蒙脱土与DNA复合溶胶对涤棉织物阻燃整理yd20118

皮婷婷，陈煌煌，吴雯，张焕侠，曹建达，马辉 嘉兴学院材料与纺织工程学院，浙江嘉兴314000

收稿日期 2016年3月16日

基金项目：嘉兴学院重点SRT项目(851715075)：嘉兴市科技计划项日(2014AYl1021)

作者简介：皮婷婷(1995-)，女,本科生，主要从事织物的后整理研究

通讯作者：马辉(1982-)，男，讲师，博士。E-mail：mahone1136@163 .com

原载：针织工业 2016/9;52-54

【摘要】通过对经过剥分处理得到的蒙脱土片晶进行改性处理，与DNA(脱氧核糖核酸)混合制得蒙脱土与DNA复合溶胶 利用制得的蒙脱土与DNA复合溶胶对涤棉织物进行阻燃整理,测试并分析了阻燃整理对涤棉织物形态结构、阻燃性能和力学性能的影响 结果表明，改性蒙脱土片晶在DNA的作用下可实现对涤棉织物的均匀包覆,在对涤棉织物强力影响不大的情况下能够赋予其良好的阻燃效果、

【关键词】蒙脱土；DNA；复合溶胶；涤棉织物；阻燃整理

【中图分类号】TS 195,2+ 4 文献标志码：B 文章编号：1000-4033(2016)09-0052-03

涤棉混纺织物闪其涤棉组分理化性质互补，被广泛应于服装行业和装饰领域 但涤棉织物由于燃烧时的灯芯效应[1] ，可燃性高，一旦着火，难以熄灭,容易引发火灾，因而其应用受到了限制。

目前，常用的涤棉阻燃剂存在生产及使川过程中污染大、用量大、效率不高、抑烟能力差等缺点。基于环境保护和可持续发展的要求，无卤阻燃体系具有非常广阔的发展前景[2] 而天然存在的层状黏土蒙脱土(MMT)属于无机纳米阻燃剂，在地壳中分布极广,可作为新一代纺织品用阻燃剂[3]。

本文根据蒙脱土独有的片层结构特点，利用双氧水进行剥分处理，获得更薄的蒙脱土片晶[4]，用KH560硅烷偶联剂改性,增加蒙脱土片晶与织物上极性基团的作用力[5]，同时脱氧核糖核酸(DNA) 作为一种含有P、N元素的高分子，具有一定的阻燃性能,而且分子中含有大量极性基团，可为改性蒙脱土与涤棉织物提供更好的结合力，达到更优异的阻燃效果，本试验将剥分、改性后的蒙脱土片品与DNA复合得到复合溶胶，并同其对涤棉织物进行阻燃整理 、

1 试验部分

1.1 材料和仪器

织物：涤棉织物(混纺比65/35，晋州市伟盛纺织有限公司) ,

试剂：商品化蒙脱土(浙江丰润投资控股有限公司)、DNA(北京索来宝科技有限公司)、30％ 双氧水、KH560硅烷偶联剂、碳酸钠、无水乙醇、丙酮(分析纯,中国医药集总公司)

仪器：S-4800扫描电子显微镜(日本Hitachi公司),G233F水平燃烧性测试仪(美国Gellowen公司)，YG(B)026H-250型拉伸强力测试仪(温州大荣纺织仪器有限公司)。

1.2 整理工艺

1.2.1 蒙脱土的剥分及改性

a,蒙脱土的剥分

按1：50的比例,将蒙脱土与双氧水均匀混合,4℃下静置72 h,5 000 r／min条件下离心10 min：将分离 的沉淀物与碳酸钠1：2混合后,配制成1,5％ 水分散液,搅拌12 h，20 000 Hz下超声处理4 h,在5 000 r／min条件下离心,得到剥分的蒙脱土样品

b,蒙脱土的改性

将2,0 g剥分的蒙脱土分散在200 mL 75％ 的乙醇水溶液中,搅拌均匀，加热至80℃，再加入0,4 g的KH560硅烷偶联剂,搅拌反应2h,得到改性蒙脱土样品。

