鄭成志，趙曙輝，陳艷艷，楊曉輝

（1.東華大學(xué) 化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海 201620；2.華佳紡織產(chǎn)品開發(fā)（上海）有限公司，上海 201616；3.上海諾科生物科技有限公司，上海 201612）

蒙脫土納米復(fù)合材料的制備及其在棉織物阻燃整理中的應(yīng)用

鄭成志1，趙曙輝1，陳艷艷2，楊曉輝3

（1.東華大學(xué) 化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海 201620；2.華佳紡織產(chǎn)品開發(fā)（上海）有限公司，上海 201616；3.上海諾科生物科技有限公司，上海 201612）

采用類原位聚合法制備了硬脂酸酰胺蒙脫土納米復(fù)合材料（EBS／MMT），并用X射線衍射（XRD）和傅里葉紅外光譜（（FT－IR））對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征，證實(shí)所得產(chǎn)物為插層型蒙脫土納米復(fù)合材料.復(fù)合后蒙脫土層間距由1.32nm增加到1.78nm（蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%）和1.81nm（蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%）.通過將蒙脫土納米復(fù)合材料和高聚磷酸銨（APP）復(fù)配制得新型膨脹阻燃體系，并用制備的阻燃整理液對(duì)純棉織物進(jìn)行阻燃整理.研究表明，蒙脫土納米復(fù)合材料在該體系起高效成炭劑作用.同時(shí)探討了整理液各組分質(zhì)量濃度及整理工藝條件對(duì)阻燃整理效果的影響，得到純棉織物阻燃整理的優(yōu)化工藝為高聚磷酸銨質(zhì)量濃度為160g／L，改性2D樹脂交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為100g／L，蒙脫土納米復(fù)合材料質(zhì)量濃度為40g／L，焙烘溫度為150℃，焙烘時(shí)間為3min.

蒙脫土；納米復(fù)合材料；高聚磷酸銨；棉織物；阻燃整理

蒙脫土（MMT）是一種含鋁的硅酸鹽黏土礦物，具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu).蒙脫土納米復(fù)合材料的制備一般有3種方法：（1）溶劑法.如文獻(xiàn)［1］以鈉基土和聚乙烯醇（PVOH）為原料，在水溶液中利用超聲波促使PVOH鏈吸附于黏土片層上，得到插層和層離蒙脫土納米復(fù)合材料.（2）原位聚合法.如文獻(xiàn)［2］采用環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂等預(yù)聚體對(duì)改性黏土進(jìn)行插層，然后加入固化劑交聯(lián)固化，得到黏土納米復(fù)合材料.（3）熔融共混插層法.如文獻(xiàn)［3］研究了不同制備工藝的熔融插層法對(duì)聚酰胺蒙脫土（PA6／OMT）納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的影響.

蒙脫土納米復(fù)合材料具有較好的熱穩(wěn)定性，其中納米分散的蒙脫土具有優(yōu)良的氣體阻隔效應(yīng)和阻燃效果，且不影響材料的透明度.有機(jī)活化的蒙脫土可以處理印染廢水［4］，作為合成纖維的染色助劑［5］，也可以用作織物的柔軟劑以及棉織物前處理添加劑［6］.但蒙脫土納米復(fù)合材料用于紡織品阻燃整理的研究報(bào)道較少.

本文采用類原位聚合法制備硬脂酸酰胺蒙脫土納米復(fù)合材料，然后將合成的硬脂酸酰胺蒙脫土納米復(fù)合材料與高聚磷酸銨組成新型阻燃膨脹體系對(duì)純棉織物進(jìn)行阻燃整理，研究該新型阻燃膨脹體系的阻燃機(jī)理，并探討整理液各組分質(zhì)量濃度及整理工藝條件對(duì)阻燃整理效果的影響.

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑和織物

織物采用全棉府綢漂白半制品，經(jīng)緯密度為51根／cm×28根／cm，面密度為20g／m2，經(jīng)緯紗線線密度為25tex×25tex.

藥品：二乙烯三胺、醋酸，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硬脂酸，分析純，泰科棕化有限公司；鈉基蒙脫土（MMT），上海試四赫維化工有限公司；高聚磷酸銨（APP），鎮(zhèn)江星星阻燃劑有限公司；乳化劑（T05），上海諾科生物科技有限公司；改性2D樹脂交聯(lián)劑，上海纖化生物科技有限公司.

