一种环境友好型耐久超疏水阻燃织物及其制备方法与应用
本发明属于纺织材料改性，涉及一种环境友好型耐久超疏水阻燃织物及其制备方法与应用，主要涉及棉织物的表面修饰，以提供阻燃、超疏水功能，同时不影响棉织物固有的优良特性，如透气性和柔韧性。
背景技术：
1、棉织物虽因价廉、舒适、可再生和可生物降解性等特点得到了广泛应用，但其高度易燃性导致火灾的频繁发生，造成重大经济损失并严重威胁人类生命健康。因此，阻燃织物的开发一直备受重视，在众多用于织物的阻燃剂中，含卤素类的阻燃剂因为高的阻燃效率和低廉的成本而受到广泛应用。但卤素类阻燃剂高温下释放卤化氢等有毒有害的气体和烟雾，因此被逐渐淘汰。一些无卤阻燃剂如含磷、硅、氮、硼等阻燃剂相继得到开发。但这些无卤阻燃剂受到资源消耗和环境污染等问题的限制。因此，急需开发来源广泛、环境友好且安全的新一代阻燃剂和阻燃技术。
2、生物基阻燃剂以期可再生和环境友好特点近年来得到广泛重视，包括壳聚糖、木质素和植酸等，已被用于棉织物的阻燃处理上。含磷量高、无毒且生物相容性好的植酸得到广泛研究和应用，但由于强酸性的植酸会损害棉织物，弱碱性的植酸铵(ap)更多用于棉织物的阻燃处理，呈现出高效的阻燃性，同时保持棉织物自身的机械强度。但这些生物基阻燃剂亲水性好，遇水或洗涤后容易流失并被污染而导致所修饰的棉织物阻燃性下降，而棉织物本身吸水性也很强，容易被污水等所污染。因此，基于生物基阻燃剂的棉织物产品的开发需要相应的防水策略来解决这些问题。
3、水接触角大于150°和滑动角小于10°的超疏水表面是目前最好的防水防污表面，通常由微纳米表面的粗糙结构与低表面能相结合而实现。在防污、油水分离、防冰和抗腐蚀等领域有广泛的应用。研究表明，在阻燃剂修饰的棉织物表面进行超疏水处理能够有效降低阻燃织物洗涤过程中阻燃剂的流失。然而，超疏水性的微纳米表面通常比较脆，受到摩擦、紫外辐射和化学腐蚀等作用容易脱落损毁，限制了实际应用。此外，基于氟化物的超疏水涂层成本高且对人类健康和环境可能带来危害。因此，无氟无卤的环境友好型耐久性的超疏水阻燃涂层技术亟待开发。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种环境友好型耐久超疏水阻燃织物及其制备方法与应用，其是一种适于棉织物的简单易行的无氟无卤超疏水阻燃涂层技术。具体是通过层层自组装技术在棉织物表面修饰ap，然后在pdms黏合剂辅助下把d-msns浸涂在预先浸涂有生物基阻燃剂ap的棉织物表面，以制备超疏水阻燃涂层修饰的棉织物。
2、通过本发明制备的涂层织物，具有很好的超疏水自清洁性质。涂层中的d-msns与ap的协同作用赋予了棉织物较高的热稳定性和优秀的阻燃性，可经受砂纸磨损、超声洗涤、酸碱浸泡以及紫外辐射等；且涂层修饰不影响棉织物的透气性和柔韧性。
3、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
4、本发明的第一个技术目的是提供一种环境友好型耐久超疏水阻燃织物，通过层层自组装技术在棉织物表面修饰生物基阻燃剂植酸铵(ap)，制备阻燃涂层修饰的棉织物(fr-cf)，然后在聚二甲基硅氧烷(pdms)黏合剂辅助下把正十二烷基三甲氧基硅烷修饰的介孔硅纳米粒子(d-msns)浸涂在预先浸涂有ap的棉织物表面，制备超疏水阻燃涂层修饰的棉织物(sfr-cf)。
5、所述的d-msns制备方法为：将0.2g的二乙醇胺(dea)和10.3ml质量分数为25wt％的十六烷基三甲基氯化铵(ctac)依次溶解在去离子水(64ml)和乙醇(9ml)的混合溶液中，在60℃下搅拌10min，随后使用恒压滴液漏斗缓慢加入7.3ml的正硅酸乙酯(teos)和1.0ml的十二烷基三甲氧基硅烷，升温至65℃后反应3.5h；待反应结束后冷却至室温，将反应后的白色乳液倒入离心管中，在8000rpm下离心15min，取下层乳白色沉淀分别用去离子水和乙醇洗涤三次，在真空烘箱中60℃下干燥24h，最后将干燥后的产物研磨均匀，得到白色粉末；将上述研磨好的粉末分散在500ml的甲醇-盐酸溶液(含有30ml盐酸)中，并在45℃下搅拌24h；最后，在8000rpm下离心15min，分别用乙醇和去离子水洗涤三次，在60℃下干燥24h得到d-msns。
6、进一步地，所述sfr-cf的极限氧指数为21％-32％，表面水接触角为149°-158°；所述ap的浓度为1wt％-5wt％，d-msns纳米粒子的浓度为1wt％-10wt％。
