一种可降解的阻燃植物纤维无纺布及其制备方法转让专利
申请号 : CN202010995738.1
文献号 : CN112064353B
文献日 : 2021-09-24
发明人 : 吴超林
申请人 : 临沂高维新材料有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种可降解的阻燃植物纤维无纺布,其特征在于:所述可降解的阻燃植物纤维无纺布包括:植物纤维无纺布基布和浸轧在基布表面的阻燃剂浆料;所述阻燃剂浆料,各原料组分如下:以重量计,Zn‑MOF‑74/PVA 5‑10份,壳聚糖8‑15份,苹果酸0.1‑3份,蒸馏水200‑220份;所述植物纤维无纺布基布以聚乳酸为主体,各原料组分如下:以重量计,聚乳酸85‑90份、棉秆纤维15‑20份、亚麻纤维3‑8份、聚酰胺纤维8‑12份;
具体制备方法为:
1)阻燃剂的制备:a)原料准备:准备六水合硝酸锌、2,5‑二羟基对苯二甲酸、DMF、异丙醇、蒸馏水、PVA,备用;b)Zn‑MOF‑74制备:A.准确称取的六水合硝酸锌、2,5‑二羟基对苯二甲酸、DMF、异丙醇、蒸馏水在搅拌条件下混合均匀,得混合物料;B.将步骤A中的混合物料放入聚四氟乙烯反应釜中,套上铁皮,放入马弗炉中,以3‑5℃/min的升温速率升至110℃反应
72小时,再以3‑5℃/min的升温速率降至室温,得到反应后物料;C.将步骤B中反应后物料,使用离心机以10000r/min转速进行固液分离,甲醇洗涤3次,60℃真空干燥24小时得到产物Zn‑MOF‑74,备用;c)Zn‑MOF‑74/PVA阻燃剂的制备:A.将步骤b)制备的Zn‑MOF‑74与蒸馏水混合,超声分散30分钟制得10wt%Zn‑MOF‑74水性悬浮液A,备用;B.将PVA与蒸馏水混合,并于80℃下搅拌溶解制得10wt%的PVA水性悬浮液B,备用;C.将步骤A中悬浮液A与步骤B中悬浮液B混合搅拌30分钟,放入冷冻机中于‑80℃下冷冻12小时,得到物料C;D.将步骤C中的物料C放入冷冻干燥机中干燥48小时,制得Zn‑MOF‑74/PVA,以作阻燃剂;
2)植物纤维无纺布基布制备:a)原料准备:称取聚乳酸、棉秆纤维、亚麻纤维、聚酰胺纤维,备用;b)植物纤维无纺布基布制备:A.将聚乳酸于60℃真空干燥箱中充分干燥,与棉 秆纤维、亚麻纤维、聚酰胺纤维通过高速混合机混合,得混合料;B.将步骤A中的混合料通过螺杆挤压熔融,控制工作温度在80‑100℃,控制转速在50‑60r/min;再通过喷丝孔喷射成聚乳酸纤维,控制喷丝孔径在0.16‑0.19mm,控制工作速度在6000‑8000m/min;然后将纤维吹风冷却,以气流拉伸成网,控制气流牵伸速度在6000‑7000m/min;最后通过轧机花辊辊压加固形成无纺布基布,控制辊速在8‑10m/min,控制工作压力在20‑25MPa,控制工作温度在120‑
140℃;
3)阻燃剂浆料浸轧无纺布基布:a)原料准备:称取阻燃剂、壳聚糖、苹果酸、蒸馏水,备用;b)阻燃剂浆料浸轧无纺布基布:A.将阻燃剂、壳聚糖、苹果酸、蒸馏水加入搅拌桶中混合,得到阻燃剂浆料,备用;B.将无纺布基布完全浸渍在步骤A中的阻燃剂浆料中,浸渍时间为12‑24小时,浸渍结束后将无纺布基布取出置于浸轧机中进行挤压,此为第一次浸轧;C.