1.2 試驗(yàn)儀器

美國(guó)Nicolet公司的NEXUS－670型傅里葉變換紅外－拉曼光譜儀，德國(guó)NRTZSCH公司的NRTZSCH TG 209F1型熱重分析儀，日本理學(xué)公司的D／Max－2550PC型X射線衍射儀，MATHIS公司的 Mathis烘蒸兩用機(jī)，美國(guó)Tiniius Olsen公司的 H10K－S型雙臂萬能材料試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)Datacolor公司的SF600PLUS型電腦測(cè)色配色儀，英國(guó)ROACHES公司的EHP 350MM 型微調(diào)水平軋車，上海電子光學(xué)技術(shù)研究所的DXS－10A型掃描電子顯微鏡（SEM），南通三思機(jī)電科技有限公司的YG815B型垂直法織物阻燃性能測(cè)試儀.

1.3 硬脂酸酰胺蒙脫土納米復(fù)合材料的制備

分別稱取17.5g二乙烯三胺、10.2g冰醋酸和5.6g蒙脫土于燒杯中，放置在磁力攪拌器上攪拌分散3h.將96.7g的硬脂酸放入帶有分水器以及氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置的圓底四口燒瓶中，升溫至100℃，保溫30min.待硬脂酸完全融化后，將二乙烯三胺與蒙脫土的分散液滴入燒瓶中，升溫至160～180℃反應(yīng)5h，冷卻后即得硬脂酸酰胺蒙脫土納米復(fù)合材料（EBS／MMT）.用二乙烯三胺、冰醋酸和硬脂酸制備硬脂酸酰胺（EBS），與所制備的蒙脫士納米復(fù)合材料作對(duì)比研究.

硬脂酸酰胺蒙脫土納米復(fù)合材料的制備過程如圖1所示.首先利用離子交換法使小分子有機(jī)胺進(jìn)入蒙脫土的片層間，然后熔融的硬脂酸使蒙脫土進(jìn)一步膨化，并進(jìn)入片層間與二乙烯三胺中的銨根離子以離子鍵結(jié)合，升溫至160～180℃時(shí)，發(fā)生酰胺化反應(yīng)，合成的硬脂酸酰胺長(zhǎng)碳鏈將蒙脫土的片層撐開，制備出硬脂酸酰胺蒙脫土納米復(fù)合材料.

圖1 EBS插層過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the intercalation of EBS

1.4 阻燃整理液的制備

稱取一定量的硬脂酸酰胺蒙脫土納米復(fù)合材料于燒瓶中，加熱融化，滴加醋酸和乳化劑，加入去離子水用高速分散機(jī)分散30min，制得EBS／MMT水分散液.在分散液中加入高聚磷酸銨（APP）和樹脂交聯(lián)劑制備阻燃整理液.阻燃整理液組分如表1所示.

表1 阻燃整理液組分Table 1 The compositions of flame retardant finishing liquid

1.5 棉織物的阻燃整理

棉織物的阻燃整理采用浸軋法，即將織物放在整理液中浸濕，經(jīng)軋車軋壓（二浸二軋，軋液率為100%）后，在80℃的烘箱中預(yù)烘5min，最后在150℃下焙烘3min，得阻燃棉織物.

1.6 測(cè)試與表征

1.6.1 蒙脫土納米復(fù)合材料的表征

（1）X射線衍射（XRD）分析.用X射線衍射儀對(duì)MMT以及合成的EBS／MMT進(jìn)行分析測(cè)試，測(cè)試條件為Cu靶，管電壓為40kV，管電流為40mA，掃描角度為3°～15°.

（2）傅里葉變換紅外光譜 （FT－IR）分析.采用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)干燥后的EBS／MMT進(jìn)行紅外光譜分析.

（3）熱失重分析.用熱重分析儀對(duì)EBS和EBS／MMT進(jìn)行測(cè)試分析，測(cè)試條件為從25℃升溫至600℃ ，空氣流量為20mL／min，升溫速率為10℃／min.