7、进一步地，所述的聚二甲基硅氧烷(pdms)黏合剂选用道康宁-184，所述d-msns纳米粒子与道康宁-184质量比为1.5～4：1。
8、本发明的第二个技术目的是提供所述的环境友好型耐久超疏水阻燃织物的制备方法，具体制备步骤如下：
9、1)将购买的棉织物在质量分数为1wt％的十二烷基磺酸钠溶液中洗涤2h，然后用去离子水彻底清洗数次，最后在60℃下干燥2h；将烘干的棉织物裁剪成长条形(30cm×8cm)；
10、2)配制质量分数为1wt％-5wt％的植酸水溶液，然后缓慢加入氨水调ph至中性，反应完全后将步骤1)裁剪好的未经修饰的棉织物在植酸铵溶液中浸泡20min，最后将处理好的织物置于烘箱中在60℃下干燥2h，得到阻燃涂层织物，记为fr-cf；
11、3)将d-msns纳米粒子在20ml的四氢呋喃溶液中(浓度范围1wt％-10wt％)超声分散10min，然后依次加入道康宁-184主剂和固化剂(道康宁-184主剂和固化剂质量比是10:1)，涡旋震荡后得到超疏水纳米粒子分散液，其中d-msns与道康宁-184质量比为1.5～4；将步骤2)制备的fr-cf浸没于所述分散液中，涡旋震荡5min，然后使用超声波清洗机超声分散10min，最后再涡旋震荡5min，所得织物被放置在烘箱中在80℃下固化2h，以最终制备出所述的超疏水阻燃织物。
12、本发明的第三个技术目的是提供所述的超疏水阻燃织物的应用，具体应用于防护服装、家居装饰、户外用品、交通工具内饰、军事和工业等领域，以提升防火、防水和耐用性能。
13、与现有技术相比，本发明公开了一种环境友好型耐久超疏水阻燃织物及其制备方法与应用，具有如下有益效果：
14、1)本发明选用生物基阻燃剂ap，其来源广泛、环境友好且安全，有利于避免传统阻燃剂带来的环境污染和健康风险，提高了材料的整体安全性能。
15、2)针对生物基阻燃剂遇水或洗涤后容易流失并容易被污染而导致所修饰的棉织物阻燃性下降问题，本发明把d-msns浸涂在预先浸涂有生物基阻燃剂剂ap的棉织物表面，使织物具有超疏水性能，可有效防止阻燃剂的流失和污染，从而保持棉织物的持久阻燃性能。。
16、3)本发明提供的涂层在保证织物阻燃、超疏水性能的同时，不影响织物的柔韧性和透气性，确保了织物在实际应用中的舒适性和功能性，使其在多种环境条件下均能发挥优异性能。
技术特征：
1.一种环境友好型耐久超疏水阻燃织物，其特征在于，通过层层自组装技术在棉织物表面修饰生物基阻燃剂植酸铵(ap)制备阻燃涂层修饰的棉织物(fr-cf)，然后在聚二甲基硅氧烷(pdms)黏合剂辅助下把正十二烷基三甲氧基硅烷修饰的介孔硅纳米粒子(d-msns)浸涂在预先浸涂有ap的棉织物表面，制备超疏水阻燃涂层修饰的棉织物(sfr-cf)；
2.根据权利要求1所述的环境友好型耐久超疏水阻燃织物，其特征在于，所述ap的浓度为1wt％-5wt％，d-msns纳米粒子的浓度为1wt％-10wt％。
3.根据权利要求1所述的环境友好型耐久超疏水阻燃织物，其特征在于，所述的聚二甲基硅氧烷(pdms)黏合剂为道康宁-184，所述d-msns纳米粒子与道康宁-184质量比为1.5～4：1。
4.一种如权利要求1所述的环境友好型耐久超疏水阻燃织物的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：
5.一种如权利要求1所述的超疏水阻燃织物在防护服装、家居装饰、户外用品、交通工具内饰、军事和工业领域中的应用。
技术总结
本发明公开了一种环境友好型耐久超疏水阻燃织物及其制备方法与应用，是通过层层自组装技术在棉织物表面修饰生物基阻燃剂植酸铵(AP)，制备阻燃涂层修饰的棉织物(FR‑CF)，然后在聚二甲基硅氧烷(PDMS)黏合剂辅助下把正十二烷基三甲氧基硅烷修饰的介孔硅纳米粒子(D‑MSNs)浸涂在预先浸涂有AP的棉织物表面，制备超疏水阻燃涂层修饰的棉织物(SFR‑CF)。SFR‑CF具有自熄性和超疏水自清洁功能，同时保持棉织物固有的优良特性，如透气性和柔韧性。此外，该涂层能长久耐受超声波洗涤。本发明开发的织物涂层具备环境友好性、工艺简单、成本低廉以及持久的阻燃和防污自清洁特性，在功能性织物及防护产品开发等领域具有广泛的应用前景。
技术研发人员：董岸杰,周参豪,李双阳
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23