[0023] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0024] 实施例1:步骤S1:阻燃剂的制备:
步骤S11:原料准备:准备六水合硝酸锌、2,5‑二羟基对苯二甲酸、氮氮二甲基甲酰胺(DMF)、异丙醇、蒸馏水、聚乙烯醇(PVA),备用;
步骤S12:Zn‑MOF‑74制备:准确称取六水合硝酸锌、2,5‑二羟基对苯二甲酸,准确量取DMF、异丙醇、蒸馏水在搅拌条件下混合均匀;将混合物料放入聚四氟乙烯反应釜中,套上铁皮,放入马弗炉中,以3℃/min的升温速率升至110℃反应72小时,再以3℃/min的升温速率降至室温,得到反应后物料;使用离心机以10000 r/min转速进行固液分离,甲醇洗涤3次,60℃真空干燥24小时得到产物Zn‑MOF‑74,备用;
步骤S13:Zn‑MOF‑74/PVA阻燃剂的制备:将制备的Zn‑MOF‑74与蒸馏水混合,超声分散30分钟制得10 wt% Zn‑MOF‑74水性悬浮液A;将PVA与蒸馏水混合,并于80℃下搅拌溶解制得10 wt% 的PVA水性悬浮液B;将悬浮液A与悬浮液B混合搅拌30分钟,放入冷冻机中于‑80℃下冷冻12小时;将步骤C中的物料C放入冷冻干燥机中干燥48小时,制得Zn‑MOF‑74/PVA,以作阻燃剂;
步骤S2:植物纤维无纺布基布制备:
步骤S21:称取聚乳酸、棉秆纤维、亚麻纤维、聚酰胺纤维,备用;
步骤S22:植物纤维无纺布基布制备:将聚乳酸于60℃真空干燥箱中充分干燥,与秸秆纤维、亚麻纤维、聚酰胺纤维通过高速混合机混合,得混合料;将混合料通过螺杆挤压熔融,控制工作温度在80℃,控制转速在50 r/min;再通过喷丝孔喷射成聚乳酸纤维,控制喷丝孔径在0.16 mm,控制工作速度在6000 m/min;然后将纤维吹风冷却,以气流拉伸成网,控制气流牵伸速度在6000 m/min;最后通过轧机花辊辊压加固形成无纺布基布,控制辊速在8 m/min,控制工作压力在20 MPa,控制工作温度在120℃;
步骤S3:阻燃剂浆料浸轧无纺布基布:
步骤S31:原料准备:称取阻燃剂、壳聚糖、苹果酸、蒸馏水,备用;
步骤S32:阻燃剂浆料浸轧无纺布基布:将阻燃剂、壳聚糖、苹果酸、蒸馏水加入搅拌桶中混合,得到阻燃剂浆料;将无纺布基布完全浸渍在阻燃剂浆料中,浸渍时间为12小时,浸渍结束后将无纺布基布取出置于浸轧机中进行挤压,此为第一次浸轧;将浸轧过一次的无纺布基布再一次浸入阻燃剂浆料中,并加入超声波振荡器超声30 分钟,再次置于浸轧机中进行挤压,此为第二次浸轧;将浸轧两次的无纺布基布,于60℃烘干机下烘干,制得一种可降解的阻燃植物纤维无纺布。
[0025] 本实施例中,所述可降解无纺布基布的原料组包括聚乳酸85份、棉秆纤维15份、亚麻纤维3份、聚酰胺纤维8份。阻燃剂浆料的组分包括阻燃剂5份,壳聚糖8份,苹果酸0.1份,蒸馏水200份。
[0026] 其中,所述Zn‑MOF‑74/PVA阻燃剂制备中悬浮液A和B的混合比例是:质量分数比1:1。
[0027] 其中,所述阻燃剂浆料浸扎无纺布基布第一次浸扎时间为12小时。
[0028] 实施例2:步骤S1:阻燃剂的制备:
步骤S11:原料准备:准备六水合硝酸锌、2,5‑二羟基对苯二甲酸、氮氮二甲基甲酰胺(DMF)、异丙醇、蒸馏水、聚乙烯醇(PVA),备用;
步骤S12:Zn‑MOF‑74制备:准确称取六水合硝酸锌、2,5‑二羟基对苯二甲酸,准确量取DMF、异丙醇、蒸馏水于搅拌条件下混合均匀;将混合物料放入聚四氟乙烯反应釜中,套上铁皮,放入马弗炉中,以4℃/min的升温速率升至110℃反应72小时,再以4℃/min的升温速率降至室温,得到反应后物料;使用离心机以10000 r/min转速进行固液分离,甲醇洗涤3次,60℃真空干燥24小时得到产物Zn‑MOF‑74,备用;
步骤S13:Zn‑MOF‑74/PVA阻燃剂的制备:将制备的Zn‑MOF‑74与蒸馏水混合,超声分散30分钟制得10 wt% Zn‑MOF‑74水性悬浮液A;将PVA与蒸馏水混合,并于80℃下搅拌溶解制得10 wt% 的PVA水性悬浮液B;将悬浮液A与悬浮液B混合搅拌30分钟,放入冷冻机中于‑80℃下冷冻12小时;将步骤C中的物料C放入冷冻干燥机中干燥48小时,制得Zn‑MOF‑74/PVA,以作阻燃剂;
