基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备

本发明属于阻燃改性，涉及一种基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法。背景技术：1、锦/棉织物兼具锦纶的高强、耐磨、回弹性好，以及棉的柔软、舒适等优点，具有挺阔舒适、滑爽丰满等优良的服用性能。然而，锦/棉织物易燃，且存在支架效应，导致其阻燃改性较为困难。2、例如，文献1(锦与棉混纺织物阻燃性能的研究[d].上海:东华大学,2018.)采用五氧化二磷、甲基膦酸二甲酯、乙二醇和环氧乙烷等为反应材料合成磷系阻燃剂fr，然后采用交联剂和阻燃增效剂提高锦/棉混纺织物的阻燃性能，然而阻燃锦/棉混纺织物存在甲醛释放问题，且其耐水洗性能仍需进一步提高。3、基于这些问题，开发无甲醛释放、环保型阻燃涂层用于提高锦/棉织物的阻燃性能和耐水洗意义重大，但仍存在较大挑战。4、壳聚糖是一种生物质含氮多糖，常被用作环保协效阻燃剂提高纺织品的阻燃性能。壳聚糖富含阳离子氨基，可与阴离子基团通过离子键结合在纺织品表面产生沉积。文献2(壳聚糖/海藻酸钠涂层及其阻燃涤纶织物研究[j].消防科学与技术,2020,39(10):1421-1424.)采用壳聚糖和海藻酸钠通过层层自组装技术对聚对苯二甲酸乙二酯织物进行阻燃涂层，然而该阻燃涂层的效率差，且无法与织物产生牢固的结合，导致其耐水洗性能差。5、文献3(阻燃超疏水涤/棉混纺织物的制备及其性能[j].纺织学报,2022,43(11):113-118.)首先通过层层自组装技术将壳聚糖和植酸沉积在涤/棉混纺织物上构建阻燃涂层，然后采用含氟的超疏水整理剂处理涤/棉混纺织物，制备阻燃疏水多功能涤/棉混纺织物，然而多功能涂层与纺织品之间的结合能力差，导致其耐水洗性能差。6、此外，壳聚糖富含羟基，可采用交联剂交联与棉织物产生接枝。中国发明专利cn109295700a公开一种阻燃抗菌面料，利用多元羧酸的羧基与壳聚糖的羟基、环糊精的羟基反应与棉织物产生交联，然而该专利未说明采用了何种面料，其交联效果未知，且仅依靠有机柱撑蛭石的作用难以起到阻燃效果，同时多元羧酸交联对棉织物进行交联时会严重损伤棉织物的强力性能。7、因此，研究一种基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，以解决现有技术中存在的问题，具有十分重要的意义。技术实现思路1、本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法。2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：3、基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，包括如下步骤：4、(1)采用五氧化二磷对壳聚糖进行磷酸化改性，得到磷酸化壳聚糖；5、(2)采用铝金属盐对锦/棉织物进行预处理，得到铝金属盐预处理的锦/棉织物；6、(3)将磷酸化壳聚糖、单宁酸、柠檬酸、双氰胺和次亚磷酸钠溶于水中得到混合溶液；7、(4)将步骤(3)得到的混合溶液加热至60～70℃后，将铝金属盐预处理的锦/棉织物在其中浸渍70～100min，之后再向混合溶液中加氨水调节ph值至6～7，继续浸渍10～20min，最后将浸渍后的锦/棉织物轧出，进行焙烘处理制得基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物。8、作为优选的技术方案：9、如上所述的基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，步骤(1)中磷酸化壳聚糖的取代度为0.7～1.0。10、如上所述的基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，磷酸化壳聚糖参考文献(磷酸化壳聚糖改性pcc工艺及其在造纸中的应用研究[d].广西:广西大学,2013)中的方法制备，具体制备过程为：将壳聚糖溶于甲烷磺酸中，然后加入五氧化二磷，在氮气保护的条件下于4～6℃反应2～3h，反应结束后加入乙醚使产物沉淀，离心分离，最后将固体产物依次采用乙醚、丙酮和甲醇进行洗涤，得到磷酸化壳聚糖；；11、壳聚糖和甲烷磺酸的质量比为1:8～12，壳聚糖和五氧化二磷的质量比为2:1.5～2；五氧化二磷的用量越高越有助于壳聚糖的磷酸化改性，但用量过高容易导致局部升温过快，使得壳聚糖碳化。12、如上所述的基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，步骤(2)中采用铝金属盐对锦/棉织物进行预处理，是指将锦/棉织物在铝金属盐溶液中进行浸渍处理，浴比为1:40～50，浸渍温度为50～60℃，浸渍时间为40～60min；13、铝金属盐溶液的浓度为1～2g/l；14、铝金属盐为硫酸铝、氯化铝和硝酸铝的一种以上；铝离子可与锦纶纤维的氨基、棉纤维的羟基产生螯合作用，从而吸附在锦/棉织物上。15、如上所述的基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，步骤(3)的混合溶液中，磷酸化壳聚糖的含量为10～15g/l，单宁酸的含量为30～40g/l，柠檬酸的含量为20～30g/l，次亚磷酸钠的含量为10～15g/l，双氰胺的含量为10～15g/l；16、磷酸化壳聚糖和单宁酸两者用量升高有助于提高涂层锦/棉织物的阻燃性能，但磷酸化壳聚糖用量升高使得溶液黏度升高，不利于对锦/棉织物的涂层改性，因此不能过高；17、柠檬酸有助于提高磷酸化壳聚糖的溶解，且可充当交联剂，但用量过高则浪费；18、次亚磷酸钠可催化柠檬酸的羧基和磷酸化壳聚糖的羟基、棉纤维的羟基发生交联反应；19、双氰胺可催化磷酸化改性壳聚糖的磷酸铵根与羟基的共价交联反应。