1.6.2 棉織物的阻燃效果表征

（1）垂直燃燒分析.參照 GB／T 5455—1997《紡織品 燃燒性能試驗(yàn) 垂直法》測(cè)定，試樣長(zhǎng)度為30cm.

（2）斷裂強(qiáng)力測(cè)定.參照 GB／T 3932 1—1997《織物拉伸性能 第一部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂延伸率的測(cè)定 條樣法》，采用雙臂萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，緯向測(cè)試5次，取平均值，按式（1）計(jì)算織物斷裂強(qiáng)力損失率.

其中：k為織物斷裂強(qiáng)力損失率；F0為整理后織物的斷裂強(qiáng)力；F1為整理前織物的斷裂強(qiáng)力.

（3）白度測(cè)定.采用電腦測(cè)色配色儀測(cè)定織物在D65光源10°視角下的CIE白度.

（4）掃描電子顯微鏡分析.采用掃描電子顯微鏡觀察織物的表面微觀形貌.

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 硬脂酸酰胺蒙脫土納米復(fù)合材料的分析表征

2.1.1 X射線衍射分析

對(duì)蒙脫土與硬脂酸酰胺蒙脫土納米復(fù)合材料進(jìn)行XRD掃描測(cè)試，結(jié)果如圖2所示.

圖2 MMT及EBS／MMT的XRD圖Fig.2 X－ray diffraction spectra of MMT and EBS／MMT

由圖2可知，復(fù)合材料中蒙脫土衍射峰的位置發(fā)生改變.蒙脫土的XRD圖中衍射峰為蒙脫土片層的d001（001面網(wǎng)的二級(jí)衍射）面的衍射峰，該衍射峰體現(xiàn)蒙脫土晶層間距的大小.根據(jù)Bragg衍射方程，從峰的位置可以計(jì)算出蒙脫土的晶層間距，計(jì)算式如式（2）.

其中：λ為入射X光的波長(zhǎng)，本文λ＝15.4nm；θ為半衍射角度；d為蒙脫土的晶層間距.從圖2可以看出，復(fù)合材料中的蒙脫土衍射峰向2θ角的小角度方向移動(dòng)，即復(fù)合后蒙脫土的晶層間距比原蒙脫土的晶層間距有所增加，而純硬脂酸酰胺在2θ角為3°～12°并沒有出現(xiàn)衍射峰，表明硬脂酸酰胺長(zhǎng)碳鏈插層進(jìn)入蒙脫土片層間，將片層撐開，增大了層間距.經(jīng)計(jì)算可以得出插層后的蒙脫土層間距由原來的1.32nm 分別增加到1.78和1.81nm.

2.1.2 傅里葉變換紅外光譜分析

EBS／MMT和MMT紅外掃描結(jié)果如圖3所示.由圖3可以看出，蒙脫土的紅外光譜圖在高頻區(qū)有兩個(gè)明顯的吸收譜帶.其中，3 624cm－1處吸收峰是由于Al—O—Al的伸縮振動(dòng)引起的；蒙脫土層間水分子H—O—H的伸縮振動(dòng)吸收峰以及彎曲振動(dòng)吸收峰分別出現(xiàn)在3 414和1 634cm－1處；在1 044cm－1處有一個(gè)強(qiáng)的吸收帶，是蒙脫土的Si—O—Si反對(duì)稱伸縮振動(dòng)引起的；525和466cm－1處的強(qiáng)吸收峰是蒙脫土中Al—O—Al和Si—O—Si的彎曲振動(dòng)引起的.在EBS／MMT的紅外光譜中，3 308cm－1處的峰為N—H伸縮振動(dòng)吸收峰；2 850和2 918cm－1處出現(xiàn)的強(qiáng)吸收峰為—CH3和—CH2的伸縮振動(dòng)吸收峰；1 646cm－1處的吸收峰是酰胺的羰基伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的；1 549和1 466cm－1處的吸收峰是 N—H彎曲振動(dòng)和C—N的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的；1 043cm－1處的吸收峰是復(fù)合材料中蒙脫土的Si—O—Si反對(duì)稱伸縮振動(dòng)引起的.而蒙脫土層間H—O—H的吸收峰消失，說明蒙脫土層間與Na＋配位的水分子在層間陽(yáng)離子交換以及層間發(fā)生的酰胺化反應(yīng)過程中被生成的硬酯酸酰胺替代.

