大豆分离蛋白及其水解产物提高棉织物阻燃性能的研究

摘要

作为一种典型的天然纤维素织物，棉织物具有可生物降解、吸湿透气、生物相容性等优良性能，因而得到了广泛的应用，但是其本身的易燃性所带来的火灾隐患会给人们的生命财产安全带来巨大威胁，所以对棉织物进行阻燃改性的需求越来越多，要求也越来越严格。
　　对于天然纤维来说，主要是通过后整理的方法来对其进行阻燃处理，所以本文主要采用传统的浸轧和涂覆的方式对棉织物进行处理，将环保且可生物降解的天然大分子大豆分离蛋白(SPI)和其一种水解产物精氨酸小分子引入棉织物。实验中，通过对改性织物样品进行各项热性能测试表征来分析阻燃剂对其的阻燃机理。本论文主要包括三部分的主要内容:
　　第一部分将SPI配成溶液通过二浸二轧的工艺对棉织物进行处理，后通过极限氧指数(LOI)测试、垂直燃烧测试、扫描电子显微镜(SEM)分析、热失重分析(TGA)分析、马弗炉高温煅烧后残炭的形貌和结构分析、锥形量热分析(CONE)来评价改性织物的燃烧性能、热稳定性和成炭性。实验结果表明，当SPI浓度为6％时改性后的织物的性能是最好，织物LOI有1％左右的提高;成炭性能提高显著，残炭量从2.8％提高到了12.6％;观察马弗炉高温煅烧阻燃处理的织物，可发现其尺寸稳定性明显改善;SEM测试结果中也观察到改性织物具有更完整的残炭纤维。研究表明SPI主要在凝聚相中发挥对棉织物的阻燃作用，通过在棉基体表面形成连续膜结构，受热后成炭以隔绝热氧从而保护织物基体，延缓了棉纤维的热解过程。
　　第二部分实验中，在织物的阻燃处理中采用了先浸轧后涂覆的后整理方法，对SPI/硼酸复配体系对棉织物阻燃性能的影响进行研究。首先将硼酸配制成阻燃整理液，通过二浸二轧的方法对棉织物进行第一步处理，然后将SPI溶于水配制成糊状液，通过手工涂覆将SPI引入到纤维表面得到改性样品。结果显示，当硼酸溶液浓度为10％，单面涂覆SPI时织物的阻燃性能达到最优，LOI从17.4％提高到33.6％;垂直燃烧测试中损毁长度从30.0cm减小到8.0cm;成炭性良好，残炭量提高明显。
　　第三部分研究了SPI的一种水解产物小分子精氨酸对棉纤维阻燃性能的影响。同样是通过浸轧的方式将精氨酸/硼砂复配体系和精氨酸/甲基膦酸二甲酯(DMMP)复配体系引入织物。精氨酸/硼砂复配体系将棉织物的LOI从17.4％提高到24.9％;硼砂的加入使织物出现阴燃现象，而精氨酸的引入将阴燃时间从303s缩短至145s，损毁长度也从14.0cm减小到4.9cm。精氨酸/DMMP复配体系也明显提高了织物的阻燃性能，主要是因为精氨酸的存在能够提高DMMP在棉织物上的增重率，从而达到更好的阻燃效果。当添加18％DMMP和8％精氨酸的时候织物的增重明显比仅添加26％DMMP时有明显提高，阻燃性能也达到最优，LOI提高到26.4％;垂直燃烧测试中损毁长度从30.0cm减小至12.3cm;残炭量也有显著增加。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 纺织品阻燃发展现状

1．2 棉纤维的燃烧

1．3 阻燃机理

1．4．1 无机阻燃剂

1．4．2 卤系阻燃剂

1．4．3 磷系阻燃剂

1．4．4 氮系阻燃剂

1．4．5 协同增效作用

1．4．6 膨胀阻燃体系

1．5 新型阻燃剂的研究进展

1．6 天然高分子在阻燃中的应用

1．7 大豆分离蛋白(SPI)

1．8 本课砸的研究内容及意义

第二章 实验

2．1．1 实验原料

2．1．2 仪器设备

2．2．1 浸轧工艺

2．2．2 涂覆工艺

2．2．3 织物的预处理

2．2．4 大豆分离蛋白单独处理棉织物

2．2．5 大豆分离蛋白和硼酸复配处理棉织物

2．2．6 精氢酸分别与硼砂和甲基膦酸二甲酯复配处理棉织物

2．3 性能测试及表征

2．3．1 织物增重率(Ad)的计算

2．3．2 红外分析(FTIR)

2．3．3 热失重分析(TGA)

2．3．4 扫描电子显微镜分析(SEM)

2．3．5 极限氧指数测试(LOI)

2．3．6 垂直燃烧测试(Vertical burning test)

2．3．7 锥形量热测试(CONE)

第三章 大豆分离蛋白阻燃改性棉织物的研究

3．1 研究背景

3．2 大豆分离蛋白对棉织物燃烧性能的影响

3．3 热稳定性分析

3．4 尺寸稳定性测试

3．5 扫描电子显微镜分析

3．6 红外分析

3．7 阻燃机理

3．8 小结

第四章 大豆分离蛋白／硼酸复配体系阻燃棉织物的研究

4．1 研究背景

4．2 燃烧性能

4．3 锥形量热

4．4 热稳定性

4．5 红外分析

4．6 机理分析

4．7 样品微观形貌

4．8 小结

第五章 精氨酸后整理棉织物提高阻燃性能的研究

5．1 研究背景

5．2 精氨酸和硼砂复配阻燃处理棉织物

5．2．1 燃烧性能

5．2．2 热稳定性

5．2．3 微观形貌

5．2．4 结论

5．3．1 燃烧性能

5．3．2 热稳定性

5．3．3 结论

第六章 结论

参考文献

致谢

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