传统的含卤和含磷阻燃剂采用后整理的方式阻燃处理涤纶织物，普遍存在处理后涤纶织物上阻燃剂含量较低，对其促进成炭抗熔滴作用有限的缺陷。同时，后整理的方式还存在阻燃剂用量大、利用率低的问题，会带来环境污染问题[1]。一些新型的后处理方法被研究用于涤纶织物的阻燃抗熔滴处理，如溶胶—凝胶法和层层自组装方法等。将含硅等无机的前驱体与含磷阻燃剂或含氮阻燃剂结合采用溶胶—凝胶法处理涤纶织物可赋予其阻燃抗熔滴性能，但溶胶—凝胶法存在对涤纶织物服用性能影响较大的问题[2-3]。层层自组装（Layer-by-Layer Assembly, LBL）的方法可精确控制结构的厚度、组成和功能，近年来，也被大量研究采用该方法赋予纺织品阻燃性能。LBL方法可在温和的条件（常温常压）下进行，且阻燃剂的含量很少（含量一般小于1%）[4-5]。相比传统的阻燃方法，LBL方法可实现在基质上构建阻燃体系，通过精确控制阻燃体系的组成和厚度以实现相应的阻燃性能，该方法克服了共混阻燃方法对基质力学性能的影响和传统后整理方法阻燃剂用量大的问题[6-7]。
研究表明，通过促进涤纶织物成炭，可以较好地改善其熔滴现象。对于涤纶等不易成炭的热塑性材料，通过外部引入成炭剂，可较好地发挥促进成炭作用，进而减少熔滴的产生。膨胀阻燃体系（IFR）具有较好成炭作用，是以磷、氮为主要成分的绿色环保阻燃体系；含有这类阻燃体系的高聚物受热时，表面能生成一层均匀的膨胀炭层，能够发挥很好的成炭作用，用于热塑性材料的阻燃能防止熔滴的产生[8]。近年来，IFR阻燃体系作为一种重要的阻燃体系被大量地研究用于各种高分子材料的阻燃处理。IFR通常由三种组分组成：酸源（脱水剂）：无机酸或加热至一定温度产生酸的化合物，如聚磷酸铵（APP）等；碳源（成炭剂）：形成泡沫炭化层的基础，主要是一些在酸的作用下可脱水成炭的多羟基化合物，如季戊四醇等；气源（氮源）：受热释放出挥发性产物的化合物，如三聚氰胺等[9-10]。IFR主要以凝聚相阻燃机理发挥阻燃作用：受热时，酸源释放出无机酸作为脱水剂，与含有多羟基的碳源发生酯化、交联、芳基化及炭化反应，此过程中形成的熔融态物质在气源产生的不燃性气体的作用下发泡、膨胀，形成致密多孔的泡沫状炭层[11-12]。随着环保要求的日趋严格，生态环保阻燃剂的开发和应用已成为近些年来阻燃领域研究的重要方向[13-14]。一些绿色环保的生物基材料也被研究用于高分子材料的阻燃处理，如壳聚糖、植酸、DNA等生物基材料。壳聚糖作为一种环境友好的生物基材料，其分子结构中富含碳可作为膨胀阻燃体系中的碳源，同时，其分子结构中含有氮元素，又可以作为气源。壳聚糖已被研究作为膨胀阻燃体系组分，采用层层自组装的方法在棉织物上构建膨胀阻燃体系[15-20]。
LBL组装方法因其简单、环保、对基质性能影响小而受到越来越多的关注[21-24]。通过LBL组装方法提高涤纶织物阻燃性能已有相关的文献报道。Carosio等[25]报道通过LBL方法将带正电荷和负电荷的二氧化硅纳米粒子在涤纶织物构建阻燃涂层，结果表明：涤纶织物经5BL涂层后，其点燃时间（TTI）比未涂层织物延长99s（45%），最高热释放速率（PHRR）降低20%。涂层织物燃烧时间减少，消除了熔滴。Alongi等[26]报道使用聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDAC）、聚丙烯酸（PAA）和聚磷酸铵（APP）在涤纶织物上构建了不同数量的PDAC/PAA/PDAC/APP四层膨胀型阻燃涂层。热重分析（TGA）结果表明，经不同数量的四层涂层处理后的涤纶织物会促进涤纶织物形成稳定的炭。该膨胀型阻燃涂层处理后涤纶织物表现出了良好的阻燃性能和抗熔滴性能，减少了燃烧过程中的热量释放[27]。Carosio 等[28]采用八铵POSS（多面寡聚倍半硅氧烷）和蒙脱土钠黏土LBL组装制备了有机/无机杂化阻燃涂层，使涤纶织物具有良好的阻燃性能和抗熔滴性能。目前，基于膨胀阻燃体系（IFR）的涤纶织物层层自组装阻燃抗熔滴研究相对较少。
本章采用聚磷酸铵（APP）为酸源与文化聚乙烯亚胺（BPEI）或壳聚糖等为碳源或气源构成膨胀阻燃体系（IFR），基于层层自组装方法处理涤纶织物，研究对其阻燃抗熔滴性能的影响。以支化聚乙烯亚胺（BPEI）或壳聚糖（CH）为聚阳离子，聚磷酸铵（APP）为聚阴离子，通过LBL组装法在涤纶织物上构建膨胀阻燃涂层。APP是膨胀阻燃体系中最常见的酸源，BPEI是一种带正电荷的胺类化合物，可以与带负电荷的APP结合，还可以释放氨气来增强阻燃性能，可作为IFR体系的气源。壳聚糖作为含碳和氮的天然阳离子聚合物，可以作为膨胀阻燃体系中的碳源和气源，也可以与APP构成膨胀阻燃体系。经过LBL组装BPEI/APP或CH/APP处理的涤纶织物通过LOI和垂直燃烧性能测试，对涤纶织物的阻燃性能和抗熔滴性能进行测定，并研究涤纶织物碱预处理对LBL组装膨胀阻燃体系性能的影响。用热重分析仪（TGA）研究未经处理和经LBL组装处理的涤纶织物的热稳定性。采用扫描电镜（SEM）对经处理和LBL组装处理的涤纶织物及其垂直燃烧后残炭进行表征。
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2023-06-26
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2023-06-26
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2023-06-26
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