一种基于生物质蛋白与金属离子络合生物质酸阻燃织物的制备方法与流程

1.本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种基于生物质蛋白与金属离子络合生物质酸阻燃织物的制备方法。


背景技术：

2.随着社会的进步和科技的发展，纺织品的消费量与品种呈现逐年急剧增加的趋势。其应用范围覆盖了实际生活的方方面面，如农业、医疗、工业、军事、纺织业、交通运输等各个领域。但是，纺织产品的极易燃性使其成为了引发火灾的巨大潜在隐患，如何降低纺织品燃烧危险性，减少人民生命财产的损失，己然成为近年来世界各国十分重视并竭力解决的问题之一。因此，研发新型低烟、低毒和环境污染小的环保型阻燃整理剂，开发性能优异的阻燃纺织品是目前应对纺织品阻燃的一大潮流，有机隣阻燃剂由于具有低烟、低毒、无卤、高效阻燃的优点，受到国内外学者广泛的重视。目前，市场上使用最广泛的棉织物含磷阻燃剂为thpc和pyrovatex cp，但其存在生产工艺与应用上安全等方面的缺陷，此外，在合成thpc的过程中，用到的原料甲醛与中间体双氯甲醚均对人体有致癌性，且此类方法具有较大的危险性。同时，无机磷系阻燃纤维又因发烟量大、燃烧后产生毒烟且不环保等问题而备受质疑。
3.制备阻燃纤维、织物阻燃涂层整理、阻燃纤维和阻燃整理相结合是目前制备阻燃纺织品的主要方法。其中，阻燃涂层整理主要是通过吸附沉积、化学键合、非极性范德华力结合及粘合等作用，在纺织品表面固着阻燃剂，从而赋予其可调控的阻燃效果。例如，苏州大学的唐人成等人[journal of cleaner production.20march 2020,119545]应用了单宁酸和亚铁离子的组合，制得三元单宁酸
‑
亚铁离子
‑
丝绸络合物，同时赋予丝绸织物以持久的阻燃和抗菌效果，所制备的丝织物极限氧指数从23.6％显着增加至27.5％，抗菌率从22％显着提高到95％，这项研究提出了一种用于丝绸的环保阻燃处理方法，并提出了可水解单宁在纺织品阻燃改性中的新应用。四川大学的王玉忠等人[polymerdegradation and stability.december 2012,pages 2487
‑
2491]提出通过螺环季戊四醇磷酸二酰氯(spdpc)与酒石酸(ta)的反应，合成了一种新型阻燃剂聚(1,2
‑
二羧基乙烯螺环季戊四醇双膦酸酯)(pepbp)，含有 21.2％的pepbp的棉织物物的极限氧指数值为33.8，比未处理棉织物的极限氧指数值高14.4，这项研究为合成新型无甲醛阻燃整理剂提供了新的方法。利用生物质阻燃剂进行棉织物阻燃涂层整理尽管已取得显著效果，但仍存在阻燃单体成本较高、阻燃效率低、耐久性差、工艺流程繁杂等问题，且对织物的服用性能影响较大。与传统阻燃处理方法相比，这类应用仍然未有工业化生产的迹象，亟需新的阻燃材料/方法研究来推动其发展。
[0004]
综上所述，本发明基于生物质蛋白与金属离子络合生物质酸阻燃织物的制备方法，首先对织物表面进行碱处理，将纤维表面的油脂、浆料、以及无定形短纤维溶解，从而增加织物表面的活性基团，然后通过酸性和碱性溶液分别调节生物蛋白和生物质酸的电负
性，通过静电吸附的方式，将两种生物质阻燃剂沉积在织物表面，再将整理过的织物分别放入不同的二价金属离子溶液中，通过离子交换反应，获得络合有不同金属离子的阻燃涂层，提升阻燃效率和耐水洗性，且本发明原料易得、加工工艺简单、实验过程不需要任何有毒溶剂，绿色环保，所制备的生物质蛋白与金属离子络合生物质酸阻燃织物，可应用于医疗、服装等领域，具有良好的推广价值。