将步骤B浸轧过一次的无纺布基布再一次浸入阻燃剂浆料中,并加入超声波振荡器超声30分钟,再次置于浸轧机中进行挤压,此为第二次浸轧;D.将步骤C中浸轧两次的无纺布基布,于60℃烘干机下烘干,制得一种可降解的阻燃植物纤维无纺布。
2.根据权利要求1所述的一种可降解的阻燃植物纤维无纺布,其特征在于:棉秆纤维直径为25‑85μm、长度为2‑8cm。
3.根据权利要求1所述的一种可降解的阻燃植物纤维无纺布,其特征在于:所述苹果酸浓度为10%。
4.根据权利要求1所述的一种可降解的阻燃植物纤维无纺布,其特征在于:悬浮液A和B的混合比例是:质量分数比(1:1)‑(3:1)。
说明书 :
一种可降解的阻燃植物纤维无纺布及其制备方法
技术领域
背景技术
物为代表的一些阻燃剂,无机主要是三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝,硅系等阻燃体系。其
中,阻燃剂中最常用的卤系阻燃剂虽然具有其他阻燃剂系列无可比拟的高效性,但是它对
环境和人的危害是不可忽视的。所以国内外一直在调整阻燃剂的产品结构,加大高效环保
型阻燃剂的开发。而金属有机框架材料具有多孔纳米结构、丰富的空隙、与聚合物出色的相
容性、金属节点、多功能配体等优异的特点,为用于聚合材料的阻燃剂提供了多种可能性。
如何增加无纺布的阻燃性,提高使用安全性是亟待解决的问题。而目前市场上所使用的的
阻燃剂,一般都仅具有阻燃的效果,无法同时帮助无纺布加速降解。同时,普通无纺布也存
在强度弱和耐久性差、亲水性弱等缺点。
发明内容
一种具有易燃性的高分子材料,所以使用浸轧工艺将阻燃剂浆料浸轧在基布表面,有效防
止无纺布基布燃烧产生熔融滴落从而引发火灾。
很好的棉杆纤维来增加无纺布的韧性和强度,掺杂聚酰胺纤维有效提高无纺布的耐磨性;
但又因为聚酰胺纤维是疏水性纤维,易产生静电,耐热性差。因此,又加入具有吸湿散热、抑
菌、抗静电等性能的亚麻纤维来优化互补,同时,由于亚麻纤维吸湿散热性使得亚麻在纺织
纤维中具有一定的阻燃效果。
基,增加降解速度。但聚乳酸自身有很强的的疏水性,加入的棉杆纤维具有天然吸湿性,可
以提高聚乳酸的水解降解的速度。
基布的表面;另一方面可以通过壳聚糖锚定在无纺布基布的表面,具体原理:阻燃剂表面含
有丰富的羟基结构,于蒸馏水中,水解产生带有游离羟基结构的阻燃剂,带负电荷;而壳聚
糖在苹果酸中会溶解产生质子化的壳聚糖,带正电荷;使得阻燃剂表面大量的羟基与阳离
子的壳聚糖发生去质子化反应,产生稳定的氢键。同时,壳聚糖上的氨基与聚乳酸上的羧基
以离子键的方式相连,由此,阻燃剂通过壳聚糖的离子态锚定在无纺布基布表面,分子间作
用力强,键能更高,使得阻燃剂不容易脱落。同时,阻燃剂表面的羟基、壳聚糖含有的羟基和
氨基等极性基团具有较强的亲水性,可与无纺布基布中的棉杆纤维产生协同效应,提高聚
乳酸水解降解的速度。
应,将Zn‑MOF‑74均匀包裹PVA而制得。
生的二氧化碳能有效阻碍火焰的产生;其三,碳化形成的固体碳层,有效的阻碍了氧气的扩
散以及可燃物挥发燃烧过程中热量和质量的传递;其四,无纺布中含有的亚麻纤维具有吸
湿散热性,有效阻碍热量的传递;综上,四重阻燃机制协同产生强烈的阻燃作用。
放大;
应后物料;
度在6000‑8000m/min;然后将纤维吹风冷却,以气流拉伸成网,控制气流牵伸速度在6000‑
7000m/min;最后通过轧机花辊辊压加固形成无纺布基布,控制辊速在8‑10m/min,控制工作
压力在20‑25MPa,控制工作温度在120‑140℃;
面丰富的羟基结构、壳聚糖含有的羟基和氨基等极性基团以及无纺布中掺杂的棉杆纤维所
产生的亲水性,优化互补了聚乳酸的疏水性,有效增加其水解降解的速率;同时,掺杂聚酰
胺纤维有效增加无纺布的耐磨性,掺杂麻纤维提高无纺布的吸湿散热、抑菌、抗静电等性
能,拓展了无纺布的应用范围。
具体实施方式
技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范
围。
上铁皮,放入马弗炉中,以3℃/min的升温速率升至110℃反应72小时,再以3℃/min的升温
速率降至室温,得到反应后物料;使用离心机以10000r/min转速进行固液分离,甲醇洗涤3
次,60℃真空干燥24小时得到产物Zn‑MOF‑74,备用;
制得10wt%的PVA水性悬浮液B;将悬浮液A与悬浮液B混合搅拌30分钟,放入冷冻机中于‑80
℃下冷冻12小时;将步骤C中的物料C放入冷冻干燥机中干燥48小时,制得Zn‑MOF‑74/PVA,
以作阻燃剂;
熔融,控制工作温度在80℃,控制转速在50r/min;再通过喷丝孔喷射成聚乳酸纤维,控制喷
