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阻燃面料的新纪元
2019-05-23 14:07  点击数:
  面料的燃烧一直被认为是一项重大危害:确实,大多数纤维和面料都在日常生活中扮演重要的角色(例如:用于交通运输、汽车工业、防护服、军工、家具内饰、床上用品及睡衣),它们都是可燃的并且是具有潜在危险的材料。阻燃面料的发展也是应此而生,化学物质(所谓的阻燃剂)已经被开发出来,通过抑制面料着火或降低火焰蔓延的速度,以降低火灾的风险。从“历史”的角度来看,塑料和纺织面料品的阻燃剂的使用经历了重大的演变:最近,由于认为使用某些类型的高性能阻燃剂会造成环境问题,各国政府对此越来越关注,这促使研究人员设计出更有效、更环保的产品。因此,在过去的30年里,大多数高性能卤素或甲醛基阻燃剂已被禁止或限制用于商业用途,从而亲睐于使用含磷产品。
  
  同时,已经设计出不同的,新颖的策略,并正在使用;尤其是以下三种方法显示了最有趣的结果:(i)纳米复合合成纤维的使用,(ii)在传统背涂层中引入纳米颗粒,(iii)在织物基材上沉积(纳米)涂层。到目前为止,(纳米)涂层方法主要集中在陶瓷保护层或阻燃剂的使用上,不论是单独的或是成对的。因此,它采用了不同的方法,如纳米颗粒吸附,层层叠加,溶胶-凝胶和双固化工艺,等离子体沉积。
  
  最近,生物大分子如蛋白质(乳清蛋白、酪蛋白、疏水蛋白)和脱氧核糖核酸(DNA)在纤维素或合成基质(如棉、聚酯或棉-聚酯共混物)上沉积时,表现出意想不到的阻燃/抑制特性。把一些生物大分子(例如酪蛋白和乳清蛋白)作为阻燃剂使用具有明显的优势,因为它们可以被视为是奶酪和牛奶工业的废物或副产品;另一方面,尽管目前DNA的成本很高,但由于最近的大规模开发,即从鲑鱼肉和鱼卵囊中提取和纯化DNA,它已变得可以同其他化学品竞争了。
  
  这些生物大分子可以应用于阻燃面料的浸渍/耗尽过程(这是典型的面料纺织工艺整理过程)或逐层法,从水溶液/悬浮液开始,从而开发出一种显著的绿色技术。
  
  这些生物大分子能够赋予面料阻燃性的机理仍在研究中。然而,这些绿色大分子的阻燃效果似乎是归功于它们的化学成分,以及它们与底层织物的相互作用,在加热或接触火焰时,有利于形成稳定的保护性炭(即碳质残渣),从而限制氧气和可燃挥发性产品的交换,从而提高面料的阻燃性。
  
  更具体地说,酪蛋白和亲水分子(分别含有磷酸基和二硫基)被认为是纤维素基质的有效阻燃体系,因为这些成分能够影响纤维素热解生成炭。此外,乳清蛋白在棉织物上具有良好的成膜性,其对水蒸气的吸附能力较强,说明其阻燃性能较好。与蛋白质相比,DNA表现出独特性和特殊性,因为它的一个分子中包含一个膨胀配方的三个主要成分。特别是,膨胀是在燃烧的聚合物表面炭化和起泡的结果,这保护了底层材料免受热量或火焰的作用。膨胀被认为是取代卤素基阻燃剂的最有效的方法,因为它能够中断聚合物材料的自我持续燃烧。由于磷酸基,能够产生磷酸,作为炭源和发泡剂的脱氧核糖环(加热时它们可能会脱水形成炭并释放水)和可释放氨的含氮碱(鸟嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶),DNA处理的棉织品可以达到杰出的自熄特性。
  
  尽管这些方法在阻燃领域有很大的潜力,但目前仍在研究中。目前,生物大分子作为阻燃剂的应用面临着一个具有挑战性的问题,即大规模调整该技术的可能性,这是评估其进一步工业发展的关键。然而,这些生物处理技术的高效性,以及与之相关的环境和安全问题,为开发新型阻燃面料提供阻燃整理系统指明了一条新的道路。

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