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蒙脱土纳米复合材料的制备及其在棉织物阻燃整理中的应用

作　者: 郑成志
导　师: 赵曙辉
学　校: 东华大学
专　业: 纺织化学与染整工程
关键词: 蒙脱土纳米复合材料杂化硅溶胶阻燃整理热氧化分解动力学反应机理函数
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

蒙脱土纳米复合材料具有较好的热力学稳定性,其中纳米分散的蒙脱土具有优良的气体阻隔效应和阻燃效应,且不影响材料的透明度。有机活化的蒙脱土可以处理印染废水,作为合成纤维的染色助剂,也可以用作织物的柔软剂以及棉织物前处理添加剂。但是蒙脱土纳米复合材料用于纺织品阻燃后整理的研究比较少。本文采用原位聚合法制备出了硬脂酸酰胺蒙脱土纳米复合材料,将制备的纳米复合材料通过溶胶凝胶法以及与高聚磷酸铵复配制备出两种阻燃体系,对棉织物进行阻燃整理并探讨相应的阻燃机理。本论文归纳起来主要分为以下三个部分：第一部分：采用原位聚合法制备了插层型蒙脱土纳米复合材料,利用FT-IR、XRD、TEM、TGA等方法详细讨论了复合材料的结构以及蒙脱土层间距的变化,同时研究了蒙脱土在复合材料中的分散状态。第二部分：首先采用溶胶凝胶法制备出蒙脱土纳米复合材料杂化硅溶胶,并将其应用于棉织物的阻燃整理。通过红外(FT-IR)和X射线衍射(XRD)分析,研究了杂化硅溶胶的化学结构及插层后蒙脱土的层间距的变化。通过热失重分析(TGA)及垂直燃烧测试,探讨了蒙脱土纳米复合材料对织物热稳定性和阻燃性能的影响。结果表明,蒙脱土纳米复合材料与硅溶胶发生物理作用,复合材料被包覆在凝胶薄膜中,杂化硅溶胶的成膜性较好,可在织物表面形成一层致密薄膜,提高了织物的热稳定性和阻燃性能,且耐洗性优良。此外,将纳米复合材料和高聚磷酸铵(APP)复配制得新型膨胀阻燃体系,并用制备的阻燃整理液对纯棉织物进行阻燃整理,得到了阻燃性能较优异的阻燃整理织物。研究表明,蒙脱土纳米复合材料在该体系中作为高效成炭剂,纯棉织物阻燃整理的优化工艺为：高聚磷酸铵160g/L,改性2D树脂交联剂100g/L,蒙脱土纳米复合材料40g/L,焙烘温度150℃,焙烘时间3min。第三部分：采用非等温热重分析方法对复合阻燃体系(APP/EBS/MMT)整理后棉织物的热氧化分解特性进行了研究。样品在空气氛围条件下分别由10℃/min,20℃/min,30℃/min和40℃/min共4种加热速率从室温加热至900℃,通过基于动力学补偿效应的恒定动力学参数法(IKP)计算了整理后织物的非等温氧化分解的动力学参数.由IKP方法以及常用固相机理函数概率分布,确定了复合体系的热氧化分解主要可由成核与核增长以及幂级反应机理函数进行描述,对理解织物燃烧分解过程以及防止火灾的发生具有较好的理论指导意义。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章文献综述  11-25
  1.1 引言  11-12
  1.2 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的研究现状  12-18
    1.2.1 层状硅酸盐  12-13
    1.2.2 有机膨润土的制备  13-14
    1.2.3 有机化改性后蒙脱土的结构  14-15
    1.2.4 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备  15-16
    1.2.5 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的结构  16-17
    1.2.6 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的形成机理  17-18
  1.3 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的应用  18-19
    1.3.1 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料在阻燃中的应用  18-19
    1.3.2 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料在其它方面的应用  19
  1.4 纳米蒙脱土作为织物阻燃整理添加剂  19-21
    1.4.1 阻燃剂类型及阻燃机理  19-20
    1.4.2 层状硅酸盐阻燃体系  20-21
  1.5 纺织品的阻燃  21-23
    1.5.1 织物的阻燃机理  22
    1.5.2 纤维素织物的阻燃整理  22-23
  1.6 本课题的研究内容与意义  23-25
第二章硬脂酸酰胺/蒙脱土纳米复合材料的制备与表征  25-32
  2.1 引言  25
  2.2 主要原料与试剂  25
  2.3 主要仪器与设备  25-26
  2.4 实验方法  26-27
    2.4.1 插层型硬脂酸酰胺/蒙脱土纳米复合材料的制备原理  26
    2.4.2 实验步骤  26
    2.4.3 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)测试  26
    2.4.4 XRD分析  26-27
    2.4.5 Molau实验  27
    2.4.6 TG分析测试  27
    2.4.7 TEM分析测试  27
  2.5 结果与讨论  27-31
    2.5.1 复合材料的FT-IR分析  27-28
    2.5.2 复合材料的XRD分析  28-29
    2.5.3 复合材料的Molau实验分析  29
    2.5.4 复合材料的TG分析  29-30
    2.5.5 复合材料的TEM分析  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章蒙脱土纳米复合材料在织物阻燃整理中的应用  32-54
  3.1 引言  32-33
  3.2 实验原料与试剂  33
  3.3 主要仪器与设备  33-34
  3.4 蒙脱土纳米复合材料杂化硅溶胶的制备  34-35
    3.4.1 蒙脱土纳米复合材料杂化硅溶胶的制备原理  34
    3.4.2 实验步骤  34
    3.4.3 蒙脱土纳米复合材料杂化硅凝胶的分析测试  34-35
    3.4.4 杂化硅溶胶整理后织物的性能分析  35
  3.5 新型膨胀阻燃体系的制备  35-36
    3.5.1 制备原理  35-36
    3.5.2 阻燃整理液的制备  36
    3.5.3 棉织物的阻燃整理  36
    3.5.4 棉织物的阻燃效果表征  36
  3.6 结果与讨论  36-53
    3.6.1 溶胶凝胶法整理织物的分析与讨论  36-45
      3.6.1.1 杂化硅溶胶制备条件的优化  37-41
      3.6.1.2 MMT、EBS/MMT及其杂化硅凝胶的XRD分析  41-42
      3.6.1.3 硅凝胶和杂化硅凝胶的红外分析  42-43
      3.6.1.4 杂化硅溶胶对织物的整理机理  43
      3.6.1.5 织物的性能测试  43-45
    3.6.2 新型膨胀阻燃体系处理织物的分析与讨论  45-53
      3.6.2.1 新型膨胀阻燃体系制备的工艺优化  46-48
      3.6.2.2 织物的性能测试  48-53
  3.7 本章小结  53-54
第四章蒙脱土纳米复合材料作为成炭剂的热动力学研究分析  54-67
  4.1 引言  54-55
  4.2 热氧化分解动力学分析测试  55
  4.3 恒定动力学参数法(IKP)  55-57
  4.4 结果与讨论  57-66
    4.4.1 热氧化分解分析  57-60
    4.4.2 恒定动力学参数法的计算与分析  60-66
  4.6 本章小结  66-67
第五章结论与展望  67-69
  5.1 结论  67-68
  5.2 展望  68-69
参考文献  69-74
致谢  74-75
硕士期间发表的学术论文和申请专利  75

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