本發(fā)明涉及的是紡織用品技術領域，具體涉及一種基于硅-磷-氮協(xié)同體系的阻燃聚丙烯腈織物的制備方法。
背景技術：
聚丙烯腈纖維由于其高燃燒以及在空氣中較快的燃燒速度，屬于與火災緊密聯(lián)系的易燃品，其極限氧指數(shù)僅為17%，屬易燃纖維。隨著聚丙烯腈纖維在紡織行業(yè)的廣泛應用，對聚丙烯腈纖維及其織物的阻燃性也提出了更高的要求。因此，對聚丙烯腈織物的阻燃涂層方法應運而生。
溶膠-凝膠法作為一種重要的涂層方式，一直都備受關注，它是以無機物或金屬醇鹽作前驅(qū)體，通過水解反應，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，再經(jīng)縮聚反應，使溶膠凝膠化形成三維空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。利用該方法對聚丙烯腈織物進行阻燃涂層便成為一種使織物獲得阻燃成效的有效手段。
植酸作為一種無毒、環(huán)保、與生物相容且易獲得的有機多聚磷酸，已被廣泛應用于食品、紡織、高分子等行業(yè)領域。同時，植酸作為一種肌醇六磷酸，具有6個帶負電的磷酸根基團，能夠與尿素發(fā)生反應，從而將磷與氮元素有效配合，而磷元素與氮元素作為兩種重要的阻燃元素，可以與硅發(fā)生協(xié)同作用，從而發(fā)生分子內(nèi)的硅-磷-氮復配效應，進而對聚丙烯腈織物產(chǎn)生較好的阻燃作用。
然而如何形成硅-磷-氮的阻燃協(xié)同體系，并與聚丙烯腈織物能有效配合，以解決聚丙烯腈纖維及織物熱穩(wěn)定性差、易于燃燒的缺陷，并獲得阻燃性能好的聚丙烯腈織物成為本領域亟待解決的問題。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種基于硅-磷-氮協(xié)同體系的阻燃聚丙烯腈織物的制備方法，簡單易行，成本低廉，集硅、磷、氮為一體，阻燃效率高、熱穩(wěn)定性好，能有效提高聚丙烯腈織物的阻燃性能，易于推廣使用。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術方案來實現(xiàn)：一種基于硅-磷-氮協(xié)同體系的阻燃聚丙烯腈織物的制備方法，其制備步驟為：
(1)溶膠-凝膠過程：將硅烷、無水乙醇及去離子水依次加入燒杯中，加入1～2.5mlhcl調(diào)節(jié)溶液的ph，室溫下水解4h，得到澄清溶液；
(2)將3.6～8.4g尿素加入植酸溶液中，70～90℃充分反應1～2h得到澄清溶液，冷卻后將其加入步驟(1)所得溶液中，繼續(xù)攪拌0.5～1h；
(3)將聚丙烯腈織物浸漬于步驟(2)的混合溶液中攪拌0.5～1h，使其與溶液得到充分的接觸；
(4)將上述聚丙烯腈織物在60℃烘干，然后于160℃焙烘2～5min，即得所述阻燃聚丙烯腈織物。
作為優(yōu)選，所述的步驟(1)中的硅烷、無水乙醇、去離子水的摩爾比為1：2：4，硅烷為四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)、γ-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(kh560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(kh570)中的一種或兩種混合物，無水乙醇為溶劑，鹽酸為催化劑；鹽酸的物質(zhì)量濃度為0.01mol/l。
作為優(yōu)選，所述的步驟(2)中植酸溶液質(zhì)量分數(shù)為70%～90%，植酸與尿素的摩爾比為1：6～1：10。
作為優(yōu)選，所述的步驟(2)、步驟(3)中的攪拌均在常溫下進行。
本發(fā)明的有益效果：(1)采用溶膠-凝膠技術制備硅溶膠，該方法操作簡單、靈活且成本較低，以硅烷作為前驅(qū)體，通過水解縮聚反應形成含硅的三維空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。
(2)本發(fā)明的制備方法，設定了各種原料的特定濃度，直接簡單的浸泡即可實現(xiàn)與聚丙烯腈織物的充分包覆、結(jié)合，并且獲得的最終的織物表面涂層較厚，粘合均勻，不易脫離，能夠?qū)崿F(xiàn)對內(nèi)部聚丙烯腈織物的有效保護，從而使織物獲得理想的阻燃效果。
(3)采用含磷極其豐富的植酸作為磷源，并引入尿素作為氮源，通過調(diào)整植酸與尿素之間的摩爾比例，使磷-氮產(chǎn)生有效的協(xié)同效應，最終將此通過共價鍵等與溶膠-凝膠形成的三維空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)有效包覆、粘合，從而在聚丙烯腈織物表面引入硅、磷及氮元素，三者之間的協(xié)同作用能夠有效提高聚丙烯腈織物的阻燃性能，使織物呈現(xiàn)出很好的熱穩(wěn)定性。
具體實施方式
為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。