20、如上所述的基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，步骤(4)中铝金属盐预处理的锦/棉织物在混合溶液中进行浸渍，浴比为1:40～50。21、如上所述的基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，步骤(4)中锦/棉织物轧出后的轧余率为90～100％。22、如上所述的基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，步骤(4)中焙烘的过程为：先于70～80℃预烘2～3min，再于170～180℃焙烘3～4min。23、如上所述的基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，锦/棉织物中棉含量不高于50wt％。24、如上所述的基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的极限氧指数不低于30.9％，损毁长度不高于11.3cm，经40次洗涤后损毁长度不高于14.3cm，经550℃马弗炉热处理后的残炭量不低于15.8％(未阻燃锦/棉织物的极限氧指数为18.5％，损毁长度为30cm，经550℃马弗炉热处理后的残炭量为0％)。25、发明原理：26、壳聚糖是一种生物质含氮多糖，常被用作环保协效阻燃剂提高纺织品的阻燃性能。壳聚糖富含阳离子氨基，可与阴离子基团通过离子键结合在纺织品表面产生沉积，或通过大量的多元羧酸交联沉积在棉织物上。然而壳聚糖与多元羧酸在棉织物上的交联效率受限于高温酸性焙烘条件，这不仅对棉织物的强力造成损伤(多元羧酸的交联效率差，需要在高温酸性焙烘时发生反应，对棉织物的强力损伤严重)，而且在锦/棉织物(棉纤维含量较低)上接枝足量阻燃剂面临巨大挑战。此外，锦/棉织物中棉纤维含量少，通过该方法将足量阻燃剂接枝在锦/棉织物上存在较大挑战。27、首先，为提高壳聚糖的阻燃效率，本发明首先对其进行磷酸化改性，改性后的壳聚糖具有更高的阻燃效能。28、其次，单宁酸结构中含有较多的酚羟基和氧化醌式结构，可与磷酸化壳聚糖的氨基发生席夫碱反应、迈克尔加成反应、离子键等结合，两者反应生成的产物具有较高的粘附性能和成膜性能。一方面，在浸渍过程中，单宁酸与磷酸化壳聚糖在锦/棉织物表面进行自组装，生成高粘附涂层粘附在锦/棉织物表面，与此同时，一部分单宁酸组分会首先扩散进入锦纶纤维内部，与锦纶纤维产生较强的结合，有助于进一步提高高粘附涂层在锦/棉织物上的牢度；另一方面，在焙烘过程中，借助磷酸化壳聚糖良好的成膜性能，使得单宁酸与磷酸化壳聚糖的反应产物在锦/棉织物表面成膜。29、并且，交联剂柠檬酸在次亚磷酸钠的催化下其羧基可与磷酸化壳聚糖上剩余的羟基、棉纤维的羟基以及单宁酸的酚羟基发生反应；本发明的柠檬酸用量较小，因此对织物的强力影响较小；30、磷酸化壳聚糖的磷酸铵结构在双氰胺的催化下也可与棉纤维的羟基、单宁酸的酚羟基发生共价键交联，使得膜内产生交联，提高阻燃膜的完整性，且进一步提高了阻燃膜与锦/棉织物的共价键交联。31、综上所述，通过上述复杂的交联反应，阻燃膜的各组分在锦/棉织物上沉积，赋予涂层锦/棉织物出色的耐水洗性能和优异的阻燃性能。32、此外，高粘附涂层与锦纶纤维产生的结合力较强，柠檬酸、磷酸化壳聚糖的磷酸铵与棉纤维羟基的交联效率低，因此在高粘附涂层在棉纤维上的牢度有待进一步提高，本发明采用铝金属盐对锦/棉织物进行预先改性，铝离子与单宁酸、磷酸化壳聚糖均可产生较强的螯合作用，有助于进一步提高高粘附涂层在锦/棉织物上的耐水洗性能。33、磷酸化壳聚糖中的磷酸根作为酸源、磷酸化壳聚糖的氨基作为气源、磷酸化壳聚糖的六元碳环和单宁酸作为碳源，三者有机结合组成高效膨胀型阻燃体系，使得阻燃涂层阻燃效率高，膨胀成炭性能好，铝金属盐有助于提高残炭的热稳定性，提高阻燃效率，因此即使常规阻燃组分磷酸根的含量较少，也可赋予锦/棉织物较高的阻燃性能和耐水洗性能。34、有益效果：35、(1)本发明的一种基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，对壳聚糖进行磷酸化改性，单宁酸与磷酸化壳聚糖在锦/棉织物表面进行自组装，生成高粘附涂层粘附在锦/棉织物表面，采用铝金属盐对锦/棉织物进行预先改性，铝离子与单宁酸、壳聚糖均可产生较强的螯合作用，有助于进一步提高高粘附涂层在锦/棉织物上的耐水洗性能；36、(2)本发明的一种基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，磷酸化壳聚糖中的磷酸根作为酸源、磷酸化壳聚糖的氨基作为气源、磷酸化壳聚糖的六元碳环和单宁酸作为碳源，三者有机结合组成高效膨胀型阻燃体系，使得阻燃涂层阻燃效率高，膨胀成炭性能好，并且铝金属盐有助于提高残炭的热稳定性，提高阻燃效率；37、(3)本发明一种基于环保膨胀型阻燃体系的涂层锦/棉织物的制备方法，所采用的原料单宁酸和壳聚糖均属于生物质材料，两者之间反应生成高粘附涂层，所开发的阻燃涂层属于环保膨胀型阻燃涂层，具有较高的实际应用价值。