一种超高耐热膨胀性阻燃剂及其制备方法和阻燃尼龙织物应用

本发明属于阻燃材料，具体涉及一种超高耐热膨胀性阻燃剂及其制备方法和阻燃尼龙织物应用。

背景技术：

1、为了减少火灾灾害，阻燃剂(frs)是预防火灾的有效策略。阻燃剂的主要类型可分为卤素阻燃剂和无卤阻燃剂。由于卤素阻燃剂在燃烧过程中会产生大量的烟雾和有毒腐蚀性气体，因此被认为对环境和人体有害。相比之下，无卤阻燃剂因其环境友好、良好的相容性和高阻燃性能而受到广泛关注。

2、无卤阻燃剂中的膨胀性阻燃剂(ifrs)因具有低烟、低毒、环保、高效等优点而成为目前国内外领域的研究热点之一。ifrs可以形成多孔泡沫烧焦层，充当物理屏障，保护底层材料免受火焰、热量和氧气的影响。因此，ifrs的阻燃效果主要取决于膨胀烧焦层的形成，这是一个包含固体、液体和气体产物的多相系统。

3、在聚合物燃烧过程中，聚合物表面形成一层碳层，该层具有在凝聚相中起到隔热、隔氧、抑烟和防止熔滴的作用，且低烟、低毒、无腐蚀性气体产生，拥有高效的阻燃性能。纤维素是世界上最丰富的生物可降解聚合物之一，具有无毒、低价格、可再生资源、耐温度和ph值变化的稳定性等独特特性。纤维素具有丰富的多羟基的分子结构，在燃烧过程中可以形成交联炭层，因此被认为是交联炭层。然而，纤维素的可燃性限制了其作为阻燃剂的进一步利用。本发明以可再生的纤维素纳米晶、单宁酸和植酸为材料，以绿色和协同高效的方式构成生物基膨胀性阻燃剂。因此，开发简单经济的方法来制备具有高热稳定性、膨胀性阻燃剂，该方案为制备超高耐热膨胀性阻燃剂的制备方法提供了新的思路。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种超高耐热膨胀性阻燃剂及其制备方法和阻燃尼龙织物应用。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种超高耐热膨胀性阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将微晶纤维素分散在高碘酸钠水溶液中，然后于60-80℃反应1-1.5h，待反应结束后，冷却至室温、洗涤、干燥，得到纤维素纳米晶；

5、(2)将纤维素纳米晶分散在水中，然后加入4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙烷磺酸，并调整ph至7.5-8.5，接着加入单宁酸，室温反应12-24h，最后加入植酸水溶液，室温反应1-2h，待反应结束后，冷却至室温、洗涤、干燥，得到超高耐热膨胀性阻燃剂。

6、作为优选方案，所述步骤(2)中，纤维素纳米晶、单宁酸、植酸水溶液的质量份之比为1：(0.025-0.1)：(0.5-2)。

7、作为优选方案，所述步骤(2)中，植酸水溶液的质量分数为60-70％。

8、作为优选方案，所述步骤(2)中，纤维素纳米晶与4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙烷磺酸的质量份制备为1：(0.1-0.2)。

9、本发明还提供如上任一项方案所述的制备方法制得的超高耐热膨胀性阻燃剂。

10、本发明还提供一种高阻燃尼龙66织物的制备方法，包括以下步骤：

11、(a)用碱溶液对尼龙66织物进行预处理；

12、配制na2co3溶液并加热至沸腾后放入尼龙66织物继续煮沸洗涤，之后脱水、烘干待用；

13、(b)对步骤(a)烘干的尼龙66织物依次进行浸渍阻燃剂整理、脱水、烘干；

14、其中，浸渍阻燃剂整理采用的浸渍液为如上方案所述的超高耐热膨胀性阻燃剂的水分散液；

15、(c)对步骤(b)烘干的尼龙66织物依次进行涂层阻燃喷涂整理、烘干；其中，涂层阻燃喷涂整理采用的阻燃涂胶液包括30-50wt％的固含量为40％的水性聚氨酯和15-45wt％的如上方案所述的超高耐热膨胀性阻燃剂，其余为水。

