扩大其应用领域。本文分别采用含磷阻燃体系以及不同的金属盐溶液作为阻燃整理剂,制备高效耐久的阻燃羊毛织物,主要研究内容如下:（1）以合成的二甲基N,N-双（2-羟乙基磷酸酰胺）（DMBHP）为阻燃剂,1,2,3,4-丁烷四羧酸（BTCA）为交联剂,采用轧-烘-焙法对羊毛织物进行整理,赋予其耐久阻燃性能。VFT和LOI测试的结果说明,用200g/LDMBHP和60 g/L BTCA整理的羊毛织物的LOI为30.1%,且洗涤25次后仍可实现自熄。通过锥形量热（CCT）表征羊毛织物的燃烧行为,结果表明,阻燃后的羊毛织物的热释放热率峰值（PHRR）下降了 49.7%。以上结果说明DMBHP/BTCA体系可明显提升织物的阻燃性能且降低羊毛织物在燃烧过程中的热量的释放。另外,通过烟密度测试及烟气毒性分析结果表明DMBHP/BTCA整理对羊毛织物的烟雾释放具有抑制作用,且释放的毒性气体的浓度较低。此外,综合该阻燃体系整理后织物的TG、CCT及TG-IR等测试结果分析,DMBHP/BTCA体系具有凝聚相阻燃作用。（2）将含磷多元羧酸（2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷）（PBTCA）用于羊毛阻燃,采用轧-烘-焙法对羊毛织物进行整理,提升羊毛织物的阻燃性能。通过单因素实验得到最佳工艺:PBTCA用量为40 g/L;浸渍温度为60℃;浸渍液pH值为1;焙烘温度为170℃;焙烘时间为3 min。LOI测试和VFT的结果表明,增重为11.8%的整理羊毛织物的损毁炭长为40 mm,其LOI值为40%,且整理织物经过30次水洗后仍可以实现自熄。利用CCT表征整理羊毛织物的燃烧行为,结果表明PBTCA处理后羊毛织物的PHRR和THR分别降低了 38.6%和37.0%。以上结果表明,PBTCA整理体系可以有效提升织物的阻燃性能并可以降低织物的热释放量。通过烟密度测试及烟毒性分析结果表明PBTCA的加入可以降低羊毛织物的烟雾释放量,且释放的毒性气体的浓度较低。另外,结合热处理、TG、DSC等方法研究发现,PBTCA对羊毛织物具有增加交联和促进成炭的作用。（3）以不同种类金属盐溶液作为阻燃剂,通过简便的方法制备高效阻燃羊毛织物。通过LOI测试和VFT研究了不同金属盐整理的羊毛织物的阻燃性能,筛选出阻燃效果最佳的金属盐,结果显示:经FeCl3整理的羊毛织物阻燃性能最好,且具有耐水洗性能,即用6%的FeCl3溶液整理的羊毛织物的LOI值由24.2%提高到35.3%,且经过洗涤30次后仍可以实现自熄。另外,通过CCT研究羊毛织物的燃烧行为,整理后的羊毛织物的PHRR降低了 49.6%,这说明Fe3+可以有效抑制羊毛织物的热量释放。通过烟密度测试及烟毒性分析结果表明FeCl3的加入对羊毛织物的烟雾具有抑制作用,且释放的毒性气体的浓度较低。此外,通过综合分析处理织物的TG测试结果、CCT和LOI测试后残渣形貌变化及在相应温度下处理羊毛的XRD变化,发现:Fe3+催化羊毛纤维形成的炭层以及在高温下Fe3+氧化形成的Fe2O3层均起到保护屏障的作用,切断热和氧气的供应,提高织物的阻燃性能。除此之外,本文还对含磷阻燃体系与金属盐结合整理羊毛织物的阻燃性能和抑烟性能进行探究,结果发现并没有产生磷-金属协同作用。
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