圖3 MMT與EBS／MMT的紅外光譜圖Fig.3 FT－IR spectra of MMT and EBS／MMT

2.1.3 熱失重分析

對(duì)EBS與EBS／MMT進(jìn)行熱失重分析，結(jié)果如圖4所示.由圖4可知，EBS與EBS／MMT在220℃前沒有明顯的失重，說明EBS和EBS／MMT在該溫度范圍內(nèi)具有熱穩(wěn)定性.EBS在溫度為250℃前有5%左右的失重，其主要是發(fā)生脫水反應(yīng)引起的.在溫度為250～360℃，EBS的質(zhì)量急劇下降，說明EBS受熱后氧化分解，產(chǎn)生水、碳氧化物和氮氧化物；在溫度為360～640℃時(shí)，其繼續(xù)分解直至完全，表明EBS燃燒后完全分解無碳層形成.EBS／MMT則在溫度為250～500℃之間緩慢分解，當(dāng)溫度大于500℃，樣品質(zhì)量幾乎不再改變，殘余量約為14%.EBS／MMT熱性能的改變主要有以下兩個(gè)原因：一是由于EBS基體與蒙脫土片層間存在強(qiáng)的相互作用，蒙脫土片層可起到交聯(lián)點(diǎn)的作用，交聯(lián)密度增大有利于材料熱性能的提高；二是蒙脫土片層優(yōu)良的阻隔性能有利于EBS／MMT復(fù)合材料熱穩(wěn)定性的提高，EBS大分子鏈進(jìn)入片層之間從而受到了片層的保護(hù)，無論是處在蒙脫土片層間的EBS大分子鏈，還是在蒙脫土片層界面附近的EBS大分子鏈，其運(yùn)動(dòng)都受到了牽制，同時(shí)蒙脫土片層間的EBS大分子鏈?zhǔn)軣崃呀鈺r(shí)所產(chǎn)生氣體的擴(kuò)散與逸出也受到了限制［7］，從而使得EBS／MMT復(fù)合材料表現(xiàn)出較優(yōu)的熱性能.

圖4 EBS與EBS／MMT熱失重曲線圖Fig.4 TG curves of EBS and EBS／MMT

2.2 阻燃整理工藝條件對(duì)純棉織物阻燃性能的影響

2.2.1 阻燃體系中各成分質(zhì)量濃度對(duì)織物阻燃性能的影響

控制其他所有因素不變，只改變膨脹阻燃體系中單一組分的質(zhì)量濃度對(duì)阻燃效果的影響.（1）控制EBS／MMT質(zhì)量濃度為40g／L，樹脂交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為100g／L，乳化劑質(zhì)量濃度為25g／L，焙烘溫度為150℃，焙烘時(shí)間為3min，討論APP質(zhì)量濃度對(duì)阻燃效果的影響；（2）控制 APP質(zhì)量濃度為160g／L，樹脂交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為100g／L，乳化劑質(zhì)量濃度為25g／L，焙烘溫度為150℃，焙烘時(shí)間為3min，討論EBS／MMT質(zhì)量濃度對(duì)阻燃效果的影響；（3）控制 APP質(zhì)量濃度為160g／L，EBS／MMT質(zhì)量濃度為40g／L，乳化劑質(zhì)量濃度為25g／L，焙烘溫度為150℃，焙烘溫度為3min，討論樹脂交聯(lián)劑質(zhì)量濃度對(duì)阻燃效果的影響.阻燃性能按照GB／T 5455—1997測(cè)定.圖5為阻燃體系中各組分的質(zhì)量濃度對(duì)阻燃性能的影響，其中燃燒炭長(zhǎng)是指織物按照垂直燃燒后測(cè)定的損毀成炭長(zhǎng)度，燃燒炭長(zhǎng)越小，織物的阻燃性能越好.

