CN109371670B - 阻燃蚕丝及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备阻燃蚕丝的方法，包括以下步骤：制备薯莨提取液，利用浸渍吸附法将所述薯莨提取液中的缩合单宁吸附于蚕丝织物上，得到薯莨提取物改性的蚕丝织物；在弱碱性的条件下，再利用浸渍吸附法使聚丙烯亚胺树状物吸附于经薯莨提取物改性的蚕丝织物上，得到阻燃蚕丝。本发明利用薯莨提取物中的缩合单宁与聚丙烯亚胺树状物在蚕丝织物上在弱碱性条件下的交联反应，有效地提升蚕丝织物的阻燃性能，用本发明方法整理的蚕丝织物具有很好的耐久性的阻燃功能。

Description

阻燃蚕丝及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及纺织品整理技术领域，具体涉及一种提高蚕丝阻燃性能的方法、阻燃蚕丝及其应用。

背景技术

世界上有近一半的火灾是由纺织品的燃烧所引起的，且由纺织品及室内装饰品引起的火灾死亡事故居首位。蚕丝属于天然蛋白质纤维，具有吸湿透气、柔软滑爽、光泽柔和、高雅华丽、穿着舒适等特点，故深受人们的欢迎和喜爱。蚕丝纤维常被广泛用来制作高档床上纺织品、室内装饰织物、地毯、窗帘、墙布以及纺织艺术品等，这些蚕丝制品均有一定的阻燃要求。尽管蚕丝与纤维素纤维相比，其本身具有一定的阻燃性，但是其极限氧指数一般仅为23％左右，还远达不到阻燃纺织品的标准，也难以满足人们对阻燃蚕丝制品日益增长的消费需求。为了提高蚕丝制品的阻燃性能，需要对其进行阻燃整理。

应用于蛋白质纤维(主要是蚕丝和羊毛)制品的阻燃剂主要分为无机阻燃剂和有机阻燃剂两大类。商业化的无机阻燃剂主要是锆和钛的金属化合物，通常应用于羊毛的阻燃整理，应用于蚕丝时其水洗耐久性欠佳。有机阻燃剂几乎能适用于所有纺织品的阻燃整理，占据了主要的市场份额，曾经使用和正在使用的有机阻燃剂包括溴、氯、磷和氮的化合物。尽管很多商业化的有机阻燃剂能赋予了蚕丝阻燃功能，但是其中很多是不符合环保要求的，甚至是有毒的。例如，卤素化合物在燃烧过程中会产生大量的有毒气体，并且存在持久性、生物蓄积性和环境毒性等一系列严重的问题，故在纺织工业中已被禁用。有机磷系阻燃剂作为卤素阻燃剂的替代品得到了广泛地应用。然而，采用有机磷阻燃剂整理的阻燃纺织品在使用和洗涤过程中，由于排放的废液中含有磷系化合物，会导致水体的富营养化，并且很多磷系阻燃剂所含的羟甲基会引发甲醛释放问题。目前工业上仍然是使用有机磷阻燃剂、锆和钛金属化合物对蚕丝制品进行阻燃整理。出于对阻燃剂危害和环境可持续发展的认识，研发生态环保、高效的新型阻燃剂以替代传统阻燃化合物已成为阻燃剂及其阻燃整理技术的发展方向。

