谷金峻, 魏春艷, 郭紫陽(yáng), 呂麗華, 白 晉, 趙航慧妍

(大連工業(yè)大學(xué) 紡織與材料工程學(xué)院, 遼寧 大連 116034)

微晶纖維素是由天然纖維素經(jīng)酸水解至極限聚合度而成,由其制備的纖維具有染色性好、吸濕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但微晶纖維素纖維較差的阻燃性能限制了其應(yīng)用范圍。我國(guó)用于微晶纖維素的阻燃劑大多以三聚氰胺磷酸酯、聚磷酸銨、納米二氧化硅為原料,復(fù)配阻燃后制備的微晶纖維素的極限氧指數(shù)(LOI)由18.01%提升至33.5%[1];還有以磷酸三苯酯/微晶纖維素復(fù)配阻燃體系對(duì)共聚物合金(PC/ABS)進(jìn)行阻燃,使其極限氧指數(shù)達(dá)到29.0%[2]。國(guó)外對(duì)于微晶纖維素的阻燃研究有以鋁酸鹽偶聯(lián)劑對(duì)微晶纖維素進(jìn)行改性,將改性后的產(chǎn)物與多磷酸銨結(jié)合,并引入到環(huán)氧樹(shù)脂中得到阻燃復(fù)合材料,其LOI值最大達(dá)到29.0%,且熱釋放速率降低[3];還有以植酸為改性劑對(duì)微晶纖維素進(jìn)行接枝處理,可提高微晶纖維素的熱穩(wěn)定性,并在熱分解時(shí)表現(xiàn)出了高成炭性和低放熱性[4]。

氧化石墨烯(GO)特殊的二維晶體碳原子結(jié)構(gòu)可提高燃燒后的殘?zhí)柯屎蜔岱€(wěn)定性,其具有豐富的含氧基團(tuán),可與阻燃劑9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO)發(fā)生接枝反應(yīng),形成效果更為優(yōu)良的阻燃劑,來(lái)提高纖維的阻燃性能。為此,本文通過(guò)DOPO對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行改性,并以氯化-1-丁基-3-甲基咪唑和二甲亞砜為溶解體系,制備棉稈皮微晶纖維素/改性氧化石墨烯阻燃纖維,然后對(duì)阻燃纖維的阻燃性能、熱學(xué)性能以及力學(xué)性能進(jìn)行分析,以提升棉稈皮微晶纖維素纖維的實(shí)用價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

材料:微晶纖維素(MCC,粒徑≤6.58 μm),課題組自制;氧化石墨烯(GO),蘇州碳豐石墨烯科技有限公司;氯化-1-丁基-3-甲基咪唑,上海成捷化學(xué)有限公司;9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亞砜(DMSO),天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

儀器:濕法紡絲機(jī),實(shí)驗(yàn)室自制;JSM-6460LV掃描電子顯微鏡(配有英國(guó)牛津儀器公司X-Max50能譜儀),日本電子株式會(huì)社;Spectrum One-B傅里葉變換紅外光譜儀,美國(guó)鉑金埃爾默有限公司;DelsaTMNano-C型納米粒徑/Zeta電位分布分析儀,美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特公司;Linseis STA高級(jí)綜合熱分析系統(tǒng),德國(guó)林賽斯有限公司;InVia Basis型拉曼光譜儀,英國(guó)雷尼紹有限公司;LFY-606B數(shù)顯氧指數(shù)分析儀,山東紡織研究院有限公司;LLY-06E電子單纖維強(qiáng)力儀,萊州市電子儀器有限公司;6100型X射線衍射儀,日本島津有限公司;CX31RTSF電子顯微成像儀,日本奧林巴斯公司。

1.2 試樣制備

1.2.1 改性GO制備

將6 g DOPO加入到50 mL DMF中,于60 ℃下攪拌10 min使DOPO充分溶解備用;將1 g 氧化石墨烯置于DMF溶液中超聲波分散25 min,使GO的片層分開(kāi)并均勻分散在DMF中;然后將分散后的GO加入到上述溶解后的DOPO中,在氮?dú)夥諊聰嚢璺磻?yīng)7.5 h(使用溫度計(jì)確保在氮?dú)夥諊械姆磻?yīng)溫度為60 ℃)。將反應(yīng)后的液體進(jìn)行減壓抽濾得到黑色粉末,然后用DMF反復(fù)洗滌3次,去除未參與反應(yīng)的DOPO[5],最后置于-60 ℃的真空烘箱中干燥10 h,得到改性阻燃劑DOPO-GO。