由圖5可知，隨著APP質(zhì)量濃度的增加，棉織物的阻燃性能提高，當(dāng)阻燃劑質(zhì)量濃度達(dá)到160 g／L時(shí)，體系的阻燃性能基本穩(wěn)定.這是因?yàn)檎硪褐薪宦?lián)劑質(zhì)量濃度是固定的，在APP質(zhì)量濃度較低時(shí)，APP能夠被交聯(lián)劑與纖維之間所形成的網(wǎng)絡(luò)包覆，隨著APP質(zhì)量濃度的增加，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)遭到破壞，包覆的APP量不再增加.在實(shí)際制備阻燃整理液的過程中，當(dāng)APP質(zhì)量濃度超過160g／L，整理液的黏度增大，浸軋工藝變得很困難.因此，確定阻燃劑質(zhì)量濃度為160g／L.

圖5 阻燃體系中EBS／MMT、APP和交聯(lián)劑的質(zhì)量濃度對(duì)棉織物阻燃效果的影響Fig.5 Effect of mass fractions of EBS／MMT，APP and cross－linking agent on the flame retardant of cotton fabrics

EBS／MMT在質(zhì)量濃度為0～40g／L時(shí)，隨著其質(zhì)量濃度的增加，織物的阻燃性能穩(wěn)定提高，但是當(dāng)其質(zhì)量濃度超過40g／L時(shí)，織物的阻燃性能下降，且織物有一定的陰燃現(xiàn)象.這是因?yàn)镋BS／MMT含量過多會(huì)導(dǎo)致包裹在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的APP與EBS／MMT比例發(fā)生變化，過多的EBS／MMT在高溫下易氧化分解，導(dǎo)致阻燃性能下降.因此，確定EBS／MMT質(zhì)量濃度為40g／L.

交聯(lián)劑改性2D樹脂在阻燃整理過程中可以自身縮合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，也可以與纖維素大分子交聯(lián)，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將膨脹阻燃體系包裹在網(wǎng)絡(luò)中，從而使織物具有較好的阻燃性.由圖5可知，當(dāng)交聯(lián)劑的質(zhì)量濃度低于100g／L時(shí)，隨著交聯(lián)劑質(zhì)量濃度的增加，織物的燃燒炭長(zhǎng)逐漸變小，交聯(lián)劑與纖維上的羥基或自身縮合所形成的網(wǎng)絡(luò)包覆阻燃體系量逐漸增加，使織物阻燃性能提高，又由于纖維分子上的羥基數(shù)是一定的，當(dāng)交聯(lián)劑質(zhì)量濃度超過100g／L時(shí)，包覆的阻燃體系量變化不大，但是交聯(lián)劑本身是易燃的，影響了織物的阻燃性能.由于交聯(lián)劑在阻燃整理過程中能夠與棉纖維上的羥基反應(yīng)，影響織物的白度，并對(duì)織物的斷裂強(qiáng)力產(chǎn)生較大的影響，為此，本文測(cè)試了交聯(lián)劑質(zhì)量濃度對(duì)織物白度及斷裂強(qiáng)力的影響，結(jié)果如圖6所示.由圖6可知，當(dāng)交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為100g／L時(shí)，織物白度變化不大，斷裂強(qiáng)力有一定程度的損失.本文為了達(dá)到最佳的阻燃效果，選擇交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為100g／L.

圖6 交聯(lián)劑質(zhì)量濃度對(duì)棉織物白度和斷裂強(qiáng)力損失率的影響Fig.6 Effect of mass fractions of cross－linking agent on the white and breaking strength loss rate of cotton fabrics

2.2.2 焙烘條件對(duì)織物阻燃性能的影響

織物經(jīng)過阻燃整理液整理后（阻燃整理液成分：APP質(zhì)量濃度為160g／L，EBS／MMT質(zhì)量濃度為40g／L，樹脂交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為100g／L，乳化劑質(zhì)量濃度為25g／L），在不同溫度下焙烘3min，焙烘溫度對(duì)棉織物阻燃性能以及織物白度變化的影響如圖7所示.由圖7可知，隨著焙烘溫度的升高，織物的白度逐漸下降，當(dāng)焙烘溫度超過160℃時(shí)，織物變黃很嚴(yán)重，焙烘溫度為150℃時(shí)，織物的阻燃性能最佳，燃燒炭長(zhǎng)僅為4.1cm，綜合考慮選擇焙烘溫度為150℃.

