聚酯纤维织物(PET织物)因其优异的机械性能和耐磨性而在医疗、卫生、过滤和分离领域大范围的应用。然而,PET织物固有的易燃性和亲水性,可能会引起火灾隐患和污垢污染,严重限制其应用。通常利用涂层法来对织物进行表面改性,尽管能取得显著的效果,但复杂的多步喷涂工艺会导致工业成本增加,且阻燃剂含量过高会影响织物本身的特性,如柔韧性等。此外,现有超疏水阻燃表面的耐久性较差,难以应对实际应用的挑战。因此,有必要开发一种新的耐用、高效的方法来制备超疏水阻燃织物材料。
中国民航飞行学院何强教授团队在上述背景下展开了一系列研究,提出了一种基于氟化PDMS、硅橡胶燃烧产物(SiO2)和聚磷酸铵(APP)的超疏水、阻燃复合涂层。此项工作创新性地使用复合聚合物改善涂层的阻燃性能。首先通过氟硅烷(1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷)对PDMS进行氟化改性以在PDMS表面增加C-F键增强其疏水性和热稳定性。随后使用硅橡胶的燃烧产物作为涂层陶瓷填料,并与氟化PDMS和聚磷酸铵混合并喷涂沉积在PET织物上,制备出具备优秀能力耐久性的超疏水阻燃涂层织物(F-ASP涂层织物)。归因于氟化PDMS粘结作用和微/纳米分级突起的形成,F-ASP涂层织物不仅表现出优异的超疏水性(接触角为155.61±1.42°),而且还具备优秀能力的自洁性能和机械耐久性,可以在磨损10次、洗涤搅拌60min或者循环弯曲300次后,保持润湿性基本不变。此外,由于APP和SiO2对碳形成的催化作用以及氟化PDMS的耐热性,F-ASP涂层织物可以在垂直燃烧时阻止火焰蔓延,并在12s内实现自熄。该涂层具有制备工艺简单、成本低、效果好的优点,在多功能防污阻燃织物的规模化生产和应用中显示出广阔的前景。
图3 (a)原始PET织物、ASP涂层织物和F-ASP涂层织物的接触角照片;(b)原始PET织物和F-ASP涂层织物上酸(PH=4.2)、盐(NaCl)和碱(PH=11.3)的照片;F-ASP涂层织物在磨损循环(c)、洗涤循环(d)和弯曲循环(e)后接触角和滑动角变化;(f)F-ASP涂层织物的自清洁过程
图4 (a-c)原始PET织物、ASP涂层织物和F-ASP涂层织物的润湿机理示意图;(d)F-ASP涂层织物的结构示意图;(e-f) F-ASP 涂层织物不同倍数下的SEM图片
图5 原始PET织物、ASP涂层织物和F-ASP涂层织物的垂直燃烧实验照片
图6 垂直燃烧实验后原始PET织物(a, d)、ASP涂层织物(b, e)和F-ASP涂层织物(c, f)残留物的SEM图像;(g)F-ASP涂层织物燃烧残渣表面的EDS元素图;原PET织物、ASP涂层织物和F-ASP涂层织物的热性能(h)和热重曲线(I);(k)F-ASP涂层织物的阻燃机理示意图
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图4 (a-c)原始PET织物、ASP涂层织物和F-ASP涂层织物的润湿机理示意图;(d)F-ASP涂层织物的结构示意图;(e-f) F-ASP 涂层织物不同倍数下的SEM图片
图5 原始PET织物、ASP涂层织物和F-ASP涂层织物的垂直燃烧实验照片
图6 垂直燃烧实验后原始PET织物(a, d)、ASP涂层织物(b, e)和F-ASP涂层织物(c, f)残留物的SEM图像;(g)F-ASP涂层织物燃烧残渣表面的EDS元素图;原PET织物、ASP涂层织物和F-ASP涂层织物的热性能(h)和热重曲线(I);(k)F-ASP涂层织物的阻燃机理示意图
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