1.2.2 阻燃复合溶胶的制备

利用1,2,1中制备的改性蒙脱土与一定量的DNA溶解于400mL蒸馏水中,50℃下搅拌l h,制得蒙脱土与DNA的复合溶胶。

1.2.3 复合整理工艺

将丙酮清洗过的涤棉织物在拉伸3,0％ 的条件下浸没在复合溶胶中8 h，后在40℃下烘干，促使蒙脱土片晶在织物表面组装,得到复合溶胶处理的涤棉织物。

1.3 测试方法

1.3.1 织物微观形貌分析

用S-4800扫描电子显微镜对样品进行表面形貌分析

1.3.2 织物阻燃性能测试

参照JIS L 1091-1999《纤维制品燃烧性能试验方法》，利用水平法对样品进行阻燃性能测试,并根据最终炭化面积评定其阻燃效果.

1,3,3 织物拉伸性能测试

参照GB／T 3923,1-2013 《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率测定(条样法)》，在100 mm／min的托伸速度下对整理织物进行拉伸强力测。

2 结果与讨论

2.1 蒙脱土片晶在纤维表面的包覆

利用S-4800扫描电子显微镜对织物进行表面形态结构分析,结果见图1。

(a)丙酮清洗的涤棉原布	(b)1,1 g蒙脱土处理的涤棉织物	(c)0,1 g蒙脱土与O,2 g DNA复合溶胶处理后	(d)0,5 g蒙脱土与0,2 g DNA复合溶胶处理后	(e)0,9 g蒙脱土与0,2 gDNA复合溶胶处理后
图1 阻燃整理前后涤棉织物的SEM 图片

由图1可知,经过丙酮处理的涤棉织物表面光滑(图1a)，为蒙脱土在其表面的包覆提供了前提条件；经剥分、改性的蒙脱土片晶包覆在涤棉织物的表面,但其分布不规则，无法达到较均匀的包覆效果(如图1b)；在DNA的作用下，蒙脱土片晶在涤棉织物表面的分布均匀(图1c)，这是由于DNA中含有大量的氨基、羧基等极性基团，在改性蒙脱土与涤棉织物的结合过程中形成大量的氢键,提高了蒙脱土片晶的分布均匀性,且有利于蒙脱土包覆膜与织物间结合力的提升；而在图1d、图1e中，随着蒙脱土用量的增加,织物表面的蒙脱土包覆膜连续性变差,主要是由于蒙脱土片晶量的增多导致片晶堆积规律的改变,形成大的团聚体所致。

2.2 整理后涤棉织物的阻燃性能

涤棉织物经过不同含量蒙脱土和DNA组装后燃烧的炭化面积情况见表1

表1 整理后涤棉织物燃烧的炭化面积

由表1可知,涤棉原布的炭化面积为58,44 cm2，布样损毁较。1,1 g单纯蒙脱土组装的织物炭化面积为48,97 cm2,表明蒙脱土的引入可一定程度上起到阻燃的作。0,1 g蒙脱土与0,2 g DNA组装的织物炭化面积为21,59 cm2,与原布以及纯蒙脱土整理的织物相比具有更好的阻燃效果,从扫描电镜图片可以看出，DNA的引入使蒙脱土在涤棉织物表面包覆更光滑,形成的包覆膜结构更致密,在受到火焰攻击时对织物起到更强的防护作用。当蒙脱土含量逐渐增加到0,5g、0,9 g时，炭化面积分别减小到14,21 cm2以及6,57 cm2,说明经过整理的织物抵抗火焰燃烧的能力逐步增强。