中国发明专利CN201710161634.9公开了一种用植酸对蛋白质纤维进行染整加工的方法，采用天然产物植酸同时作为环保型的染色促染剂和阻燃整理剂，所处理的蛋白质纤维具有良好的阻燃性能(极限氧指数高达30％，垂直燃烧时的损毁长度小于15cm，能满足我国《阻燃装饰织物》中B1级阻燃性能要求)，但单独采用植酸处理的蛋白质纤维制品的阻燃功能的水洗耐久性欠佳(Xibiao Zhang,Xian-You Zhou,Xian-Wei Cheng,Ren-ChengTang.Phytic acid as an eco-friendly flame retardant for silk/wool blend:Acomparative study with fluorotitanate and fluorozirconate.Journal of CleanerProduction,2018,198:1044-1052)。中国发明专利201710568421.8公开了采用薯莨水浸提取物、柠檬酸、柠檬酸钠、甲酸钠混合液对蚕丝织物进行耐久性阻燃整理的方法，采用该混合液浸泡，再经轧水、烘干、高温焙烘、水洗、烘干后，得到耐久性阻燃蚕丝织物，阻燃蚕丝织物的极限氧指数能达到27～28％，垂直燃烧时损毁长度小于15cm，而且经20次重复洗涤后，阻燃蚕丝织物的极限氧指数仍能达到27～28％、垂直燃烧时损毁长度仍小于15cm；与未整理蚕丝织物相比，阻燃蚕丝织物的极限氧指数提升幅度仍有限，不能达到30％。上述问题是本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用薯莨提取物和聚丙烯亚胺树状物联合处理提高蚕丝织物阻燃性能的一种提高蚕丝阻燃性能的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的方案是：.制备阻燃蚕丝的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将蚕丝浸入到所述薯莨提取液中，加热至75-90℃进行处理，得到经缩合单宁改性的蚕丝织物；

S2、将所述经缩合单宁改性的蚕丝织物浸入到pH值为8-9.5，浓度为5-15g/L的聚丙烯亚胺树状物溶液中，加热至55-70℃进行处理，得到阻燃蚕丝。

本申请利用薯莨提取物中的缩合单宁与聚丙烯亚胺树状物在蚕丝织物上在弱碱性条件下的交联反应，赋予蚕丝织物很好的耐久性的阻燃功能。

进一步的是：所述步骤S1还包括制备所述薯莨提取液，包括以下步骤：将薯莨块茎按重量比为15/100-30/100置于水中打浆，将浆液的pH值调至8，加热至85-95℃处理50-80min，过滤得到薯莨提取液。

进一步的是：所述步骤S1中加热处理的时间为70-120min。

进一步的是：所述步骤S2中，所述加热处理的时间为30-40min。

进一步的是：所用聚丙烯亚胺树状物为二代聚丙烯亚胺树状物或三代聚丙烯亚胺树状物。

进一步的是：所用聚丙烯亚胺树状物为二代聚丙烯亚胺树状物或三代聚丙烯亚胺树状物。

本申请进一步的提供了一种由上述方法制备得到的阻燃蚕丝。

本申请进一步的提供了将上述阻燃蚕丝在纺织中的应用。

本发明的有益效果：本发明使用的薯莨提取物安全无毒，聚丙烯亚胺树状物反应活性点多，薯莨提取物中的缩合单宁与聚丙烯亚胺树状物能在弱碱性条件下快速发生缩合交联反应，交联产物能与蚕丝纤维发生良好的结合，保证了阻燃功能的水洗耐久性；缩合单宁与聚丙烯亚胺树状物的交联产物具有很好的高温稳定性和成碳能力，使得蚕丝织物在燃烧时具有较强的成炭能力；本发明工艺简单、操作便捷，所整理的蚕丝织物阻燃效果优异，且耐久性好。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

S1、制备薯莨提取液及使用薯莨提取物对蚕丝织物进行改性：

将薯莨块茎洗净、去皮、切碎。称取150g切碎的薯莨块茎，加入500mL水，机械粉碎打浆，用纯碱调节浆液pH值至8，加热至85℃，浸泡80min，然后静置、冷却、过滤；在滤液中，加水稀释，搅拌均匀，并定容至1L，即得薯莨提取液。通过上述步骤，可以提取薯莨中的单宁缩合，是单宁缩合溶解在水中。

按照浴比1:50配置上述薯莨提取液和蚕丝的量。将蚕丝浸入到薯莨提取液中，从30℃开始处理，以2℃/min的升温速率逐渐升温至90℃，保温处理70min。浸泡处理后，取出蚕丝，水洗后，得到经薯莨提取物改性的蚕丝织物。