步骤S2:植物纤维无纺布基布制备:
步骤S21:称取聚乳酸、棉秆纤维、亚麻纤维、聚酰胺纤维,备用;
步骤S22:植物纤维无纺布基布制备:将聚乳酸于60℃真空干燥箱中充分干燥,与秸秆纤维、亚麻纤维、聚酰胺纤维通过高速混合机混合,得混合料;将混合料通过螺杆挤压熔融,控制工作温度在90℃,控制转速在55 r/min;再通过喷丝孔喷射成聚乳酸纤维,控制喷丝孔径在0.18 mm,控制工作速度在7000 m/min;然后将纤维吹风冷却,以气流拉伸成网,控制气流牵伸速度在6500 m/min;最后通过轧机花辊辊压加固形成无纺布基布,控制辊速在9 m/min,控制工作压力在23 MPa,控制工作温度在130℃;
步骤S3:阻燃剂浆料浸轧无纺布基布:
步骤S31:原料准备:称取阻燃剂、壳聚糖、苹果酸、蒸馏水,备用;
步骤S32:阻燃剂浆料浸轧无纺布基布:将阻燃剂、壳聚糖、苹果酸、蒸馏水加入搅拌桶中混合,得到阻燃剂浆料;将无纺布基布完全浸渍在阻燃剂浆料中,浸渍时间为18小时,浸渍结束后将无纺布基布取出置于浸轧机中进行挤压,此为第一次浸轧;将浸轧过一次的无纺布基布再一次浸入阻燃剂浆料中,并加入超声波振荡器超声30分钟,再次置于浸轧机中进行挤压,此为第二次浸轧;将浸轧两次的无纺布基布,于60℃烘干机下烘干,制得一种可降解的阻燃植物纤维无纺布。
[0029] 本实施例中,所述可降解无纺布基布的原料组包括聚乳酸88份、棉秆纤维18份、亚麻纤维5份、聚酰胺纤维10份。阻燃剂浆料的组分包括阻燃剂8份,壳聚糖12份,苹果酸1.5份,蒸馏水210份。
[0030] 其中,所述Zn‑MOF‑74/PVA阻燃剂制备中悬浮液A和B的混合比例是:质量分数比2:1。
[0031] 其中,所述阻燃剂浆料浸扎无纺布基布第一次浸扎时间为18小时。
[0032] 实施例3:步骤S1:阻燃剂的制备:
步骤S11:原料准备:准备六水合硝酸锌、2,5‑二羟基对苯二甲酸、氮氮二甲基甲酰胺(DMF)、异丙醇、蒸馏水、聚乙烯醇(PVA),备用;
步骤S12:Zn‑MOF‑74制备:准确称取六水合硝酸锌、2,5‑二羟基对苯二甲酸,准确量取DMF、异丙醇、蒸馏水于搅拌条件下混合均匀;将混合物料放入聚四氟乙烯反应釜中,套上铁皮,放入马弗炉中,以5℃/min的升温速率升至110℃反应72小时,再以5℃/min的升温速率降至室温,得到反应后物料;使用离心机以10000 r/min转速进行固液分离,甲醇洗涤3次,60℃真空干燥24小时得到产物Zn‑MOF‑74,备用;
步骤S13:Zn‑MOF‑74/PVA阻燃剂的制备:将制备的Zn‑MOF‑74与蒸馏水混合,超声分散30分钟制得10 wt% Zn‑MOF‑74水性悬浮液A;将PVA与蒸馏水混合,并于80℃下搅拌溶解制得10 wt% 的PVA水性悬浮液B;将悬浮液A与悬浮液B混合搅拌30分钟,放入冷冻机中于‑80℃下冷冻12小时;将步骤C中的物料C放入冷冻干燥机中干燥48小时,制得Zn‑MOF‑74/PVA,以作阻燃剂;
步骤S2:植物纤维无纺布基布制备:
步骤S21:称取聚乳酸、棉秆纤维、亚麻纤维、聚酰胺纤维,备用;
步骤S22:植物纤维无纺布基布制备:将聚乳酸于60℃真空干燥箱中充分干燥,与秸秆纤维、亚麻纤维、聚酰胺纤维通过高速混合机混合,得混合料;将混合料通过螺杆挤压熔融,控制工作温度在100℃,控制转速在60 r/min;再通过喷丝孔喷射成聚乳酸纤维,控制喷丝孔径在0.19 mm,控制工作速度在8000 m/min;然后将纤维吹风冷却,以气流拉伸成网,控制气流牵伸速度在7000 m/min;最后通过轧机花辊辊压加固形成无纺布基布,控制辊速在10 m/min,控制工作压力在25 MPa,控制工作温度在140℃;
步骤S3:阻燃剂浆料浸轧无纺布基布:
步骤S31:原料准备:称取阻燃剂、壳聚糖、苹果酸、蒸馏水,备用;