经过复合溶胶处理的织物阻燃性能提升主要因为以下几点：

a,蒙脱土本身为硅酸盐片层结构(见图2)，经过剥分、改性后的蒙脱土可以更平整地包覆在织物表面,通过片层上的氨基、硅羟基、铝氧基等极性基团与纤维上的羟基间产生极性作用力包覆在织物表面，在火焰接触织物时，产生一定的阻燃隔离效果。

a,硅氧四面体：b,铝氧及羟基八面体；c. 层间可交换阳离子。

图2 蒙脱土的分子结构图

b,DNA中大量氨基、羧基等极性基团,在改性蒙脱土与织物的结合过程中形成大量的氢键,有利于蒙脱土包覆膜与织物间结合力的提升，提高阻燃效果(图3)：

图3 作用机理示意图

c. DNA分子巾大量的磷、氮元素在受到热时起到协同阻燃的作用[6],在磷-氮复合体系中,磷作为酸源,高温受热情况下可以分解出促进隔热炭层在聚合物表面形成：氮则作为气源,在热分解过程中释放不可燃气体,使炭层膨胀发泡,形成膨胀炭层,有效隔绝了物质交换和热交换,从而达到良好的阻燃效果。

2.3 整理后涤棉织物的拉伸性能

拉伸性能见表2

表2 整理后涤棉织物的断裂拉伸强力

由表2可知,1,1 g单纯蒙脱土整理的织物强力下降 22-27％。可能是蒙脱土为硅酸盐片层结构组装过程巾生成微量硅酸,使织物中的棉纤维发生了水解反应,从而使得织物强力略有下降；0,1 g蒙脱土与0,2 g DNA组装的涤棉织物相比于未处理的涤棉织物,强力并没存明显的变化：蒙脱土含量逐渐增加至大于0,2 g时,涤棉织物的平均强力稍微有所提升,主要由于在整理体系中,DNA与蒙脱土组成的复合溶胶充当交联剂,抵消了外界的应力,同时DNA为特殊的双螺旋结构,碱基配对使其螺旋结构稳定,交联在蒙脱土片层问以及蒙脱土片晶与涤棉纤维间的DNA分子使得整理织物的强力略有提高。

3 结束语

蒙脱土与DNA制得的一种绿色、环保的复合溶胶，整理到涤棉织物上时,可通过较小用量达到较好的阻燃效果,符合绿色整理剂发展的需求。利用扫描电镜对阻燃整理织物的纤维表面进行结构分析。结果表明,蒙脱土与DNA的复合水溶胶能有效地包覆在纤维表面利用水平测试方法对整理的涤棉织物进行阻燃性能测试,结果表明,与原布相比,经过蒙脱土整理的织物炭化面积明显减小,且随着蒙脱土含量的增加,炭化面积减小更多，阻燃性能更优异；同时，拉伸强力测试表明,经过整理的涤棉织物强力略有提升,说明新型阻燃剂蒙脱土与DNA复合溶胶对织物的使用性能影响不大。

参考文献

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[2]孙道兴,纳米蒙脱土阻燃涂料的阻

燃性能研究[J]电镀与涂饰,2009,28(8);52-54,

[3]张亨,蒙脱土的改性方法及阻燃应用的研究进展[J],上海塑料,2013(3);15-20,

f4]BAUMEISTER W,HAHN M,An im proved method for preparing single crystal specimen supports;H202 exfoliation of vermiculite[J],Micron,1976,7(3);247-251,

[5]谢友利,张瓶,周永红,蒙脱土的有机改性研究进展[J],化工进展,2012,31(4);844-851,

[6]BOSCO F,CASAI E A,MO1 I EA C, et al, DNA coatings on cotton fabricS;effect of molecular size and pH on flame retardalicy [J],Surface & Coatings Technology,2015,272(4);86-95,

[7]李松,颜红侠,冯书耀,等,含磷协同阻燃剂的研究进展[J],热固性树脂,2015,30(4);59-63,