技术实现要素：

[0005]
本发明基于各类生物质阻燃材料制备的方法，并结合层层自组装技术与喷涂技术，提供了一种实施容易、工艺简单的生物质蛋白与金属离子络合生物质酸阻燃织物的制备方法。
[0006]
本发明核心思想(附图1)是：提供了一种生物质蛋白与金属离子络合生物质酸阻燃织物的制备方法，首先利用浓碱溶液对织物表面的油脂、浆料以及无定形纤维进行前期处理，增大织物表面的活性基团，然后将生物质蛋白和生物质酸通过层层自主装的技术沉积在织物表面，随后将组装后织物分别浸泡于不同二价金属离子溶液中，经金属离子与生物质酸发生离子交换和络合反应后即得到不同金属离子络合的阻燃整理剂，这种通过生物质原材料来制备阻燃整理剂的方法，原料易得，方法简单，并创新性地利用蛋白质与生物质酸的协效阻燃行为，消除了目前氯系阻燃剂燃烧时释放有毒气体的弊端，同时消除了目前磷系阻燃剂在制备和使用时所产生的甲醛、双氯甲醚等致癌物质，有望为环保、绿色、低毒阻燃整理剂提供一种设计新方法。
[0007]
一种生物质蛋白与金属离子络合生物质酸织物阻燃整理剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008]
s1、首先将织物在碱性溶液中于60
‑
90℃恒温水浴条件下脱浆处理一小时，后用蒸馏水将上述织物洗涤至中性，自然风干备用。
[0009]
s2、将生物质蛋白和生物质酸分别加入水中，超声溶解，配制成溶液，用氢氧化钠溶液调节生物质蛋白溶液的ph至8
‑
12，用盐酸溶液调节生物质酸溶液的ph至2
‑
6，使两种溶液呈现不同的电性，然后将两种生物质溶液交替喷涂于s1中所制织物表面，将其自然风干后备用。
[0010]
s3、将s2中所制织物分别浸泡在不同的二价金属离子溶液中使其与生物质酸发生络合，从而制得一种基于生物质蛋白与金属离子络合生物质酸的阻燃涂层织物。
[0011]
优选地，所述步骤s1中，碱性溶液为氢氧化钾和/或氢氧化钠溶液，浓度为0.4g/l
‑
200g/l。
[0012]
优选地，所述步骤s1中，织物为纯棉织物、涤棉混纺布、苎麻布的一种或多种。
[0013]
优选地，所述步骤s2中，生物质蛋白水溶液的含量为1g/l
‑
10g/l。
[0014]
优选地，所述步骤s2中，生物质蛋白为丝胶蛋白、大豆蛋白、牛奶蛋白中的一种或多种。
[0015]
优选地，所述步骤s2中，生物质酸水溶液的含量为1g/l
‑
8g/l。
[0016]
优选地，所述步骤s2中，生物质酸为海藻酸、单宁酸、植酸中的一种或多种。
[0017]
优选地，所述步骤s2中，将生物质蛋白水溶液和含量生物质酸水溶液分1
‑
10次交替喷涂在棉织物表面，每次喷涂的表面固含量为 1g/m2‑
20g/m2，最终总表面固含量为1
‑
15g/m2。
[0018]
优选地，所述不同二价金属离子为fe
2
、mg
2
、ca
2
、ba
2
、co
2
、 ni
2
中的一种或多种，所述二价金属离子的浓度为10g/l
‑
50g/l。
[0019]
一种基于生物质蛋白与金属离子络合生物质酸阻燃织物，使用任一项所述的方法制备得到。
[0020]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0021]
一、基于传统阻燃整理剂的基础，本发明使用了创新的原料。具体来说，传统的阻燃整理剂在无卤的基础上使用了低烟、低毒、无卤、高效的磷系阻燃剂，然而这类阻燃剂在使用和制备过程中都会释放有毒气体和致癌物。随着社会环保意识的增强，研究人员对无毒且环境友好的阻燃剂关注度随之升高，而本发明所使用的生物质蛋白和生物质酸可解决使用过程甲醛等有害气体的释放等问题，且其来源广泛，且在是一种环境友好型阻燃整理剂。
[0022]
二、本发明使用的生物质蛋白如丝胶蛋白，其占蚕丝量的 20％～30％，因其对丝织品加工及性能造成的负面影响而必须去除，因此，产生极大的污染与浪费。本发明所使用的阻燃剂原料为工业生产中的废弃原料，可有效利用丝胶等废弃物，变废为宝，对环境保护和资源的循环利用具有重要的意义。
[0023]
三、本发明通过调节生物质蛋白和生物质酸的酸碱性，然后充分利用溶液的电负性，将两种阻燃剂通过喷涂静电组装的方式整理到织物表面，相比较传统的整理方式更为可控、简洁、环保。