S2、利用聚丙烯亚胺树状物对薯莨提取物改性的蚕丝织物进行处理：

配置浓度为5g/L的三代聚丙烯亚胺树状物(分子量为1687g/mol)溶液，用醋酸和纯碱将该溶液pH值调节至9.5，得到聚丙烯亚胺树状物溶液。

按照浴比1:50配置蚕丝和聚丙烯亚胺树状物溶液。将薯莨改性后的蚕丝织物浸入聚丙烯亚胺树状物溶液中，从30℃开始处理，以2℃/min的升温速率逐渐升温至55℃，保温处理40min。处理完毕，取出蚕丝，轧水、80℃烘干，得到阻燃蚕丝织物。

实施例2

S1、将薯莨块茎洗净、去皮、切碎。称取75g切碎的薯莨块茎，加入500mL水，机械粉碎打浆，用纯碱调节浆液pH值至8，加热至95℃，浸泡50min，然后静置、冷却、过滤；在滤液中，加水稀释，搅拌均匀，并定容至1L，即得薯莨提取液。按照浴比1:50配置上述薯莨提取液和蚕丝的量。将蚕丝浸入到薯莨提取液中，从30℃开始处理，以2℃/min的升温速率逐渐升温至75℃，保温处理120min。浸泡处理后，取出蚕丝，水洗后，得到经薯莨提取物改性的蚕丝织物。

S2、配置浓度为10g/L的二代聚丙烯亚胺树状物(分子量为777g/mol)溶液，用醋酸和纯碱将该溶液pH值调节为8，得到聚丙烯亚胺树状物溶液。按照浴比1:50配置蚕丝和聚丙烯亚胺树状物溶液。将薯莨改性后的蚕丝织物浸入聚丙烯亚胺树状物溶液中，30℃开始处理，以2℃/min的升温速率逐渐升温至70℃，保温处理30min。处理完毕，取出蚕丝，轧水、80℃烘干，得到阻燃蚕丝织物。

实施例3

S1、将薯莨块茎洗净、去皮、切碎。称取125g切碎的薯莨块茎，加入500mL水，机械粉碎打浆，用纯碱将浆液pH值调节至8，加热至90℃，浸泡65min，然后静置、冷却、过滤；在滤液中，加水稀释，搅拌均匀，并定容至1L，即得薯莨提取液。按照浴比1:50配置蚕丝和聚丙烯亚胺树状物溶液。将蚕丝浸入到薯莨提取液中，30℃开始处理，以2℃/min的升温速率逐渐升温至85℃，保温处理90min。浸泡处理后，取出蚕丝，水洗后，得到经薯莨提取物改性的蚕丝织物。

S2、配置15g/L的二代聚丙烯亚胺树状物(分子量为777g/mol)溶液，用醋酸和纯碱调节该溶液pH值为8.5，得到聚丙烯亚胺树状物溶液。按照浴比1:50配置聚丙烯亚胺树状物溶液和蚕丝的量。将薯莨改性后的蚕丝织物浸入聚丙烯亚胺树状物溶液中，30℃开始处理，以2℃/min的升温速率逐渐升温至60℃，保温处理30min。处理完毕，取出蚕丝，轧水、80℃烘干，得到阻燃蚕丝织物。

对上述实施例1至实施例3中得到的阻燃蚕丝织物进行阻燃性能和耐水洗性能测试。

其中，阻燃性能用极限氧指数和垂直燃烧时的损毁长度评价；织物的极限氧指数按GB/T 5454-1997《纺织品燃烧性能实验氧指数法》标准测定，织物垂直燃烧时的损毁长度按GB/T 5455-2014《纺织品燃烧性能垂直方向损毁长度阴燃和续燃时间的测定》标准测定；织物的燃烧性能按照GB/T 17591-2006《阻燃织物》标准评定。阻燃织物的水洗方法参照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》标准进行，使用丝毛洗涤剂2g/L，浴比1:50，40℃下洗涤30min为一次，重复水洗至所需水洗次数。

