接枝阻燃基粘胶纤维的优化制备工艺与表征

作     者：朱云阳 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周小华

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：鸟苷酸 三聚氰胺 羧基化粘胶纤维 接枝 工艺 

摘      要：粘胶纤维(Viscose fiber)是以木材或棉短绒等为原料,经湿法纺丝后制得的大宗化学纤维,具有纵多优良特性但易燃,应用领域受到限制。本论文首先以纤维素酶(Cellulase)水解粘胶纤维表面的部分β-1,4糖苷键,再利用葡萄糖氧化酶(GOD)将暴露出的C1半缩醛羟基氧化成羧基,制得羧基化粘胶纤维(CVF);再分别以高含氮因子的三聚氰胺(Melamine)或含氮、磷的鸟苷酸(Guanylate)为阻燃功能片段,二环己基碳二亚胺(DCC)为交联剂,合成出接枝三聚氰胺或鸟苷酸的粘胶纤维。系统研究其优化合成工艺并对接枝物进行红外、染色、形貌、力学及热性能表征;最后,用共混压片法探索阻燃粘胶纤维氮含量与其极限氧指数值(LOI)的关系并拟合函数公式,建立精确、快速评估阻燃粘胶纤维阻燃性的方法。获得的实验结果摘要如下:(1)在单因素实验基础上,采用正交实验优化羧基化粘胶纤维接枝三聚氰胺与鸟苷酸的制备工艺。实验结果表明:接枝三聚氰胺优化工艺为DCC与CVF质量比为0.6、p H为4.0的50%乙醇溶液、反应温度为65℃、反应时间为2h,接枝产物氮含量为3.19%;接枝鸟苷酸优化工艺为DCC与CVF质量比为0.6、反应温度为60℃、p H为5.5的50%乙醇溶液,反应时间为4h,接枝产物氮含量为1.31%。(2)红外光谱(FTIR)指出:合成物出现900、1560cm归属羧酸的新吸收峰,在2200cm处出现归属氨基的新峰及在3500、1400、1000～1100cm归属于酰胺键的增强峰,这表明接枝三聚氰胺粘胶纤维和接枝鸟苷酸粘胶纤维被合成。(3)接枝三聚氰胺粘胶纤维(GMVF)的LOI值为27.2,接枝鸟苷酸粘胶纤维(GGVF)的LOI值为27.0,分别较粘胶纤维增大17.2%、16.4%;总热释放量分别减少0.228MJ/kg、0.205MJ/kg,燃烧时间分别延长35.5%、29.6%。差热分析(DTA)表明:GMVF和GGVF在300℃附近出现新的弱吸热峰,这归因于被接枝的三聚氰胺和鸟苷酸的C-N键及三聚氰胺分子内的C=N双键吸热分解所致;接枝三聚氰胺或鸟苷酸粘胶纤维均耐水洗,其GGVF水洗阻燃性相关方程为Y=0.0005X-0.025X+27,R=1;GMVF水洗阻燃性相关方程为Y=0.0002X-0.0117X+27.2,R=1(Y为LOI,X为氮百分含量)。(4)扫描电子显微镜(SEM)分析指出:GMVF的平均直径为14.643μm,较粘胶纤维增大0.53μm,平均接枝厚度为0.265μm;其干态强度3.17c N/tex,干态断裂伸长率28.66%,分别比对照的2.62c N/tex和24.27%增强0.55c N/tex和4.39%;GGVF的平均直径为14.28μm,比粘胶纤维增大0.176μm,平均接枝厚度为0.088μm;其干态强度2.74c N/tex,干态断裂伸长率25.13%%,分别比对照的2.62c N/tex和24.27%增强0.12c N/tex和0.86%。(5)粘胶纤维表面多达5%的还原性末端C1羟基被氧化成羧基,可与带正电荷的碱性品红形成静电作用稳定染色。因此,在一定范围内可通过溶液中碱性品红浓度变化测定羧基化粘胶纤维的游离羧基量。(6)分别拟合出GMVF和GGVF氮含量与LOI的关系曲线。实验结果表明,在一定范围内,随着氮含量增加,接枝阻燃基纤维试样的LOI值增大,其相关系数高达0.98。