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基于层层自组装技术构筑苎麻织物高效膨胀型阻燃涂层的研究

一、引言

1.1研究背景与意义

在日常生活与工业生产中，纺织材料无处不在，从人们日常穿着的衣物，到室内装饰的窗帘、床上用品，再到特殊行业的工装、防护用品等，它们在满足人们生活和生产需求的同时，也带来了一定的安全隐患。火灾的发生往往伴随着巨大的生命财产损失，而纺织品作为常见的易燃物，在火灾中常常扮演着助燃的角色。据统计，每年我国都会发生数万起火灾，其中很多火灾的发生与纺织品的易燃性密切相关。在火灾中，纺织品不仅容易被点燃，还会迅速传播火势，同时释放出大量有毒气体，对人员的生命安全构成严重威胁。因此，提高纺织品的阻燃性能，对于预防火灾、减少火灾损失具有重要意义。

苎麻织物作为一种天然纤维织物，以其吸湿散湿快、光泽好、挺爽透气等特性，在纺织领域占据着重要地位。它被广泛应用于夏季服装、床单、被褥、蚊帐和手帕等日常用品的制作。然而，苎麻纤维作为天然植物纤维，其热稳定性较差，易燃的缺点极大地限制了其应用范围。在一些对防火安全要求较高的场所，如宾馆、会堂、舞台等，以及特殊行业，如消防、化工、电力等，苎麻织物由于其易燃性而无法满足使用需求。因此，对苎麻织物进行阻燃改性处理，成为拓展其应用领域、提高其使用安全性的关键。

膨胀型阻燃涂层作为一种有效的阻燃方式，在提高材料阻燃性能方面发挥着重要作用。当材料表面涂覆膨胀型阻燃涂层后，在受热时，涂层中的酸源、碳源和气源会发生一系列化学反应。酸源分解产生磷酸等酸性物质，促进碳源脱水碳化，形成具有隔热隔氧作用的炭层；气源分解产生大量不燃性气体，使炭层膨胀发泡，形成多孔结构。这种膨胀后的炭层能够有效地隔离热量和氧气，阻止火焰的传播，从而提高材料的阻燃性能。膨胀型阻燃涂层具有阻燃效率高、低烟、低毒等优点，符合现代社会对环保和安全的要求。

层层自组装技术作为一种新兴的材料表面改性方法，近年来在织物阻燃处理领域引起了广泛关注。该技术基于相反电荷聚电解质间的物理吸附作用，通过将带正电荷和带负电荷的物质在织物表面交替沉积，形成多层膜结构。这种方法操作简便、灵活，能够精确控制涂层的组成和厚度，适用于多种基体材料，包括合成纤维和天然纤维织物。通过层层自组装技术构建膨胀型阻燃涂层，可以充分发挥膨胀型阻燃剂的优势，提高苎麻织物的阻燃性能。同时，该技术还可以对涂层的结构和性能进行优化，以满足不同应用场景的需求。

本研究旨在通过层层自组装技术构建苎麻织物膨胀型阻燃涂层，深入研究涂层的结构、性能及其阻燃机理。这不仅有助于拓展层层自组装技术在织物阻燃领域的应用，为开发新型高效的阻燃织物提供理论依据和技术支持，还能提升苎麻织物的附加值和市场竞争力，推动天然纤维织物在更多领域的应用，具有重要的理论意义和实际应用价值。

1.2国内外研究现状

在织物阻燃领域，层层自组装技术的应用研究不断深入。国外方面，[国外研究者1]通过层层自组装技术，将聚电解质与纳米粒子交替沉积在棉织物表面，构建了具有良好阻燃性能的涂层。研究发现，该涂层能够在高温下形成致密的炭层，有效阻隔热量和氧气的传递，从而提高织物的阻燃性能。[国外研究者2]则利用层层自组装法，在麻织物表面组装了含有磷、氮等阻燃元素的聚合物多层膜，显著提高了麻织物的极限氧指数和垂直燃烧性能。

国内对于层层自组装构建织物阻燃涂层也取得了一系列成果。浙江大学的彭懋等人以聚乙烯基膦酸（PVPA）为酸源，支化聚乙烯亚胺（BPEI）为发泡剂，采用交替层层自组装的方法在苎麻织物表面制备了一种新型膨胀型阻燃涂料。经测试，苎麻织物单纤维表面经PVPA/BPEI涂层热解后形成保护炭层，该涂层苎麻织物在600℃的残留量高达25.8％，与未涂层织物相比，热释放总量减少66％，热释放量减少76％，有效提高了苎麻的阻燃性能，也为成炭阻燃的设计提供了一种有前途的策略。还有学者通过使用带正电的聚乙烯亚胺和带负电的海藻酸盐利用层层组装法来制备改性棉织物，然后将金属离子成功构建在基底上，发现棉织物在高温下的降解得到了抑制，为充分利用金属离子交联海藻酸盐从而赋予织物优异的阻燃性能提供了思路。

在膨胀型阻燃涂层方面，国内外的研究主要集中在膨胀型阻燃剂的配方优化和涂层结构设计上。通过调整酸源、碳源和气源的种类和比例，以及改变涂层的厚度和层数，来提高膨胀型阻燃涂层的阻燃效果。有研究采用多聚磷酸和聚乙烯亚胺形成聚电解质络合物作为内层，聚磷酸铵作为外层，构建膨胀型阻燃涂层，处理后的织物具有较好的阻燃性能。也有研究将碳纳米管引入膨胀型阻燃体系，利用碳纳米管和膨胀型阻燃体系之间的协同阻燃作用，提高织物的火灾安全性。

然而，当前对于层层自组装构建苎麻织物膨胀型阻燃涂层的研究仍存在一些不足。一方面，现有的组装技术在结合力方面存在缺陷，涂层附着力弱，容易脱落，这不仅缩短了阻