1.2.2 阻燃纖維制備

為使阻燃劑GO或DOPO-GO在MCC紡絲液中分散的更均勻,首先將GO或DOPO-GO加入到DMSO溶液中,超聲波分散至少10 min以備用。

取適當(dāng)?shù)碾x子液體加入三口燒瓶中,于90 ℃溶解至液體狀態(tài);然后降溫至80 ℃,加入定量MCC至完全溶解,最后加入超聲波分散的GO或DOPO-GO(GO或DOPO-GO均按MCC質(zhì)量的0%、1%、3%、5%、7%和9%添加),溶解2 h得到MCC、MCC/GO或MCC/DOPO-GO紡絲液。

將紡絲液轉(zhuǎn)移到一次性針管中,以水為凝固浴,采用自制濕法紡絲機(jī),在一定的牽引力下,紡制出MCC纖維、MCC/GO或MCC/DOPO-GO復(fù)合纖維的初生絲。將初生絲在凝固浴中單根牽伸抽出,夾持到實(shí)驗(yàn)室自制的單纖維鋏上,置于溫度為20 ℃、相對(duì)濕度為60%的恒溫恒濕環(huán)境下自然風(fēng)干,得到MCC/GO或MCC/DOPO-GO復(fù)合纖維[5-6]。

1.3 測(cè)試與表征

1.3.1 化學(xué)結(jié)構(gòu)測(cè)試

將GO和DOPO-GO研磨并烘干,按照樣品與KBr混合壓片。采用紅外光譜儀對(duì)GO與DOPO-GO進(jìn)行掃描分析其紅外特征峰,確認(rèn)改性是否成功。掃描范圍為4 000～500 cm-1。

1.3.2 結(jié)晶結(jié)構(gòu)測(cè)試

將GO和DOPO-GO充分研磨,過(guò)標(biāo)準(zhǔn)篩。在工作電壓為35 kV,電流為30 mA,波長(zhǎng)λ為0.154 160 nm,掃描速率為5(°)/min的實(shí)驗(yàn)條件下,采用銅靶(衍射級(jí)數(shù)n=1),利用X射線衍射儀測(cè)定DOPO-GO與GO的結(jié)晶峰,并利用布拉格方程計(jì)算晶面間距。

1.3.3 形貌觀察

采用掃描電子顯微鏡觀察GO與DOPO-GO粉末,以及MCC、MCC/GO和MCC/DOPO-GO纖維表面的微觀形貌差異,并觀察纖維燃燒后形成的殘?zhí)康男蚊?測(cè)試前將樣品進(jìn)行噴金處理。

1.3.4 元素分析

對(duì)GO和DOPO-GO進(jìn)行噴金處理,采用掃描電子顯微鏡配備的能譜儀測(cè)定其表面元素含量的變化。

將MCC/DOPO-GO纖維放于充滿(mǎn)液氮的培養(yǎng)皿中脆斷,并對(duì)MCC/DOPO-GO纖維的截面進(jìn)行噴金處理,采用能譜儀測(cè)定MCC/DOPO-GO纖維中元素的分布。

1.3.5 Zeta粒徑測(cè)試

將GO與DOPO-GO分別在水中超聲波分散25 min(分散頻率為3 Hz),然后分別稀釋成固液比為0.1 g/L的分散液,使用納米粒徑/Zeta電位分布分析儀測(cè)試分析GO和DOPO-GO的粒徑。

1.3.6 分散性測(cè)試

使用膠頭滴管將紡絲液MCC、MCC/GO和MCC/DOPO-GO滴到載玻片上,蓋上蓋玻片,使用電子顯微成像儀測(cè)試分析GO和DOPO-GO在MCC紡絲液中的分散情況。

1.3.7 燃燒性能測(cè)試

按照GB/T 5454—1997《紡織品 燃燒性能試驗(yàn)氧指數(shù)法》,在數(shù)顯氧指數(shù)測(cè)定儀上測(cè)定MCC、MCC/GO和MCC/DOPO-GO纖維的極限氧指數(shù)(LOI值)。

1.3.8 熱學(xué)性能測(cè)試

稱(chēng)取10～20 mg樣品,在氮?dú)夥諊?流速為30 mL/min),采用高級(jí)熱分析系統(tǒng)測(cè)定MCC、MCC/GO、MCC/DOPO-GO纖維的TG、DTG和DSC曲線,升溫速率為20 ℃/min,由常溫升至600 ℃。

1.3.9 力學(xué)性能測(cè)試

首先采用測(cè)長(zhǎng)稱(chēng)重法計(jì)算MCC、MCC/GO和MCC/DOPO-GO纖維的線密度,然后使用電子單纖維強(qiáng)力測(cè)試儀,在隔距為10 mm,速度為10 mm/min 的條件下,對(duì)MCC、MCC/GO和MCC/DOPO-GO纖維的斷裂強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試,每組試樣測(cè)試20次,取平均值。