步骤S32:阻燃剂浆料浸轧无纺布基布:将阻燃剂、壳聚糖、苹果酸、蒸馏水加入搅拌桶中混合,得到阻燃剂浆料;将无纺布基布完全浸渍在阻燃剂浆料中,浸渍时间为18小时,浸渍结束后将无纺布基布取出置于浸轧机中进行挤压,此为第一次浸轧;将浸轧过一次的无纺布基布再一次浸入阻燃剂浆料中,并加入超声波振荡器超声30分钟,再次置于浸轧机中进行挤压,此为第二次浸轧;将浸轧两次的无纺布基布,于60℃烘干机下烘干,制得一种可降解的阻燃植物纤维无纺布。
[0033] 本实施例中,所述可降解无纺布基布的原料组包括聚乳酸90份、棉秆纤维20份、亚麻纤维8份、聚酰胺纤维12份;阻燃剂浆料的组分包括阻燃剂10份,壳聚糖15份,苹果酸3份,蒸馏水220份。
[0034] 其中,所述Zn‑MOF‑74/PVA阻燃剂制备中悬浮液A和B的混合比例是:质量分数比3:1。
[0035] 其中,所述阻燃剂浆料浸扎无纺布基布第一次浸扎时间为24小时。
[0036] 实施例4:操作步骤与实施例3相同,以Zn‑MOF‑74阻燃剂。
[0037] 实施例5:操作步骤与实施例3相同,以ZIF‑8为阻燃剂。
[0038] 实施例6:操作步骤与实施例3相同,不添加阻燃剂。
[0039] 实验1:取实施例1‑6所制备的一种可降解的阻燃植物纤维无纺布样品,按照GB/T2406‑
1993标准试验方法测定样品的极氧指数(LOI),结果如下:
实施例1‑6中样品进行检测后LOI值分别为32.3%、39.1%、35.0%,26.0%,24.0 %,
21.0%
结论:通过以实施例1‑6的数据可以看出,添加阻燃剂确实可以改善植物纤维无纺布的阻燃性;从实施例1‑5,可以说明:单独以Zn‑MOF‑74或ZIF‑8作为阻燃剂也具有阻燃性,但以Zn‑MOF‑74/PVA为阻燃剂的阻燃性远高于Zn‑MOF‑74或ZIF‑8为阻燃剂,这是由于当表面燃烧时,不仅Zn‑MOF‑74被氧化产生氧化锌形成致密的氧化锌保护层,而且PVA燃烧热解产生的二氧化碳有效阻碍了火焰的产生,两者之间产生了协同效应,因而具有强烈阻燃性。
[0040] 实验2:取实施例1‑4所制备的一种可降解的阻燃植物纤维无纺布样品,进行阻燃剂负载量测试,测试方法参照CN201911067737.4中所述方法,将负载阻燃剂之前和之后的无纺布称重,分别记为M无纺布和M复合材料,负载量为A(单位g/g),计算公式:A=(M复合材料‑M无纺布)/ M无纺布,
其中,M复合材料为负载后的质量,M无纺布为负载前的质量,计算结果如下:
实施例1‑4中样品的负载量分别为69.2%、90.6%、79.1%、42.6%。
[0041] 结论,从实施例1‑3中可以得出Zn‑MOF‑74/PVA阻燃剂浆料第一次浸轧时,较优浸渍时间为18小时,负载量最高。将实施例4与实施例与实施例3对比,单独负载Zn‑MOF‑74的负载量不高,这是由于Zn‑MOF‑74负载仅依靠范德华力吸附在植物纤维无纺布基布表面,而Zn‑MOF‑74/PVA不仅通过范德华力吸附,而且可以通过壳聚糖锚定在植物纤维无纺布基布表面。
[0042] 实验3:取实施例1‑6所制备的一种可降解的阻燃植物纤维无纺布样品,以市面普通无纺布作为对照样品进行亲水性测试,测试方法参照CN202010214691.2中所述方法,将试样用胶水贴在载玻片上,置于JY‑82视频接触角测量仪测试,采用静态接触角测量,将体积为3的水滴滴在样品表面,通过测量三相交界处自固液界面经液滴内部至气液界面之夹角,重复测量三次,取平均值,结果如下:实施例1‑6中样品的接触角平均值分别为36.28°、33.33°、35.67°、70.51°、
70.92°、120.36,而市面普通无纺布接触角为110.25°。
[0043] 结论,接触角小于80°,说明实施例1‑5中样品呈亲水性质,这是由于掺杂亚麻纤维具有吸湿性能、棉杆纤维的天然吸水性、壳聚糖含有的羟基和氨基等极性基团,三者协同产生了亲水性;而实施例1‑3亲水性强于实施例4和5,是因为阻燃剂表面丰富的羟基结构。而亲水性就是加快聚乳酸的水解自降解速率的原因。实施例6具有疏水性,因为ZIF‑8具有强疏水性。
[0044] 最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。