阻燃大豆蛋白纤维的热性能研究.ppt

阻燃大豆蛋白纤维的热性能研究,1 前言,大豆蛋白纤维是由我国科技人员首先发明研 制成功纳新型植物蛋白质纤维I1。它是以榨油的大豆豆粕为原料，利用生物工程技术提取豆粕中的球蛋白，制成一定浓度的蛋白质纺丝液，通过添加功能性助剂，改变蛋白质空间结构，经湿法纺丝而尉。由于大豆蛋白纤维的主要生产原料来自于自然界的大豆粕，原料丰富且具有可再生性，不会对资源造成攘夺性开发因此发展前景非常广阔。 近两年来以大豆蛋白纤维为原料制成的服装已走进市场，并日益受到人们的青睐，但大豆蛋白纤维本性易燃很有必要对它进行一下阻燃处理 目前，国内和国外还很少有关于大豆蛋白纤维在阻燃方面研究的报道。,2 实验部分,2.1原料和药品 大豆蛋白纤维 四漠酞酐 (TarA) N，N-二甲基甲酰胺 草酸丙二酸 丁二酿 戊二酸 已二酸 辛二酸 壬二酸：,22大豆蛋白纤维的阻燃处理,221欠豆蛋白纤雏的预处理 将大豆蛋白纤维甩蒸馏水煮沸l h，取出后用蒸馏水冲洗若干次置于60的电热恒温干燥箱中烘干，放于干燥器中备用。 222阻燃剂的制备 取一定质量的TBPA溶于N，N-二甲基甲酰胺 中，待TBPA完全溶解后，加入一定量的蒸馏水配成TBPA的质量分数为08的溶液然后加入与TBPA等摩尔的有机二酸，加盐酸 量分数为37 )调节pH3。,2.2.3对大豆蛋白纤维进行阻燃处理 将一定质量预处理后的大豆蛋白纤维浸入到 已制备好的阻燃剂中，控制浴比为l：30，温度在80-85之间。在此条件下处理l h，其间应不断搅拌，并使pH值始终保持在3以下，之后取出置于60左右的电热恒温干燥箱中烘干。 23 样品分析和表征 2.3.1极限氧指数(LoI) LOI是在氮氧混合气体中，样品垂直燃烧 (从顶部点燃)所需的最小氧气体积百分数。其数值越 大，阻燃效果越好。实验按照ASTM D286370标准经常规型HCl氧指数测定仪 (南京江宁分析仪器厂)测定。,2.3.2剩炭率 剩炭率是样品在氮气保护下、在马福炉中400恒温40 mill后剩余量占原来质量的百分数。它是用来表征阻燃效果的参数，其数值越大，阻燃效 果越好。 23_3热分析 热分析仪为DT-40热分析仪 (日本岛津)。试样重50 mg，温度范围为0-800，升温速率为10“Cmin，空气介质，0A1203作参比样。 2.3.4扫描电子显微镜 样品首先在氮气保护下、在马福炉中400恒温40 mill后形成剩炭，然后用KYKY一2800B型扫描电子显微镜进行分析和研究。,3 结果与讨论 31极限氧指数和剩炭率 表l列出了未经阻燃处理的大豆蛋白纤维和阻燃大豆蛋白纤维的极限氧指数和剩炭率数据。从表中的数据可以看出，未经阻燃处理的大豆蛋白纤维的极限氧指数和剩炭率分别为20.5和7-3；经TBPA阻燃处理后，极限氧指数和剩炭率分别提高到27.0和l2.2；经阻燃体系TBPA加有机二酸处理后，极限氧指数进一步提高到2930，剩炭率进一步提高到 16.425.0，这表明 TBPA+有机二酸阻燃体系有效改进了大豆蛋白纤维的阻燃性能。,32 热分析 图l和图2分别是未经阻燃处理的大豆蛋白纤维的热分析曲线和经TBPA+草酸阻燃处理的大豆蛋白纤维的热分析曲线。通过比较图l和图2可以看出，阻燃大豆蛋白纤维的DTA曲线较为平缓，尤其是4702左右的放热峰变化最为明显，由个尖锐的高峰变成较宽的矮峰。这说明阻燃大豆蛋白纤维在该阶段放热速率降低。这可能是由于TBPA分解生成的I-1Br能捕获大豆蛋白纤维热分解过程中产生的H、O.以及HO等高活性自由基，生成活性较低的溴自由基，致使反应速率减缓【q。从两者的TG曲线可以看出，阻燃大豆蛋白纤维在热解过程中热失重减小，剩炭量增加，热降解起始温度降低。表l列出了样品I一的热降解起始温度(11)OT)。这些数据表明：与未经阻燃处理的大豆蛋白纤维相比，阻燃大豆蛋白纤维会在较低的温度开始热降解，即阻燃剂促使纤维在燃前分解，从而改善了纤维的阻燃性能。,3.3 扫描电子显微镜 图3和图4分别是未经阻燃处理的大豆蛋白纤维和经TBPA+已二酸阻燃处理的大豆蛋白纤维经剩炭试验后的扫描电子显微镜照片。通过比较图3和图4可以看出，阻燃大豆蛋白纤维所生成的剩炭较为膨胀。这可能是由于阻燃剂能催化裂解大豆蛋白纤维的骨架形成为炭层，该炭层能够抑制纤维热分解时产生的气体逸出；而且阻燃剂的存在减缓了大豆蛋白纤维热解过程中的放热速率，随着气体产物的慢慢增加，该炭层逐渐形成为膨胀的炭层。膨胀的炭层本身很难燃烧，而且成为格力外界和纤维内部的一道屏障，阻挡热量和氧气从外界进入到纤维内部，因此有效改进了纤维的阻燃性能。,反应式如下：,此外，密度较大的HBr气体还能稀释空气中的氧气，并覆盖于纤维表面，致使燃烧速度降低或者自熄。 (2)阻燃剂催化固相炭化，形成膨胀的炭层，抑制了来自气相反应区的传热和氧气的流通，从而起到抑制燃烧的作用。,4 结论 大豆蛋白纤维TBPA+有己二酸阻燃体系处理后，极限氧指数从20.5%提高到27%30%；剩炭率从7.3%增加到12.2%25.