【摘 要】
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棉织物和聚氨酯海绵具有良好的染色性、高柔软性和优异的吸湿透气性,被广泛应用于家居饰品和车载饰品等领域。但是,棉织物和聚氨酯海绵极易燃烧,是火灾事故中的隐患性材料。为了提高棉织物和聚氨酯海绵的火灾安全性,在其表面构造阻燃涂层是一种简单有效的方法。然而,阻燃涂层的耐水性较差,水浸后往往会造成阻燃剂的流失,从而导致阻燃性能的下降。因此,进一步赋予阻燃材料超疏水性能可以有效提高阻燃涂层的耐水性,对保持其阻
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棉织物和聚氨酯海绵具有良好的染色性、高柔软性和优异的吸湿透气性,被广泛应用于家居饰品和车载饰品等领域。但是,棉织物和聚氨酯海绵极易燃烧,是火灾事故中的隐患性材料。为了提高棉织物和聚氨酯海绵的火灾安全性,在其表面构造阻燃涂层是一种简单有效的方法。然而,阻燃涂层的耐水性较差,水浸后往往会造成阻燃剂的流失,从而导致阻燃性能的下降。因此,进一步赋予阻燃材料超疏水性能可以有效提高阻燃涂层的耐水性,对保持其阻燃性具有重要意义。基于此,本文通过简单易行的浸涂法,在棉织物和聚氨酯海绵表面构造超疏水阻燃涂层,制备了超疏水阻燃棉织物和聚氨酯海绵,并探究其在自清洁、油水分离以及火灾预警等领域的应用。本文的主要研究内容和结果包括以下三个方面:(1)在棉织物(CF)表面沉积了植酸(PA)/1-[3-(三甲氧基甲硅基)丙基]脲(UPTMS)复合物得到PA/UPTMS-CF,然后在PA/UPTMS-CF表面构造9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物改性二氧化硅(DOPO-SiO2)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合涂层(DOPO-SiO2@PDMS),制备得到一种超疏水阻燃棉织物(SFR-CF)。SFR-CF的表面WCA达到156°,具有优异的自清洁、耐酸碱和油水分离能力。SFR-CF的阻燃性能优良,在垂直燃烧测试中能够快速自熄灭。CCT结果表明,SFR-CF的热释放量和热释放速率峰值比未处理的棉织物显著降低。TG、TG-FTIR结果及对燃烧残余物的研究表明,在燃烧过程中,PA和DOPO-SiO2中的DOPO分解为聚磷酸和多磷酸等物质促进纤维素脱水炭化,在织物表面形成了致密的保护炭层。同时,SFR-CF在燃烧过程中的挥发性产物显著减少,有效降低了火灾事故中的危险性。SFR-CF在防污阻燃装饰纺织品领域具有广阔的应用前景。(2)在聚氨酯海绵(PUS)表面沉积蒙脱土(MMT)和羟基氧化铁(FeOOH)的复合物(MMT@FeOOH)制得MMT@FeOOH-PUS,然后采用全氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTES)对MMT@FeOOH-PUS进行疏水化处理,制备得到超疏水阻燃聚氨酯海绵(SFR-PUS)。借助XRD、ATR-FTIR、XPS对SFR-PUS的化学组成进行了表征,采用SEM和WCA探究了SFR-PUS的表面形貌和疏水性,发现MMT@FeOOH在PUS表面构造了呈褶皱状的粗糙结构,经过PFOTES的改性后,SFR-PUS的表面WCA达到154°,具有优异的抗水滴黏附性能和吸油能力。与未处理的PUS相比,SFR-PUS在燃烧过程中的热裂解产物显著减少。在燃烧测试中,SFR-PUS在移走火源后15 s内自熄灭且保持了完整的骨架结构。对燃烧残余物的研究表明,MMT@FeOOH的物理阻隔作用以及FeOOH和MMT的催化成炭效应显著提高了SFR-PUS的阻燃性能。(3)利用植酸(PA)与氧化石墨烯(GO)的氢键作用将GO片层“缝合”并包覆Fe3O4,形成PA-GO@Fe3O4复合物沉积在PUS表面制得PA-GO@Fe3O4-PUS。然后采用氢碘酸蒸汽对PA-GO@Fe3O4-PUS中的GO进行还原,得到PA-RGO@Fe3O4-PUS。最后采用PFOTES对PA-RGO@Fe3O4-PUS进行疏水改性,制备了具有磁性和火灾预警功能的超疏水阻燃聚氨酯海绵(SFR-PUS)。采用ATR-FTIR、XPS、XRD、LRS、SEM和WCA对SFR-PUS的化学组成、表面形貌和疏水性进行了探究,SFR-PUS的表面WCA达到156°,具有优异的抗水滴黏附性能和油水分离能力。SFR-PUS的阻燃性能优良,燃烧测试中在移走火源后4 s内实现自熄灭。SFR-PUS还表现出灵敏的火灾预警功能,火灾预警时间仅为2.1 s。SFR-PUS在室外使用的火灾预警材料领域中具有良好的发展前景。
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