丝孔径在0.16mm,控制工作速度在6000m/min;然后将纤维吹风冷却,以气流拉伸成网,控制
气流牵伸速度在6000m/min;最后通过轧机花辊辊压加固形成无纺布基布,控制辊速在8m/
min,控制工作压力在20MPa,控制工作温度在120℃;
时,浸渍结束后将无纺布基布取出置于浸扎机中进行挤压,此为第一次浸轧;将浸轧过一次
的无纺布基布再一次浸入阻燃剂浆料中,并加入超声波振荡器超声30分钟,再次置于浸扎
机中进行挤压,此为第二次浸轧;将浸轧两次的无纺布基布,于60℃烘干机下烘干,制得一
种可降解的阻燃植物纤维无纺布。
蒸馏水200份。
上铁皮,放入马弗炉中,以4℃/min的升温速率升至110℃反应72小时,再以4℃/min的升温
速率降至室温,得到反应后物料;使用离心机以10000r/min转速进行固液分离,甲醇洗涤3
次,60℃真空干燥24小时得到产物Zn‑MOF‑74,备用;
制得10wt%的PVA水性悬浮液B;将悬浮液A与悬浮液B混合搅拌30分钟,放入冷冻机中于‑80
℃下冷冻12小时;将步骤C中的物料C放入冷冻干燥机中干燥48小时,制得Zn‑MOF‑74/PVA,
以作阻燃剂;
熔融,控制工作温度在90℃,控制转速在55r/min;再通过喷丝孔喷射成聚乳酸纤维,控制喷
丝孔径在0.18mm,控制工作速度在7000m/min;然后将纤维吹风冷却,以气流拉伸成网,控制
气流牵伸速度在6500m/min;最后通过轧机花辊辊压加固形成无纺布基布,控制辊速在9m/
min,控制工作压力在23MPa,控制工作温度在130℃;
时,浸渍结束后将无纺布基布取出置于浸扎机中进行挤压,此为第一次浸轧;将浸轧过一次
的无纺布基布再一次浸入阻燃剂浆料中,并加入超声波振荡器超声30分钟,再次置于浸扎
机中进行挤压,此为第二次浸轧;将浸轧两次的无纺布基布,于60℃烘干机下烘干,制得一
种可降解的阻燃植物纤维无纺布。
份,蒸馏水210份。
上铁皮,放入马弗炉中,以5℃/min的升温速率升至110℃反应72小时,再以5℃/min的升温
速率降至室温,得到反应后物料;使用离心机以10000r/min转速进行固液分离,甲醇洗涤3
次,60℃真空干燥24小时得到产物Zn‑MOF‑74,备用;
制得10wt%的PVA水性悬浮液B;将悬浮液A与悬浮液B混合搅拌30分钟,放入冷冻机中于‑80
℃下冷冻12小时;将步骤C中的物料C放入冷冻干燥机中干燥48小时,制得Zn‑MOF‑74/PVA,
以作阻燃剂;
熔融,控制工作温度在100℃,控制转速在60r/min;再通过喷丝孔喷射成聚乳酸纤维,控制
喷丝孔径在0.19mm,控制工作速度在8000m/min;然后将纤维吹风冷却,以气流拉伸成网,控
制气流牵伸速度在7000m/min;最后通过轧机花辊辊压加固形成无纺布基布,控制辊速在
10m/min,控制工作压力在25MPa,控制工作温度在140℃;
时,浸渍结束后将无纺布基布取出置于浸扎机中进行挤压,此为第一次浸轧;将浸轧过一次
的无纺布基布再一次浸入阻燃剂浆料中,并加入超声波振荡器超声30分钟,再次置于浸扎
机中进行挤压,此为第二次浸轧;将浸轧两次的无纺布基布,于60℃烘干机下烘干,制得一
种可降解的阻燃植物纤维无纺布。
蒸馏水220份。
但以Zn‑MOF‑74/PVA为阻燃剂的阻燃性远高于Zn‑MOF‑74或ZIF‑8为阻燃剂,这是由于当表
面燃烧时,不仅Zn‑MOF‑74被氧化产生氧化锌形成致密的氧化锌保护层,而且PVA燃烧热解
产生的二氧化碳有效阻碍了火焰的产生,两者之间产生了协同效应,因而具有强烈阻燃性。
无纺布称重,分别记为M无纺布和M复合材料,负载量为A(单位g/g),计算公式:
负载量不高,这是由于Zn‑MOF‑74负载仅依靠范德华力吸附在植物纤维无纺布基布表面,而
Zn‑MOF‑74/PVA不仅通过范德华力吸附,而且可以通过壳聚糖锚定在植物纤维无纺布基布
表面。
试样用胶水贴在载玻片上,置于JY‑82视频接触角测量仪测试,采用静态接触角测量,将体
积为3的水滴滴在样品表面,通过测量三相交界处自固液界面经液滴内部至气液界面之夹
角,重复测量三次,取平均值,结果如下:
生了亲水性;而实施例1‑3亲水性强于实施例4和5,是因为阻燃剂表面丰富的羟基结构。而
亲水性就是加快聚乳酸的水解自降解速率的原因。实施例6具有疏水性,因为ZIF‑8具有强
疏水性。
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。
凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的
保护范围之内。