一种预警型阻燃聚乳酸织物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种预警型阻燃聚乳酸织物及其制备方法，所述织物表面依次间隔负载含阻燃剂的碳纳米管层和含阻燃剂的氧化石墨烯层。本发明专利技术采用的层层自组装技术有效避免了熔融共混阻燃改性中存在的相容性差、添加量高、易团聚等导致可纺性下降难题，所得聚乳酸织物兼具优异的阻燃性能与服役性能同时具有提前预警功能，能够满足实际使用要求，具有良好应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种预警型阻燃聚乳酸织物及其制备方法
本专利技术属于功能性织物及其制备领域，特别涉及一种预警型阻燃聚乳酸织物及其制备方法。
技术介绍
聚乳酸是一种典型的脂肪族生物基聚酯材料，具有生物相容性优异、降解速率可控、熔融加工性能突出等优点，广泛应用于生物医疗、包装材料以及服饰家纺等领域，是迄今为止最具市场前景的生物基可降解材料之一。但是，聚乳酸的化学结构与元素组成决定了其与通用高分子材料一样存在着易燃烧的缺陷(极限氧指数约为20.5，垂直燃烧等级为NR)，限制了其在阻燃要求较高领域的应用，所以聚乳酸阻燃改性十分有必要且迫在眉睫。目前，聚乳酸改性主要采用熔融共混法，其终端产品主要是塑料制品，极少涉及阻燃纤维与纺织品领域。这是因为共混阻燃改性存在着阻燃效率低、阻燃剂添加量大、易团聚等问题，使得复合树脂可纺性大幅下降，导致所得阻燃聚乳酸纤维性能较低，无法满足实际使用要求。另外，现有的阻燃聚乳酸复合材料一般只具有单一的阻燃性能，无法在火灾早期进行预警。常规的火灾烟雾报警器只有在材料燃烧产生一定浓度的烟雾后才会起到预警作用，无法在材料温度异常、起火之前进行预警，导致火灾造成惨重损失。因此，如何设计与构筑阻燃性能与服役性能俱佳且具有提前预警功能的阻燃聚乳酸织物仍是挑战。CN110257949A公开了一种阻燃防静电涤纶及其制备方法，以纳米碳材料炭黑、碳管与石墨烯为功能材料，通过化学共聚与熔纺成形技术制备了阻燃防静电涤纶，该技术存在着制备过程复杂、阻燃效果差、功能单一等缺陷。针对上述问题，本专利技术以电正性碳管阻燃浸渍液与电负性氧化石墨烯浸渍液为阻燃涂层，采用易于工业化的层层自主装技术对聚乳酸织物进行改性，最终得到兼具优异阻燃性能与预警功能的聚乳酸织物。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有阻燃聚乳酸材料性能差与功能单一等难题，提供一种性能优异的预警型阻燃聚乳酸织物及其制备方法。本专利技术基于静电吸附作用，采用电正性的一维碳纳米管与电负性的二维石墨烯阻燃浸渍液对聚乳酸织物进行层层自组装阻燃改性，最终得到的聚乳酸织物具有优良的阻燃与预警功能。本专利技术的一种阻燃聚乳酸织物，所述织物表面依次间隔负载含阻燃剂的碳纳米管层和含阻燃剂的氧化石墨烯层。所述含阻燃剂的碳纳米管层中的阻燃剂为多羟基富碳阻燃剂，如壳聚糖和/或氨基化β-环糊精中的一种或几种；含阻燃剂的氧化石墨烯层中的阻燃剂为磷-氮协效阻燃剂，如植酸、DNA、六氯环三磷腈、六氯环三磷腈衍生物中的一种或几种。本专利技术的一种阻燃聚乳酸织物的制备方法，包括：(1)将碳纳米管加入带正电荷的阻燃剂溶液中，超声处理0.5-2h，超声温度25-80℃，得到电正性碳纳米管浸渍液，记为CNT+；将氧化石墨烯加入带负电荷的阻燃剂溶液中，超声处理0.5-2h，超声温度25-80℃，得到电负性氧化石墨烯浸渍液，记为GO-；(2)将聚乳酸织物先浸渍电正性碳纳米管浸渍液中，洗涤0-3min用以去除多余的浸渍液，干燥，得到PLA-CNT+织物然后再浸渍电负性氧化石墨烯浸渍液，洗涤0-3min，用以去除多余的浸渍液，干燥，得到PLA-C/G织物，至此记为完成一次自组装，重复操作，所得织物记为PLA-C/Gx，其中x代表自组装次数，x不小于0，(如PLA-C/G1表示完成一次自组装的PLA-C/G织物)即得阻燃聚乳酸织物。所述步骤(1)中带正电荷的阻燃剂溶液为壳聚糖溶液和/或氨基化β-环糊精溶液；电正性碳纳米管浸渍液中碳纳米管质量分数为1-5wt.％，优选为：1-3wt.％；阻燃剂质量分数1-30wt.％，优选为：10-20wt.％。所述步骤(1)中带负电荷的阻燃剂溶液为植酸溶液、DNA溶液、六氯环三磷腈、六氯环三磷腈衍生物溶液中的一种或几种；电负性氧化石墨烯浸渍液中氧化石墨烯质量分数为1-5wt.％，优选为1-3wt.％；阻燃剂质量分数为1-30wt.％，优选为：10-20wt.％。所述步骤(2)中聚乳酸织物为表面羧酸化改性的纯聚乳酸织物，具体为：将聚乳酸织物浸渍于强氧化性溶液中5-30min，浸渍温度为25-80℃，紫外光辐照反应，洗涤去除织物表面多余氧化剂，烘干，得到表面带有氧自由基的聚乳酸织物，记为PLA-g织物；然后浸渍在丙烯酸溶液中，进行紫外光辐照反应，得到表面接枝丙烯酸的聚乳酸织物，即表面羧酸化改性的纯聚乳酸织物，记为PLA-g-PAA织物；其中紫外光辐照反应条件均为紫外辐射波长320±20nm，反应时间：5-30min，反应温度25-80℃，紫外光源与织物的间距5-30cm。所述强氧化性溶液为二苯甲酮、双氧水、高锰酸钾溶液中的一种或几种；强氧化性溶液质量分数5-50wt.％；丙烯酸溶液的浓度为0-30vol.％。所述步骤(2)中浸渍时间均为0-30min；干燥为80℃下干燥0-30min。本专利技术提供一种所述方法制备的阻燃聚乳酸织物。本专利技术提供一种所述阻燃聚乳酸织物的应用，如预警阻燃、装饰材料、汽车内饰、服饰家纺等领域。本专利技术提供的一种预警器，包含所述阻燃聚乳酸织物。预警器工作原理：如图1c所示，改性后的阻燃聚乳酸织物表面富含碳管、氧化石墨烯与阻燃剂材料，三者起到协效阻燃作用。同时，氧化石墨烯在高温下发生热还原使得材料电阻下降，最终触发蜂鸣器与报警灯进行火灾预警。本专利技术提供的一种所述预警器的应用。本专利技术中阻燃剂主要通过脱水催化成碳、释放惰性气体等作用实现材料阻燃。碳纳米管与石墨烯同时起到阻燃与预警作用。阻燃作用：碳管与石墨烯主要通过高温成炭、提升碳层强度等作用起到凝聚相阻燃。预警功能：氧化石墨烯在高温下进行热还原，使得材料电阻下降并实现火灾预警功能，碳管可调节材料高温下导电通路密度，起到调控材料预警温度的作用。有益效果(1)本专利技术中提供的阻燃聚乳酸织物同时具有良好的阻燃性能与力学性能，服役性能，可用于装饰材料、汽车内饰、服装家纺等领域，具有良好的应用前景。(2)本专利技术中提供的阻燃聚乳酸织物是基于静电吸附与自组装技术，阻燃浸渍液与聚乳酸基体之间具有较强的相互作用，故其具有优异的服役性能。(3)本专利技术中提供的阻燃聚乳酸织物具有高温提前预警功能(氧化石墨烯高温下热还原，缺陷减少使得导电性增加)，可在材料温度异常时(燃烧之前)进行报警，大幅降低了火灾的危害程度。附图说明图1中(a)为基于多维度碳材料预警型阻燃聚乳酸织物结构；(b)为普通聚乳酸织物的火灾早期预警示意图；(c)为改性后聚乳酸织物的火灾早期预警示意图；图2纯聚乳酸织物在空气中的燃烧行为图，其中1燃烧前，2燃烧中，3燃烧后；图3预警型阻燃聚乳酸织物在空气中的燃烧行为实物图，其中1燃烧前，2燃烧中，3燃烧后。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻燃聚乳酸织物，其特征在于，所述织物表面依次间隔负载含阻燃剂的碳纳米管层和含阻燃剂的氧化石墨烯层。/n

