一种阻燃蚕丝织物及其制备方法和应用
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; |
| 专利有效性 | 公开 | 当前状态 | 公开 |
| 申请号 | CN202311616704.7 | 申请日 | 2023-11-30 |
| 公开(公告)号 | CN117385638A | 公开(公告)日 | 2024-01-12 |
| 申请人 | 武汉纺织大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 袁佳; 洪瑛; 陈凤翔; 陈嵘; | 第一发明人 | 袁佳 |
| 权利人 | 武汉纺织大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 武汉纺织大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：湖北省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：湖北省武汉市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：湖北省武汉市洪山区纺织路1号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：430200 |
| 主IPC国际分类 | D06M13/51 | 所有IPC国际分类 | D06M13/51 ; D06M101/10 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京高沃律师事务所 | 专利代理人 | 王雪; |
| 摘要 | 本 发明 提供了一种阻燃蚕丝织物及其制备方法和应用，属于纺织品 整理 技术领域。本发明采用吡唑基 硼 酸酯作为阻燃剂，其中的硼酸酯结构在燃烧过程中会形成玻璃状的熔融 覆盖 物，提高 碳 层 稳定性 ，达到阻燃作用，进一步的，阻燃剂中的含氮组分，在燃烧过程中会产生 氨 气、氮气等难燃气体，可以稀释可燃气体的浓度，并作为炭层的发泡剂，形成发泡的膨胀型多孔炭层，限制可燃性气体进入气相达到 隔热 、隔 氧 作用；硼‑氮协同作用使式Ⅱ化合物有效提高蚕丝的 阻燃性 能，同时能够提高蚕丝织物的机械性能，且基本不会对其柔软性和光滑度产生不利影响。 | ||
| 权利要求 | 1.一种阻燃蚕丝织物的制备方法，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种阻燃蚕丝织物及其制备方法和应用技术领域背景技术[0002] 蚕丝属于天然蛋白质纤维，具有光泽优雅，穿着舒适，良好的吸湿性、透湿性和柔软性等优点，在服装、窗帘、床上用品等具有广泛应用。但是，蚕丝织物的极限氧指数为23％左右，属于易燃品，并且在燃烧过程中会产生大量的CO和HCN等有毒物质。因此，对比蚕丝织物进行阻燃整理，不仅有助于拓展蚕丝织物的用途，而且对保护人们的生命财产安全具有重要意义。 [0003] 现有技术使用卤系阻燃剂提高蚕丝的阻燃性能，但其在燃烧过程中会释放出有毒且具有腐蚀性的卤化氢气体，严重污染环境并且危害人类健康。随着人们环保意识的增强，阻燃剂的研究逐渐朝着绿色、环保、高效的方向发展。其中，无卤磷系阻燃剂受到越来越多的关注，但其存在阻燃剂使用量大，整理后的蚕丝织物的物理性能变差等问题，而且在生产使用磷系阻燃剂时会产生大量含磷废水对生态环境造成影响。 [0004] 因此，如何在提高蚕丝织物阻燃性能的同时保证其物理性能成为现有技术的难题。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种阻燃蚕丝织物及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法制备的蚕丝织物具有优异的阻燃性能，同时还能提高蚕丝织物的机械强度，并保持蚕丝织物的柔软性和光滑度。 [0006] 为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案： [0007] 本发明提供了一种阻燃蚕丝织物的制备方法，包括以下步骤： [0009] 所述吡唑基硼酸酯的结构如式Ⅰ或式Ⅱ所示： [0010] [0011] (2)将蚕丝织物在所述步骤(1)得到的阻燃整理液中进行振荡，得到阻燃蚕丝织物。 [0012] 优选地，所述步骤(1)中的溶剂为乙醇和水的混合溶液。 [0013] 优选地，所述乙醇和水的体积比为1：(2.5～4)。 [0014] 优选地，所述步骤(1)阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的浓度为0.05～0.25mol/L。 [0015] 优选地，所述步骤(2)中蚕丝织物和阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的质量比为1：(0.6～4.5)。 [0016] 优选地，所述步骤(2)中振荡的温度为40～80℃，振荡的时间为2～12h。 [0017] 优选地，所述步骤(2)中振荡完成后还包括依次进行的水洗和干燥。 [0018] 优选地，所述干燥的温度为40～80℃，干燥的时间为2～10h。 [0019] 本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的阻燃蚕丝织物。 [0020] 本发明还提供了上述技术方案所述的阻燃蚕丝织物在服装、窗帘和床上用品中的应用。 [0021] 本发明提供了一种阻燃蚕丝织物的制备方法，包括以下步骤：(1)将吡唑基硼酸酯和溶剂混合，得到阻燃整理液；所述吡唑基硼酸酯的结构如式Ⅰ或式Ⅱ所示： [0022] [0023] (2)将蚕丝织物在所述步骤(1)得到的阻燃整理液中进行振荡，得到阻燃蚕丝织物。本发明采用吡唑基硼酸酯作为阻燃剂，其中的硼酸酯结构在燃烧过程中会形成玻璃状的熔融覆盖物，提高碳层稳定性，达到阻燃作用，进一步的，阻燃剂中的含氮组分，在燃烧过程中会产生氨气、氮气等难燃气体，可以稀释可燃气体的浓度，并作为炭层的发泡剂，形成发泡的膨胀型多孔炭层，限制可燃性气体进入气相达到隔热、隔氧作用；硼‑氮协同作用使式Ⅱ化合物有效提高蚕丝的阻燃性能，同时能够提高蚕丝织物的机械性能，且不会对其柔软性和光滑度产生不利影响。实施例的结果显示，采用本申请制备方法制备的阻燃蚕丝织物的极限氧指数在25.8％以上，属于难燃产品，同时还提高了蚕丝织物的机械强度，并且蚕丝织物的柔软性和光滑度基本不变。附图说明 [0024] 图1为本发明式Ⅰ化合物、式Ⅱ化合物、实施例1～2阻燃蚕丝织物和对比例1蚕丝织物的红外光谱图； [0025] 图2为本发明对比例1蚕丝织物经垂直燃烧后残炭的SEM图； [0026] 图3为本发明实施例1阻燃蚕丝织物经垂直燃烧后残炭的SEM图； [0027] 图4为本发明实施例2阻燃蚕丝织物经垂直燃烧后残炭的SEM图； [0028] 图5为本发明实施例1～2阻燃蚕丝织物和对比例1蚕丝织物的应力‑应变曲线图。 具体实施方式[0029] 本发明提供了一种阻燃蚕丝织物的制备方法，包括以下步骤： [0030] (1)将吡唑基硼酸酯和溶剂混合，得到阻燃整理液； [0031] 所述吡唑基硼酸酯的结构如式Ⅰ或式Ⅱ所示： [0032] [0033] (2)将蚕丝织物在所述步骤(1)得到的阻燃整理液中进行振荡，得到阻燃蚕丝织物。 [0034] 如无特殊说明，本发明对所述各原料的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明的实施例中，所述式Ⅰ化合物优选在安耐吉购买；所述式II化合物优选根据文献[Organic Letters,2020,22(24):9408‑9414.]所述步骤合成，具体为：将12.6g 1‑甲基‑1H‑吡唑‑4‑硼酸、17.6gN‑甲基亚氨二乙酸、60mL甲苯和30mL二甲亚砜加入到250mL反应瓶中加热回流反应6h，反应完毕后降温至室温，减压蒸馏除去溶剂得到油状混合物，然后用水重结晶得到12.3g白色固体，即式II化合物，其具体反应方程式如下所示： [0035] [0036] 本发明将吡唑基硼酸酯和溶剂混合，得到阻燃整理液。 [0037] 在本发明中，所述吡唑基硼酸酯的结构如式Ⅰ或式Ⅱ所示： [0038] [0039] 在本发明中，所述吡唑基硼酸酯作为阻燃剂，其中的硼酸酯结构在燃烧过程中会形成玻璃状的熔融覆盖物，提高碳层稳定性，达到阻燃作用，进一步的，阻燃剂中的含氮组分，在燃烧过程中会产生氨气、氮气等难燃气体，可以稀释可燃气体的浓度，并作为炭层的发泡剂，形成发泡的膨胀型多孔炭层，限制可燃性气体进入气相达到隔热、隔氧作用；硼‑氮协同作用使式Ⅱ化合物有效提高蚕丝的阻燃性能，同时能够提高蚕丝织物的机械性能，且不会对其柔软性和光滑度产生不利影响，相比于卤系、磷系阻燃剂，本发明阻燃剂的毒性更低、更加环保。 [0040] 在本发明中，所述溶剂优选为乙醇和水的混合溶液；所述乙醇和水的体积比优选为1：(2.5～4)，更优选为1：(2.5～3)。本发明将溶剂的组成和各组分的用量限定在上述范围内，能够使得阻燃剂更好的被蚕丝吸附。 [0041] 在本发明中，所述阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的浓度优选为0.05～0.25mol/L，更优选为0.15～0.25mol/L。本发明将阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的浓度限定在上述范围内，能够使吡唑基硼酸酯更加充分的溶解。 [0042] 本发明对所述吡唑基硼酸酯和溶剂混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的物料混合的技术方案即可。 [0043] 得到阻燃整理液后，本发明将蚕丝织物在所述阻燃整理液中进行振荡，得到阻燃蚕丝织物。 [0044] 在本发明中，所述蚕丝织物优选为素绉缎蚕丝纤维织物。 [0045] 在本发明中，所述蚕丝织物和阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的质量比优选为1：(0.6～4.5)，更优选为1：(1.0～4.5)，进一步优选为1：(2.0～4.5)。本发明将蚕丝织物和阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的质量比限定在上述范围内，能够使得蚕丝织物吸附更多的吡唑基硼酸酯阻燃剂，进一步提高其阻燃性能和机械性能，且不会对其柔软性和光滑度产生不利影响。 [0046] 在本发明中，所述振荡的温度优选为40～80℃，更优选为50～60℃；所述振荡的时间优选为2～12h，更优选为6～7h；所述振荡的频率优选为150RPM。本发明将振荡的温度和时间限定在上述范围内，能够使得蚕丝织物吸附更多的吡唑基硼酸酯阻燃剂。 [0047] 振荡完成后，本发明还优选对所述振荡后的织物依次进行水洗和干燥。 [0048] 本发明对所述水洗的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的水洗的技术方案将阻燃整理液清洗干净即可。 [0049] 在本发明中，所述干燥的温度优选为40～80℃，更优选为60～70℃；所述干燥的时间优选为2～10h，更优选为3～4h。 [0050] 本发明采用吡唑基硼酸酯作为阻燃剂，不仅提高了蚕丝的阻燃性能，还提高了其机械性能，同时又不会对其柔软性和光滑度产生影响。 [0051] 本发明提供了上述技术方案所述制备方法得到的阻燃蚕丝织物。 [0052] 本发明制备的阻燃蚕丝织物具有优异的阻燃性能、机械性能、柔软性和光滑度。 [0053] 本发明还提供了上述技术方案所述的阻燃蚕丝织物在服装、窗帘和床上用品中的应用。 [0054] 本发明对所述阻燃蚕丝织物在服装、窗帘和床上用品中的应用的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的阻燃蚕丝织物在服装、窗帘和床上用品中的应用的技术方案即可。 [0055] 下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。 [0056] 实施例1 [0057] (1)将2.9630g吡唑基硼酸酯溶于50mL乙醇与水的混合溶液中，乙醇与水的体积比为1:2.5，得到阻燃整理液，阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的浓度为0.25mol/L；吡唑基硼酸酯的结构如式Ⅱ所示： [0058] [0059] (2)将素绉缎蚕丝织物(8.9×30cm)浸入上述阻燃整理液中(蚕丝织物和阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的质量比为1:4.4)，在50℃下恒温振荡7h(振荡的频率为150RPM)，取出蚕丝织物，水洗三遍，60℃干燥3h，得到阻燃蚕丝织物。 [0060] 实施例2 [0061] (1)将2.601g吡唑基硼酸酯溶于50mL乙醇与水的混合溶液中，乙醇与水的体积比为1:2.5，得到阻燃整理液，阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的浓度为0.25mol/L；吡唑基硼酸酯的结构如式Ⅰ所示： [0062] [0063] (2)将素绉缎蚕丝织物(8.9×30cm)浸入上述阻燃整理液中(蚕丝织物和阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的质量比为1:3.9)，在50℃下恒温振荡7h(振荡的频率为150RPM)，取出蚕丝织物，水洗三遍，60℃干燥3h，得到阻燃蚕丝织物。 [0064] 实施例3 [0065] 将实施例1中吡唑基硼酸酯的用量替换为0.5926g，此时阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的浓度为0.05mol/L，蚕丝织物和阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的质量比为1:0.9，其他参数均与实施例1相同。 [0066] 实施例4 [0067] 将实施例1中吡唑基硼酸酯的用量替换为1.7778g，此时阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的浓度为0.15mol/L，蚕丝织物和阻燃整理液中吡唑基硼酸酯的质量比为1:2.7，其他参数均与实施例1相同。 [0068] 对比例1 [0069] 未经处理的素绉缎蚕丝织物。 [0070] 按照GB/T 5455‑2014《纺织品燃烧性能实验氧指数法》测试实施例1～4阻燃蚕丝织物和对比例1中蚕丝织物的极限氧指数LOI，结果如表1所示。 [0071] 表1实施例1～4和对比例1中蚕丝织物的极限氧指数 [0072] LOI/％对比例1 24.2 实施例1 28.3 实施例2 27.5 实施例3 25.8 实施例4 26.1 [0073] 从表1中可以看出，经本发明阻燃剂处理后，蚕丝织物的极限氧指数由24.2％提高到了25.8％以上，最高可达到28.3％，属于难燃产品，提高了蚕丝织物的阻燃性能，同时相比于式Ⅰ化合物，经式Ⅱ化合物处理后的蚕丝织物的阻燃性能更好。 [0074] 式Ⅰ化合物、式Ⅱ化合物、实施例1～2阻燃蚕丝织物和对比例1蚕丝织物的红外光‑1谱如图1所示。从图1中可以看出，实施例1和实施例2的红外光谱图在1384cm 附近出现了吸‑1 收峰，这是B‑O键的伸缩振动峰，实施例2在1742cm 附近出现了C＝O的吸收峰，并且1233cm‑1 处的C‑N键特征峰的吸收增强，说明阻燃剂顺利接枝于蚕丝织物上。 [0075] 对比例1蚕丝织物和实施例1～2的阻燃蚕丝织物经垂直燃烧后残炭的SEM图分别如图2～4所示。从图2～4中可以看出，蚕丝织物的焦渣表面断裂且不完整，而实施例1和实施例2炭层表面都出现了带有薄膜的完整孔洞，形成了典型的膨胀阻隔炭层，可以保护蚕丝织物不被进一步燃烧。 [0077] 表2实施例1～2和对比例1中蚕丝织物的拉伸应力和断裂伸长率 [0078]试样 拉伸应力(cN) 断裂伸长率(％) 对比例1 86.8±0.63 26.78±1.89 实施例1 100.29±6.87 28.09±1.75 实施例2 109.81±5.55 30.49±2.85 [0079] 从图5及表2可以看出，对比例1未整理蚕丝纤维的拉伸强度为86.80cN，断裂伸长率为26.78％，与未处理的蚕丝纤维相比，引入吡唑基硼酸酯后蚕丝纤维的机械强度显著增强，实施例1和实施例2的断裂伸长率分别为28.09％和30.49％，拉伸强度分别提高了15.54％和26.51％，表明吡唑基硼酸酯能有效提高蚕丝的机械强度。 [0080] 测试实施例1～2阻燃蚕丝织物和对比例1蚕丝织物的柔软度和光滑度，结果如表3所示。 [0081] 表3实施例1～2阻燃蚕丝织物和对比例1蚕丝织物的柔软度和光滑度 [0082]试样 柔软度 光滑度 对比例1 97.77±0.77 61.00±0.23 实施例1 94.14±1.13 56.23±0.24 实施例2 95.66±0.81 58.31±0.37 [0083] 从表3中可以看出，经吡唑基硼酸酯阻燃整理的蚕丝织物的光滑度和柔软度与未经整理的蚕丝织物相差不大。 [0084] 综上，经吡唑基硼酸酯阻燃整理的蚕丝织物具有良好的阻燃性能和机械性能，且对蚕丝织物的光滑度和柔软度基本没有影响。 [0085] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 |
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