本具體實施方式采用以下技術方案：一種基于硅-磷-氮協(xié)同體系的阻燃聚丙烯腈織物的制備方法，其制備步驟為：
(1)溶膠-凝膠過程：將硅烷、無水乙醇及去離子水依次加入燒杯中，加入1～2.5mlhcl調(diào)節(jié)溶液的ph，室溫下水解4h，得到澄清溶液；
(2)將3.6～8.4g尿素加入植酸溶液中，70～90℃充分反應1～2h得到澄清溶液，冷卻后將其加入步驟(1)所得溶液中，繼續(xù)攪拌0.5～1h；
(3)將聚丙烯腈織物浸漬于步驟(2)的混合溶液中攪拌0.5～1h，使其與溶液得到充分的接觸；
(4)將上述聚丙烯腈織物在60℃烘干，然后于160℃焙烘2～5min，即得所述阻燃聚丙烯腈織物。
值得注意的是，所述的步驟(1)中的鹽酸為催化劑；硅烷、無水乙醇、去離子水的摩爾比為1：2：4，硅烷為四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)、γ-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(kh560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(kh570)中的一種或兩種混合物，無水乙醇為溶劑，鹽酸的物質(zhì)量濃度為0.01mol/l。
所述的步驟(2)中植酸溶液質(zhì)量分數(shù)為70%～90%，植酸與尿素的摩爾比為1：6～1：10。
所述的步驟(2)、步驟(3)中的攪拌均在常溫下進行。
本具體實施方式先采用溶膠-凝膠技術制備硅溶膠，而后使植酸和尿素發(fā)生充分反應，并將反應后溶液加入已經(jīng)制備好的硅溶膠中，讓聚丙烯腈織物與其發(fā)生充分的接觸反應，從而達到阻燃的效果；利用簡單易操作的溶膠-凝膠技術形成三維空間含硅網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，將無毒環(huán)保、可生物降解的植酸作為磷源，同時引入尿素作為氮源，使其三者形成阻燃協(xié)同體系，顯著提高了聚丙烯腈織物的阻燃和熱穩(wěn)定性能，該制備方法簡單易行，成本低廉，且集硅、磷、氮為一體，阻燃效率高，具有廣闊的市場應用前景。
實施例1：一種基于硅-磷-氮協(xié)同體系的阻燃聚丙烯腈織物的制備方法，其制備步驟為：
(1)將6.72ml四乙氧基硅烷、3.5ml無水乙醇及2.16ml去離子水依次加入燒杯中，加入1mlhcl調(diào)節(jié)溶液的ph，室溫下水解4h，得到澄清溶液；
(2)將3.6g尿素加入9.43g植酸溶液中，70～90℃充分反應1～2h得到澄清溶液，冷卻后將其加入步驟(1)所得溶液中，繼續(xù)攪拌0.5～1h；
(3)將聚丙烯腈織物浸漬于步驟(2)的混合溶液中攪拌0.5～1h，使其與溶液得到充分的接觸；
(4)將上述聚丙烯腈織物在60℃烘干，然后于160℃焙烘2min，即得阻燃聚丙烯腈織物。
實施例2：一種基于硅-磷-氮協(xié)同體系的阻燃聚丙烯腈織物的制備方法，其制備步驟為：
(1)將6.72ml四甲氧基硅烷、3.5ml無水乙醇及2.16ml去離子水依次加入燒杯中，加入1.5mlhcl調(diào)節(jié)溶液的ph，室溫下水解4h，得到澄清溶液；
(2)將6g尿素加入9.43g植酸溶液中，70～90℃充分反應1～2h得到澄清溶液，冷卻后將其加入步驟(1)所得溶液中，繼續(xù)攪拌0.5～1h；
(3)將聚丙烯腈織物浸漬于步驟(2)的混合溶液中攪拌0.5～1h，使其與溶液得到充分的接觸；
(4)將上述聚丙烯腈織物在60℃烘干，然后于160℃焙烘3min，即得阻燃聚丙烯腈織物。
實施例3：一種基于硅-磷-氮協(xié)同體系的阻燃聚丙烯腈織物的制備方法，其制備步驟為：
(1)將6.72mlkh550、3.5ml無水乙醇及2.16ml去離子水依次加入燒杯中，加入2mlhcl調(diào)節(jié)溶液的ph，室溫下水解4h，得到澄清溶液；
(2)將7.2g尿素加入9.43g植酸溶液中，70～90℃充分反應1～2h得到澄清溶液，冷卻后將其加入步驟(1)所得溶液中，繼續(xù)攪拌0.5～1h；
(3)將聚丙烯腈織物浸漬于步驟(2)的混合溶液中攪拌0.5-1h，使其與溶液得到充分的接觸；
(4)將上述聚丙烯腈織物在60℃烘干，然后于160℃焙烘4min，即得所述阻燃聚丙烯腈織物。
實施例4：一種基于硅-磷-氮協(xié)同體系的阻燃聚丙烯腈織物的制備方法，其制備步驟為：
(1)將4.72ml四乙氧基硅烷、2ml四甲氧基硅烷、3.5ml無水乙醇及2.16ml去離子水依次加入燒杯中，加入2.5mlhcl調(diào)節(jié)溶液的ph，室溫下水解4h，得到澄清溶液；
(2)將8.4g尿素加入9.43g植酸溶液中，70～90℃充分反應1～2h得到澄清溶液，冷卻后將其加入步驟(1)所得溶液中，繼續(xù)攪拌0.5～1h；
(3)將聚丙烯腈織物浸漬于步驟(2)的混合溶液中攪拌0.5～1h，使其與溶液得到充分的接觸；
(4)將上述聚丙烯腈織物在60℃烘干，然后于160℃焙烘5min，即得所述阻燃聚丙烯腈織物。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。