16、作为优选方案，所述步骤(a)中，na2co3溶液的浓度为1-3g/l，洗涤时间为10-20min。

17、作为优选方案，所述步骤(b)中，浸渍阻燃剂整理的浸渍浴比为1：(10-20)，浸渍温度为30-50℃，浸渍时间为1-2h；

18、超高耐热膨胀性阻燃剂的水分散液的浓度为100-200g/l。

19、作为优选方案，所述步骤(c)中，尼龙66织物单位面积上喷涂的阻燃涂胶液为200-220g/m2。

20、本发明还提供如上任一项方案所述的制备方法制得的高阻燃尼龙66织物。

21、本发明与现有技术相比，有益效果是：

22、(1)本发明以纤维素纳米晶和单宁酸为炭化剂，植酸作为酸源和气源，在燃烧过程中，植酸一方面可以促进纤维素纳米晶和单宁酸脱水炭化，形成更致密的炭层，同时自身产生氢气，一方面稀释空气中的氧气，另一方面，氢气和氧气结合产生水降低基体表面温度；单宁酸由于本身具有多个芳香环的碳化能力，导致凝聚相阻燃机理，同时在加热过程中，单宁酸中含有的邻位酚羟基是一种优良的供氢体，对超氧阴离子自由基、羟基自由基等氧自由基有明显的清除作用，中断燃烧的反应链；

23、(2)本发明采取纤维素纳米晶、单宁酸和植酸为材料，全部来自于可再生的绿色材料，可以减轻对环境的破坏，节约不可再生资源；

24、(3)本发明的超高耐热膨胀性阻燃剂的制备方法，不仅具有高的热稳定性，还具有优异的膨胀性能，且制备工艺简单、环保、成本低廉，在纳米复合与增强材料、生物医学、纺织等领域具有广泛的应用前景；

25、(4)本发明的高阻燃尼龙66织物的极限氧指数从22％提高到29％，热重的炭残余量提高241％，且燃烧时熔滴数目变少，织物成炭良好。

技术特征：

1.一种超高耐热膨胀性阻燃剂及其制备方法和阻燃尼龙织物应用，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，纤维素纳米晶、单宁酸、植酸水溶液的质量份之比为1：(0.025-0.1)：(0.5-2)。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，植酸水溶液的质量分数为60-70％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，纤维素纳米晶与4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙烷磺酸的质量份制备为1：(0.1-0.2)。

5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法制得的超高耐热膨胀性阻燃剂。

6.一种高阻燃尼龙66织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)中，na2co3溶液的浓度为1-3g/l，洗涤时间为10-20min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中，浸渍阻燃剂整理的浸渍浴比为1：(10-20)，浸渍温度为30-50℃，浸渍时间为1-2h；超高耐热膨胀性阻燃剂的水分散液的浓度为100-200g/l。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(c)中，尼龙66织物单位面积上涂覆的阻燃涂胶液为200-220g/m2。

10.如权利要求6-9任一项所述的制备方法制得的高阻燃尼龙66织物。

技术总结本发明涉及一种超高耐热膨胀性阻燃剂及其制备方法和阻燃尼龙织物应用，制备方法包括：将微晶纤维素分散在高碘酸钠水溶液中，然后于60‑80℃反应1‑1.5h，待反应结束后，冷却至室温、洗涤、干燥，得到纤维素纳米晶；将纤维素纳米晶分散在水中，然后加入4‑(2‑羟乙基)‑1‑哌嗪乙烷磺酸，并调整pH至7.5‑8.5，接着加入单宁酸，室温反应12‑24h，最后加入植酸水溶液，室温反应1‑2h，待反应结束后，冷却至室温、洗涤、干燥，得到超高耐热膨胀性阻燃剂。本发明以纤维素纳米晶和单宁酸为炭化剂，植酸作为酸源和气源，有效提升膨胀性阻燃剂的阻燃性能，并可作为尼龙66等纤维的改性阻燃应用，提高功能纤维的经济价值。技术研发人员：余厚咏,张云云,王晓华,姚增文,陈雪飞,金美金,董延娟受保护的技术使用者：浙江理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/19