阻燃大豆蛋白纖維的熱性能研究

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1、阻燃大豆蛋白纖維的熱性能研究1前言大豆蛋白纖維是由我國科技人員首先發(fā)明研制成功納新型植物蛋白質(zhì)纖維I1]。它是以榨油的大豆豆粕為原料，利用生物工程技術(shù)．提取豆粕中的球蛋白，制成一定濃度的蛋白質(zhì)紡絲液，通過添加功能性助劑，改變蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)，經(jīng)濕法紡絲而尉。由于大豆蛋白纖維的主要生產(chǎn)原料來自于自然界的大豆粕，原料豐富且具有可再生性，不會對資源造成攘奪性開發(fā)．因此發(fā)展前景非常廣闊。近兩年來．以大豆蛋白纖維為原料制成的服裝已走進(jìn)市場，并日益受到人們的青睞，但大豆蛋白纖維本性易燃．很有必要對它進(jìn)行一下阻燃

2、處理目前，國內(nèi)和國外還很少有關(guān)于大豆蛋白纖維在阻燃方面研究的報(bào)道。2實(shí)驗(yàn)部分2.1原料和藥品大豆蛋白纖維四漠酞酐(TarA)N，N-二甲基甲酰胺草酸丙二酸丁二釀戊二酸已二酸辛二酸壬二酸：2．2大豆蛋白纖維的阻燃處理2．2．1欠豆蛋白纖雛的預(yù)處理將大豆蛋白纖維甩蒸餾水煮沸l(wèi)h，取出后用蒸餾水沖洗若干次．置于60℃的電熱恒溫干燥箱中烘干，放于干燥器中備用。2．2．2阻燃劑的制備取一定質(zhì)量的TBPA溶于N，N-二甲基甲酰胺中，待TBPA完全溶解后，加入一定量的蒸餾水配成TBPA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．8％的溶液

3、．然后加入與TBPA等摩爾的有機(jī)二酸，加鹽酸量分?jǐn)?shù)為37％)調(diào)節(jié)pH<3。2.2.3對大豆蛋白纖維進(jìn)行阻燃處理將一定質(zhì)量預(yù)處理后的大豆蛋白纖維浸入到已制備好的阻燃劑中，控制浴比為l：30，溫度在80--85℃之間。在此條件下處理lh，其間應(yīng)不斷攪拌，并使pH值始終保持在3以下，之后取出置于60℃左右的電熱恒溫干燥箱中烘干。2．3樣品分析和表征2.3.1極限氧指數(shù)(LoI)LOI是在氮氧混合氣體中，樣品垂直燃燒(從頂部點(diǎn)燃)所需的最小氧氣體積百分?jǐn)?shù)。其數(shù)值越大，阻燃效果越好。實(shí)驗(yàn)按照ASTMD286

4、3—70標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常規(guī)型HC—l氧指數(shù)測定儀(南京江寧分析儀器廠)測定。2.3.2剩炭率剩炭率是樣品在氮?dú)獗Ｗo(hù)下、在馬福爐中400℃恒溫40mill后剩余量占原來質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。它是用來表征阻燃效果的參數(shù)，其數(shù)值越大，阻燃效果越好。2．3_3熱分析熱分析儀為DT-40熱分析儀(日本島津)。試樣重5．0mg，溫度范圍為0--800℃，升溫速率為10"C／min，空氣介質(zhì)，0‘．A1203作參比樣。2.3.4掃描電子顯微鏡樣品首先在氮?dú)獗Ｗo(hù)下、在馬福爐中400℃恒溫40mill后形成剩炭，然后用KYKY一2

5、800B型掃描電子顯微鏡進(jìn)行分析和研究。3結(jié)果與討論3．1極限氧指數(shù)和剩炭率表l列出了未經(jīng)阻燃處理的大豆蛋白纖維和阻燃大豆蛋白纖維的極限氧指數(shù)和剩炭率數(shù)據(jù)。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，未經(jīng)阻燃處理的大豆蛋白纖維的極限氧指數(shù)和剩炭率分別為20.5％和7-3％；經(jīng)TBPA阻燃處理后，極限氧指數(shù)和剩炭率分別提高到27.0％和l2.2％；經(jīng)阻燃體系TBPA加有機(jī)二酸處理后，極限氧指數(shù)進(jìn)一步提高到29％～30％，剩炭率進(jìn)一步提高到16.4％~25.0％，這表明TBPA+有機(jī)二酸阻燃體系有效改進(jìn)了大豆蛋白纖維的阻燃

6、性能。3．2熱分析圖l和圖2分別是未經(jīng)阻燃處理的大豆蛋白纖維的熱分析曲線和經(jīng)TBPA+草酸阻燃處理的大豆蛋白纖維的熱分析曲線。通過比較圖l和圖2可以看出，阻燃大豆蛋白纖維的DTA曲線較為平緩，尤其是470~2左右的放熱峰變化最為明顯，由—個尖銳的高峰變成較寬的矮峰。這說明阻燃大豆蛋白纖維在該階段放熱速率降低。這可能是由于TBPA分解生成的I-1Br能捕獲大豆蛋白纖維熱分解過程中產(chǎn)生的H·、O.以及HO·等高活性自由基，生成活性較低的溴自由基，致使反應(yīng)速率減緩【q。從兩者的TG曲線可以看出，阻燃大豆

7、蛋白纖維在熱解過程中熱失重減小，剩炭量增加，熱降解起始溫度降低。表l列出了樣品I一Ⅸ的熱降解起始溫度(11)OT)。這些數(shù)據(jù)表明：與未經(jīng)阻燃處理的大豆蛋白纖維相比，阻燃大豆蛋白纖維會在較低的溫度開始熱降解，即阻燃劑促使纖維在燃前分解，從而改善了纖維的阻燃性能。3.3掃描電子顯微鏡圖3和圖4分別是未經(jīng)阻燃處理的大豆蛋白纖維和經(jīng)TBPA+已二酸阻燃處理的大豆蛋白纖維經(jīng)剩炭試驗(yàn)后的掃描電子顯微鏡照片。通過比較圖3和圖4可以看出，阻燃大豆蛋白纖維所生成的剩炭較為膨脹。這可能是由于阻燃劑能催化裂解大豆蛋白纖

8、維的骨架形成為炭層，該炭層能夠抑制纖維熱分解時(shí)產(chǎn)生的氣體逸出；而且阻燃劑的存在減緩了大豆蛋白纖維熱解過程中的放熱速率，隨著氣體產(chǎn)物的慢慢增加，該炭層逐漸形成為膨脹的炭層。膨脹的炭層本身很難燃燒，而且成為格力外界和纖維內(nèi)部的一道屏障，阻擋熱量和氧氣從外界進(jìn)入到纖維內(nèi)部，因此有效改進(jìn)了纖維的阻燃性能。反應(yīng)式如下：此外，密度較大的HBr氣體還能稀釋空氣中的氧氣，并覆蓋于纖維表面，致使燃燒速度降低或者自熄。(2)阻燃劑催化固相炭化，形成膨脹的炭層，抑制了來自氣相反應(yīng)區(qū)的傳熱和氧氣的流通，從