【技术特征摘要】
1.一种阻燃聚乳酸织物，其特征在于，所述织物表面依次间隔负载含阻燃剂的碳纳米管层和含阻燃剂的氧化石墨烯层。


2.根据权利要求1所述织物，其特征在于，所述含阻燃剂的碳纳米管层中的阻燃剂为壳聚糖和/或氨基化β-环糊精；含阻燃剂的氧化石墨烯层中的阻燃剂为植酸、DNA、六氯环三磷腈、六氯环三磷腈衍生物中的一种或几种。


3.一种阻燃聚乳酸织物的制备方法，包括：
(1)将碳纳米管加入带正电荷的阻燃剂溶液中，超声处理，得到电正性碳纳米管浸渍液；将氧化石墨烯加入带负电荷的阻燃剂溶液中，超声处理，得到电负性氧化石墨烯浸渍液；
(2)将聚乳酸织物先浸渍电正性碳纳米管浸渍液中，洗涤，干燥，然后再浸渍电负性氧化石墨烯浸渍液，洗涤，干燥，重复操作，即得阻燃聚乳酸织物。


4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中带正电荷的阻燃剂溶液为壳聚糖溶液和/或氨基化β-环糊精溶液；电正性碳纳米管浸渍液中碳纳米管质量分数为1-5wt.％；阻燃剂质量分数1-30wt.％。


5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中带...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞森龙，朱美芳，胡香凝，相恒学，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31