7 焙烘溫度對(duì)棉織物的阻燃性能及白度的影響Fig.7 Effect of curing temperature on the white and flame retardant of cotton fabrics

在焙烘溫度為150℃下，考察焙烘時(shí)間對(duì)織物阻燃性能和白度的影響，結(jié)果如圖8所示.由圖8可知，當(dāng)焙烘時(shí)間為3min時(shí)，織物的阻燃性能較好，織物的白度有一定程度的下降，但變黃不是很嚴(yán)重.因此，選擇焙烘時(shí)間為3min.

圖8 焙烘時(shí)間對(duì)棉織物阻燃性能和白度的影響Fig.8 Effect of curing time on the white and flame retardant of cotton fabrics

2.3 織物的性能測(cè)試

2.3.1 織物的熱穩(wěn)定性分析

通過熱失重測(cè)試研究經(jīng)整理后棉織物的熱失重行為，結(jié)果如圖9所示.

圖9 織物的TG和DTG曲線Fig.9 TG and DTG curves of cotton fabrics

由圖9可以看出，未整理棉織物的初始分解溫度在325℃左右，最大失重速率對(duì)應(yīng)的溫度為360℃，該失重主要是由于反式羰基化反應(yīng)引起纖維的解聚所致［8］.經(jīng)APP整理后的棉織物初始分解溫度降低至241℃，最大失重速率對(duì)應(yīng)的溫度降低至259℃.經(jīng)過APP／EBS和APP／EBS／MMT處理的織物呈現(xiàn)出了相同的變化趨勢(shì)，其降解溫度顯著低于未處理的織物，最大失重速率對(duì)應(yīng)的溫度分別為264和269℃，織物的質(zhì)量損失率從97%（未整理）降低到81%（APP／EBS整理）和75%（APP／EBS／MMT整理）.APP整理的棉織物在880℃基本失重完全.

織物表面碳層的產(chǎn)生能夠阻止織物繼續(xù)燃燒［9］.由于用APP／EBS／MMT的體系整理織物后，APP在高溫下能夠分解產(chǎn)生聚磷酸促進(jìn)纖維脫水，同時(shí)降低織物的初始分解溫度，較低的初始分解溫度有利于炭殘留物的生成并減少可燃性氣體產(chǎn)物的生成［10］.另外，體系中的EBS／MMT能夠顯著地提高成炭效率，減少可燃性氣體產(chǎn)物，賦予織物更好的阻燃性能.

2.3.2 織物的垂直燃燒測(cè)試分析

表2為經(jīng)不同整理液整理后棉織物的垂直燃燒測(cè)試結(jié)果.由表2可知，純EBS整理的棉織物并不具備阻燃性能，用EBS／MMT整理的織物阻燃性能有一定的提高，但是效果不明顯.而且EBS與EBS／MMT整理后的棉織物都出現(xiàn)比較明顯的陰燃現(xiàn)象.產(chǎn)生這一現(xiàn)象是由于整理在織物上的EBS和EBS／MMT高溫?zé)岱纸馑?EBS／MMT整理的織物，在高溫下蒙脫土在織物表面形成碳層，而EBS／MMT中蒙脫土的含量不高，所以單純使用EBS／MMT并不能達(dá)到很好的阻燃效果.當(dāng)APP與EBS、EBS／MMT組成新的阻燃體系時(shí)，其阻燃性能有很大的提高，尤其是APP／EBS／MMT組成體系的阻燃效果最佳.

表2 織物垂直燃燒測(cè)試結(jié)果Table 2 The results of vertical burning test of cotton fabrics

APP／EBS／MMT阻燃體系的阻燃機(jī)理如圖10所示.由圖10可以看出，APP在高溫下分解為聚磷酸（酸源）與氨氣（氣源）.聚磷酸不僅能夠促進(jìn)棉纖維的脫水炭化，同時(shí)還可以與EBS／MMT（炭源）相互作用，生成磷酸酯類以及鋁磷酸結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，磷酸酯類物質(zhì)逐步降解為含碳的不飽和物［7］.APP分解產(chǎn)生的氨氣能夠使形成的碳層膨脹，從而使該體系具有較好的阻燃性能.

