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纤维素是自然界中最丰富的可再生资源,在当今面临着石油资源逐渐枯竭、特别强调环境友好、绿色材料和可持续发展的背景下,研究和开发以天然纤维素为原料的新产品成为近年来研究者的热门课题。然而天然纤维易热降解、易燃烧的特性,限制了其在很多领域的应用。对纤维素纤维进行耐阻燃处理,提高其在高性能复合材料中的应用非常必要。本课题从利用广西特色资源剑麻纤维(SF)出发,在前期已成功提取剑麻纤维素微晶(SFCM)的基础上,采用层层自组装法,对SFCM进行表面修饰,其目的是为了提高SFCM的耐阻燃性能,为天然纤维的应用打下基础。 1、在SFCM表面交替吸附壳聚糖(CH)、聚对苯乙烯磺酸钠(PSS),构筑CH/PSS阻燃涂层。Zeta电位、FESEM结果表明,CH/PSS涂层已经成功包覆在SFCM表面;随着吸附CH/PSS层数增加,复合材料的初始分解温度由302℃降低至237℃,残炭率由4.76％提高至27.34%。微观形貌观察发现,SFCM(CH/PSS)5的残炭物表面并未出现螺旋状收缩,纤维素形貌基本保存。垂直燃烧测试(VFT)和微燃烧量热测试(MCC)结果表明,与SFCM相比,SFCM(CH/PSS)5点燃时间延长了1倍,残炭率提高到35.3%,最大热释放峰值(pkHRR)和总热释放量(THR)分别减少87%和51.6%,说明CH/PSS涂层明显提高了SFCM的阻燃性能。 2、在SFCM表面交替吸附壳聚糖(CH)和蒙脱土(MMT)。结果表明,SFCM表面电位出现了正负交替变化,SFCM(CH/MMT)5、SFCM(CH/MMT)10复合材料的XRD谱图出现了MMT的特征衍射峰,从SFCM(CH/MMT)10扫描电镜图上观察到纤维素骨架表面被薄片层的物质包覆着,元素分析谱图出现Si元素峰。与SFCM相比,SFCM(CH/MMT)5的初始热分解温度提高了4℃,SFCM(CH/MMT)10的残炭率提高了19.67%,MMC测试结果表明,CH/MMT涂层对SFCM的阻燃性能有明显改善。 3、在SFCM表面交替吸附壳聚糖(CH)和植酸(PA)构筑天然可再生CH/PA阻燃涂层。CH和PA吸附过程电位正负交替变化,FESEM结果发现SFCM表面局部位置被一层凸起的涂层包覆。随着CH/PA层数增加,SFCM复合材料的初始热分解温度由299℃降低至257℃,残炭率由5.41%提高至37.64%。SFCM(CH/PA)5续燃时间(39s)比纯SFCM(150s)缩短了111s,与纯SFCM相比,SFCM(CH/PA)5的pkHRR和THR分别减少70.6和79.2%,由此表明,CH/PA涂层具有明显提高SFCM阻燃性能的作用。 4、在SFCM表面交替吸附壳聚糖(CH)、植酸(PA)、蒙脱土(MMT)构筑天然可再生CH/PA/CH/MMT涂层。结果显示, SFCM表面电位出现了正负交替变化, SFCM(CH/PA/CH/MMT)5表面能谱分析显示出现了Si和P的元素峰,表明CH/PA/CH/MMT涂层已成功吸附到纤维素表面。随着层数的增加,初始分解温度逐层下降,而残炭量逐层增加,700℃时,与纯SFCM相比, SFCM(CH/PA/CH/MMT)10复合材料残炭率提高了22.90%。 VFT和 MCC结果表明,比纯 SFCM相比, SFCM(CH/PA/CH/MMT)5复合材料的续燃时间减少了43s,无阴燃。pkHRR和THR分别减少48.0%,53.1%。说明CH/PA涂层的存在,对SFCM的阻燃性能有明显的改善。