为了便于比较，本申请还设置有以下对照样；

对照样1：采用未处理蚕丝织物。

对照样2：单独用10g/L的二代聚丙烯亚胺树状物70℃处理30min的蚕丝织物。

对照样3：单独用薯莨提取物处理的蚕丝织物，具体的为采用实施例1当中仅经过步骤S1处理后的蚕丝织物。

最终测试结果如表1所示。

表1蚕丝织物的阻燃性能

由表1可以看出，未经任何处理的蚕丝织物的极限氧指数为24.5％，在垂直燃烧过程中完全燃烧，损毁长度为30cm，属于不阻燃的织物。单独用聚丙烯亚胺树状物处理的蚕丝织物，极限氧指数有一定程度的提高，但在垂直燃烧时也是完全燃烧，损毁长度为30cm，属于不阻燃的织物。单独用薯莨提取物处理的蚕丝织物的极限氧指数为27.0％，垂直燃烧时的损毁长度为12.5cm，尽管也满足我国《阻燃装饰织物》中B1级阻燃性能要求，但其极限氧指数仍偏低。而经薯莨提取物和聚丙烯亚胺树状物联合处理的蚕丝织物的极限氧指数高达30.6-30.8％，垂直燃烧时的损毁长度为9.5-11.0cm，均满足我国《阻燃装饰织物》中B1级阻燃性能要求，而且极限氧指数更高，具有更好的阻燃性能；另外，即使经20次重复洗涤后，其极限氧指数仍在30％以上，垂直燃烧时的损毁长度仍小于11cm，仍能满足我国《阻燃装饰织物》中B1级阻燃性能要求，说明用本发明方法制备的阻燃蚕丝织物的阻燃功能的水洗耐久性很好。

以上实施案例说明利用薯莨提取物和聚丙烯亚胺树状物联合处理的蚕丝织物具有很好的耐久性的阻燃功能。

本申请的原理是：利用浸渍吸附法，使薯莨提取物中的缩合单宁吸附于蚕丝织物上，再利用浸渍吸附法使聚丙烯亚胺树状物吸附于蚕丝织物上，在一定温度和弱碱性条件下，缩合单宁和聚丙烯亚胺树状物在蚕丝织物上发生缩合交联反应，从而形成难溶于水的三维立体网状结构。这种交联结构的存在，使得蚕丝织物在燃烧时具有较强的成炭能力，所成的碳起到了隔热、隔氧的作用，从而提高了蚕丝织物的阻燃性能。

本发明使用的薯莨提取物安全无毒，聚丙烯亚胺树状物反应活性点多，薯莨提取物中的缩合单宁与聚丙烯亚胺树状物能在弱碱性条件下快速发生缩合交联反应，交联产物能与蚕丝纤维发生良好的结合，保证了阻燃功能的水洗耐久性；缩合单宁与聚丙烯亚胺树状物的交联产物具有很好的高温稳定性和成碳能力，使得蚕丝织物在燃烧时具有较强的成炭能力；本发明工艺简单、操作便捷，所整理的蚕丝织物阻燃效果优异，且耐久性好，另外还能实现染色和阻燃整理的一步法加工。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.制备阻燃蚕丝的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将蚕丝浸入到薯莨提取液中，加热至75-90℃进行处理，得到经缩合单宁改性的蚕丝织物；

S2、将所述经缩合单宁改性的蚕丝织物浸入到pH值为8-9.5，浓度为5-15g/L的聚丙烯亚胺树状物溶液中，加热至55-70℃进行处理，得到阻燃蚕丝。

2.如权利要求1所述的制备阻燃蚕丝的方法，其特征在于，所述步骤S1还包括制备所述薯莨提取液，包括以下步骤：将薯莨块茎按重量比为15/100-30/100置于水中打浆，将浆液的pH值调至8，加热至85-95℃处理50-80min，过滤得到薯莨提取液。

3.如权利要求1所述的制备阻燃蚕丝的方法，其特征在于，所述步骤S1中加热处理的时间为70-120min。

4.如权利要求1所述的制备阻燃蚕丝的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述加热处理的时间为30-40min。

5.如权利要求1所述的制备阻燃蚕丝的方法，其特征在于，所用聚丙烯亚胺树状物为二代聚丙烯亚胺树状物或三代聚丙烯亚胺树状物。

6.根据权利要求1至5中任一方法所制备的阻燃蚕丝。

7.如权利要求6所述的阻燃蚕丝在纺织上的应用。