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棉织物作为一种由天然纤维制备的纺织品,具有保暖、吸湿、透气等优点,适用于多种领域。因此,棉织物存在于生活及生产的方方面面。然而,棉织物属于易燃材料,极易引发火灾。因此,针对特殊用途棉织物的阻燃改性,赋予棉织物良好的阻燃性能,具有重大研究意义。本文通过选用不同生物质材料作为阻燃剂制备阻燃棉织物,并对得到的阻燃棉织物的阻燃性能、燃烧性能、热稳定性能及阻燃机理等进行深入研究,主要内容如下:1.选用木质素磺酸盐（LS）与壳聚糖（CS）为原料,通过层层自组装（LbL）技术制备得到阻燃棉织物。单层LS、CS及LS共同整理得到的阻燃棉织物分别命名为LS/cotton-17.1 wt%、CS/LS/cotton-17.0 wt%与CS/LS/cotton-25.2 wt%。采用垂直燃烧测试仪、极限氧指数仪（LOI）、扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱联用仪（SEM-EDS）、锥形量热测试仪（CCT）和热重红外联用分析仪（TG-FTIR）对制备的阻燃棉织物进行测试,表征了纯棉织物和阻燃整理棉织物的阻燃性能、垂直燃烧测试后残炭的宏观和微观形貌、燃烧性能、热稳定性能和阻燃机理。傅里叶变换红外光谱仪（ATR-FTIR）和SEM结果表明阻燃涂层在棉织物表面形成均匀的薄膜。三组样品LOI值分别为24.7%、25.0%与26.0%,续燃时间降低,但垂直燃烧测试中,三组样品均出现不同程度阴燃,随着壳聚糖增重量的提升,阴燃时间逐渐缩短;垂直燃烧后的残炭SEM图显示,CS与LS构成膨胀阻燃体系,纤维结构保存完整。TGA结果分析可得,无论在氮气或空气氛围中,CS/LS涂层能够显著降低棉织物的热降解速率,且700 oC时形成的残炭量均高于纯棉织物,证明阻燃整理棉织物在高温区热稳定性能良好。并且,其最大热释放速率（HRR）与总热释放量（THR）低于纯棉织物,同时表现出良好的抑烟性能。TG-FTIR结果分析可知,阻燃整理棉织物在热降解过程中释放出更多不可燃气体、更少的可燃性气体,从而达到阻燃的目的。CS与LS制备得到阻燃棉织物性能较好,但由于LS本身为褐色粉末,导致棉织物白度降低,影响阻燃棉织物在某些领域的使用。2.选用植酸（PA）为原料,与氨水共混得到植酸铵（AP）溶液作为阴离子组分、CS为阳离子组分,通过LbL技术在棉织物表面构筑阻燃涂层。除使用过的测试方法外,通过抑菌率测试、X射线光电子能谱（XPS）及万能材料试验机对样品测试。SEM结果可知,CS/cotton与CS/AP/cotton样品表面存在明显薄膜结构,连接相邻棉纤维;ATR-FTIR结果证明,阻燃涂层成功构筑在棉纤维的表面。阻燃整理后,棉织物LOI值大幅度提升;其中,AP/cotton为29.0%、CS/AP/cotton为27.0%,且二者垂直燃烧测试中均实现自熄,续燃与阴燃时间均为0 s,损毁炭长减少至73 mm。阻燃整理棉织物的HRR和THR值远低于纯棉织物,但AP/cotton存在烟释放量增大的问题;加入CS后,CS/AP/cotton的总烟释放量（TSP）降低,说明CS对于该体系具有抑烟作用。氮气氛围下TGA结果显示,经阻燃整理棉织物提前降解,在高温时保留更多的残炭。热降解过程中,阻燃棉织物产生的可燃性物质（如含有C-O-C、C=O及C-H等基团的物质）较少,不可燃性气体（如H2O、CO2等）均高于纯棉织物,同时阻燃棉织物在热降解过程中还可以释放出氨气或氮气;以上难燃性气体起到了稀释空气中氧气浓度的作用。结合XPS与TG-FTIR结果可知,阻燃棉织物通过释放更多不可燃气体、减少可燃物质生成的方式使燃烧窒息;AP在降解过程中产生的磷酸或焦磷酸,能够促进纤维素的脱水成炭反应,形成致密的炭层,阻止或延缓火焰的蔓延。此外,AP/cotton的机械强力降低,而CS的加入能够提升CS/AP/cotton的强力。同时,CS的存在赋予阻燃棉织物较好的抗菌性能,说明此体系在赋予棉织物优异的火安全性能的同时,提高了棉织物的抗菌能力及机械性能。3.选用3-哌嗪基丙基-甲基-二甲氧基硅烷（GP-108）和PA进行复配得到阻燃剂GPA,并通过一步浸渍法制备阻燃棉织物。为了得到阻燃效果最佳的样品,本文探讨了不同pH值、GP-108浓度与浸渍时间等不同条件下得到的阻燃棉织物的阻燃性能,确定最佳工艺为:GP-108浓度为5 wt%、pH=4.5、浸渍时间为5min。制备得到的样品分别命名为FR cotton-1、2和3,增重量为9.35、12.74及14.33 wt%。SEM结果显示,整理后,棉纤维表面附着薄膜,结构完整。FTIR结果可知,阻燃棉织物FTIR中出现了GPA的特征峰,证明GPA已成功整理到棉织物表面。垂直燃烧测试结果表明,随着阻燃剂增重量的增加,棉织物的损毁炭长逐渐减小,FRcotton-3损毁炭长最低,为11.0 cm;垂直燃烧测试后纯棉织物完全燃烧成灰烬,但是从SEM图片可以看出阻燃棉织物的残炭能够保持纤维结构的完整性。LOI值呈现相同趋势,FRcotton-3的LOI为29.0%。CCT测试结果表明,阻燃整理棉织物的HRR和THR远低于纯棉织物。TG-FTIR测试结果表明阻燃整理棉织物在高温时的残炭量高于纯棉织物,并且阻燃棉织物生成了更多的不可燃气体（NH3、H2O等）。FRcotton-3及其残炭的XPS结果分析可知,燃烧后棉织物形成结构稳定的残炭,阻止棉织物进一步燃烧。以上结果说明所制备的阻燃棉织物具有较好的阻燃性能,并同时具有气相与凝固相阻燃机理。然而,由于整理液呈弱酸性,导致棉织物强力轻微降低。