圖10 APP／EBS／MMT膨脹阻燃體系的化學(xué)反應(yīng)示意圖Fig.10 Schematic diagram of chemical reaction of APP／EBS／MMT intumescent flame retardant system

2.3.3 織物的掃描電鏡分析

織物經(jīng)APP／EBS／MMT體系整理前后表觀形態(tài)的變化如圖11所示.由圖11可知，整理后織物表面明顯有一層致密且均勻的薄膜，APP顆粒與EBS／MMT被包覆在薄膜中，整理后的織物經(jīng)10次水洗后，其表面仍存在一層膜，說明所形成的的薄膜具有較好的耐水洗性能.

圖11 棉織物經(jīng)APP／EBS／MMT整理前后的掃描電鏡圖Fig.11 SEM images of cotton fabrics untreated and treated by APP／EBS／MMT

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）本文采用離子交換法用二乙烯三胺對(duì)蒙脫土進(jìn)行有機(jī)化改性，然后與硬脂酸反應(yīng)生成插層型蒙脫土納米復(fù)合材料，蒙脫土片層間距由1.32nm增加到1.78nm（蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%）和1.81 nm（蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%）.

（2）蒙脫土納米復(fù)合材料與高聚磷酸銨組成了新型阻燃膨脹體系，用該體系對(duì)純棉織物進(jìn)行阻燃整理，其最佳工藝：高聚磷酸銨質(zhì)量濃度為160 g／L，蒙脫土納米復(fù)合材料質(zhì)量濃度為40g／L，乳化劑質(zhì)量濃度為25g／L，樹脂交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為100 g／L，焙烘溫度為150℃，焙烘時(shí)間為3min.

（3）蒙脫土納米復(fù)合材料在阻燃體系中充當(dāng)成炭劑（碳源），高聚磷酸銨作為炭化催化劑（酸源）、膨脹劑（氣源）.APP／EBS／MMT體系具有較高的成炭性能，易在織物表面形成碳層阻止織物燃燒，最終整理后的織物表面有一層致密且耐水洗性優(yōu)良的薄膜.

參 考 文 獻(xiàn)

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Preparation of Montmorillonite Nano－composites and Application on Flame Retardant Finishing of Cotton Fabrics

ZHENGCheng－zhi1，ZHAOShu－h(huán)ui1，CHENYan－yan2，YANGXiao－h(huán)ui3
（1.College of Chemistry，Chemical Engineering and Biotechnology，Shanghai 201620，China；2.The Development of Huajia Textile Products Co.Ltd.，Shanghai 201616，China 3.Shanghai RUCO Bio－Tech Co.Ltd.，Shanghai 201612，China）

Octadecan amide－layered silicate composites （EBS／MMT）were prepared through in－situ method.The composite materials were characterized by X－ray diffraction and Fourier－transform infrared spectroscopy（FT－IR）.The results showed that the materials were montmorillonite nano－composites of intercalation，the interlayer spaces of montmorillonite increased from1.32 nm to 1.78 nm （the mass content of montmorillonite clay was 8%）and 1.81 nm （the mass content of montmorillonite clay was 5%）.A kind of new intumescent flame retardant finishing solution was prepared by the montmorillonite nano－composites and poly－phosphate ammonium （APP），used for cotton fabric flame－retardant finishing.The mechanism indicated that EBS／MMT was used as carbon forming agent in flame retardant finishing.The mass fractions of finishing liquid and the process conditions were investigated on the flame retardant finishing.The results showed that the optimum process conditions of flame retardant finishing were as follows：the mass concentration of poly－phosphate ammonium （APP）was 160 g／L，the modified2D resin cross－linking agent was 100 g／L，montmorillonite nano－composite was 40 g／L，baking temperature was 150℃，baking time was 3 min.

montmorillonite；nano－composites；poly－phosphate ammonium；cotton fabrics；flame retardant finishing

TS 195.5

A

1671－0444（2014）04－0469－07

2013－07－08

鄭成志（1988—），男，江蘇徐州人，碩士研究生，研究方向?yàn)榧徔椘返墓δ苷?E－mail：dazhi007＠163.com

趙曙輝（聯(lián)系人），女，教授，E－mail：shzhao＠dhu.edu.cn