[0024]
四、本发明将海藻酸与不同二价金属离子发生离子交换反应，这种金属离子络合海藻酸赋予织物机体良好的阻燃性能，催化基材成碳，且离子交联的涂层具有良好的耐水洗性，从多方面提高了阻燃效果。这种金属离子的阻燃催化作用为设计具有优异阻燃性能的生物基涂层提供了有效的方法。
附图说明
[0025][0026]
图1为所述阻燃整织物的制备示意图；
[0027]
图2为金属离子与海藻酸络合反应示意图；
[0028]
图3为丝胶粉末的扫描电镜图；
[0029]
图4为含不同金属离子织物燃烧过后的炭层扫描电镜图。
具体实施方式
[0030]
本发明选用丝胶蛋白与海藻酸为阻燃整理剂、棉织物作为被处理织物作为实施例进行代表说明，仅代表本发明实施内容的一部分，并不用于限制本发明,其依然可对所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。
[0031]
实施例
[0032]
结合附图1
‑
4，一种基于生物质蛋白与金属离子络合生物质酸阻燃织物的制备方法，将棉织物置于浓度为1mol/l的氢氧化钠溶液中处理一小时，同时保持其外置条件为80℃恒温水浴，然后用蒸馏水将氢氧化钠处理后的棉织物洗涤至中性，自然风干。将丝胶蛋白
和海藻酸分别溶解在水中获得其溶液，用1mol/l氢氧化钠溶液调节丝胶蛋白水溶液ph至9，用1mol/l盐酸溶液调节海藻酸水溶液ph至5，使得两种溶液分别带有正负电荷；然后将含量为5g/l的生物质蛋白喷涂在棉织物表面，保证棉织物表面生物蛋白负载量为4g/m2，再将含量为4g/l的生物质酸喷涂在棉织物表面，保证棉织物表面生物质酸负载量为2g/m2。上述两种溶液使用交替喷涂5轮整理在棉织物表面，最终棉织物表面的阻燃剂固含量为4g/m2。自然风干24小时后将上述处理后棉织物分别浸泡在浓度为30g/l的fe
2
、mg
2
、ca
2
、ba
2
、 co
2
、ni
2
二价金属离子溶液中，使其与海藻酸发生络合，生成不同的海藻酸盐，从而制得一种基于丝胶蛋白与金属离子络合海藻酸阻燃涂层棉织物。
[0033]
对各类织物经行阻燃处理之后，并用极限氧指数仪、差示扫描量热仪等仪器测试阻燃织物的极限氧指数。
[0034]
表一 各类金属与海藻酸络合的燃烧测试
[0035][0036]
表二：阻燃等级燃烧标准
[0037][0038]
取不同含量生物质酸与不同含量丝胶蛋白处理的阻燃织物进行对比，将不同负载量的生物质阻燃涂层在同一温度条件下进行燃烧测试，观察不同氮含量和金属离子络合酸对织物阻燃效果，用极限氧指数仪测量不同负载量阻燃涂层的极限氧指数，对其氧指数进行对比分析，找到最佳含量。
[0039]
取同一浓度下生物质蛋白和生物质酸处理的阻燃织物，然后浸泡在同一金属离子的不同浓度下经行对比，将处理好的阻燃织物浸泡在不同浓度的二价金属溶液中。进行离
子交换反应，制的不同含量的生物质酸金属络合盐，用极限氧指数仪测量不同金属含量阻燃织物的极限氧指数，对其氧指数进行对比分析，找到二价金属离子最佳浓度。
[0040]
取同一浓度下生物质蛋白和生物质酸处理的阻燃织物，然后浸泡在不同的二价金属溶液中，发生离子交换反应，制的不同金属离子的生物质酸金属络合盐，用极限氧指数仪测量不同金属离子阻燃织物的极限氧指数，对其氧指数进行对比，对比不同金属离子络合生物质酸盐的阻燃效果。
[0041]
表征方法说明：
[0042]
通过场发射扫描电镜sem(德国zeiss公司ultra 55)观察所述阻燃织物燃烧前后的表面形貌以及燃烧前后的产物元素。
[0043]
通过极限氧指数仪来测量不同金属络合生物质酸的极限氧指数，以此来判断不同金属离子络合生物质酸处理的棉织物阻燃效果。
[0044]
通过热重分析仪来测量阻燃织物质量随热量变化的曲线，来探究阻燃织物的裂解过程。来衡量阻燃织物的热稳定性。
[0045]
通过阻燃等级标准(如图表二)，对本发明中阻燃样品进行阻燃等级评估。
[0046]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可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。