1.3.10 石墨化程度測(cè)試

使用研缽將燃燒后的纖維殘?zhí)垦心コ煞勰?然后壓在載玻片上,采用拉曼光譜儀測(cè)試?yán)w維殘?zhí)康睦庾V曲線,并通過(guò)擬合計(jì)算殘?zhí)康腎D/IG(D峰與G峰面積的比值),分析纖維燃燒后殘?zhí)康氖潭取?/p>

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃劑的結(jié)構(gòu)和性能分析

2.1.1 化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

圖1為GO和DOPO-GO的紅外光譜圖。

圖1 GO和DOPO-GO的紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectra of GO and DOPO-GO

圖2 DOPO-GO的反應(yīng)機(jī)制Fig.2 Reaction mechanism of DOPO-GO

2.1.2 結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析

圖3為GO和DOPO-GO的X射線衍射圖。由圖可知,GO在11.38°處為(001)晶面衍射峰,DOPO-GO在9.36°處為(001)晶面衍射峰。在GO片層表面接枝了DOPO后,其晶面衍射峰較GO向左偏移2.02°。按布拉格方程計(jì)算得出:GO的晶面間距為0.777 nm,DOPO-GO的晶面間距為0.945 nm,與GO相比增加了0.168 nm。說(shuō)明DOPO的引入增大了GO的片層間距,使得接枝后GO的規(guī)整性被破壞,無(wú)序性增強(qiáng),有利于減少GO的團(tuán)聚,提高改性后GO在液體中的分散性[8]。

圖3 GO和DOPO-GO的X射線衍射圖Fig.3 X-ray diffraction patterns of GO and DOPO-GO

2.1.3 元素含量分析

圖4示出GO和DOPO-GO的表面元素分布圖,相應(yīng)的元素質(zhì)量百分比列于表1?？芍?GO上有明顯的C、O特征峰,其中C的質(zhì)量百分比為60.8%,O的質(zhì)量百分比為39.2%;DOPO-GO上出現(xiàn)P元素,其質(zhì)量百分比為1.1%,C元素的質(zhì)量百分比為61.0%,O元素的質(zhì)量百分比為37.9%,可以間接說(shuō)明DOPO成功接枝到了GO上。

表1 GO和DOPO-GO的元素分布質(zhì)量百分比Tab.1 Distribution percentage of elements by mass of GO and DOPO-GO

圖4 GO和DOPO-GO的表面元素分布圖Fig.4 Distribution of surface elements for GO and DOPO-GO

2.1.4 形貌分析

圖5為GO與DOPO-GO的掃描電鏡照片。由圖5(a)可以看出,GO的片層完整,表面光滑。由

圖5 GO與DOPO-GO掃描電鏡照片(×10 000)Fig.5 SEM images of GO and DOPO-GO (×10 000)

圖5(b)可以明顯看出,改性后的氧化石墨烯片層發(fā)生了斷裂,表面上出現(xiàn)了褶皺。

2.1.5 粒徑分析

圖6為GO和DOPO-GO的粒徑分布圖?？芍?GO的平均粒徑為10 299.3 nm,其中90%的GO粒徑分布在10 693.5 nm;而改性后的DOPO-GO的平均粒徑為512.0 nm,其中90%的DOPO-GO的粒徑分布在569.1 nm。由此可知,DOPO-GO的粒徑降低極其明顯,粒徑減小可改善DOPO-GO與MCC共混團(tuán)聚的問(wèn)題,使其均勻分布在MCC紡絲液中,從而提高纖維的力學(xué)性能。

圖6 GO與DOPO-GO的粒徑分布圖Fig.6 Particle size distribution of GO and DOPO-GO

2.2 紡絲液的形貌分析

圖7為MCC、MCC/GO和MCC/DOPO-GO分散在紡絲液中的電子顯微成像圖。由圖7(a)可以看出,MCC可完全溶解在離子液體中。由圖7(b)可以看出,GO不溶于離子液體,而是懸浮分散在離子液體中,且大量GO團(tuán)聚。由圖7(c)可以看出,因DOPO-GO較GO粒徑變小,且改性后增大了GO各片層之間的間距,因此,DOPO-GO較GO分布更為均勻,團(tuán)聚現(xiàn)象明顯減少。

圖7 MCC、MCC/GO和DOPO-GO分散在紡絲液中的電子顯微成像圖Fig.7 Electron microscopy images of MCC,MCC/GO and MCC/DOPO-GO dispersed in spinning solution. (a) MCC dissolved in ionic liquid; (b) Distribution of MCC/GO in spinning solution; (c) Distribution of MCC/DOPO-GO in spinning solution

2.3 纖維的結(jié)構(gòu)和性能分析

2.3.1 纖維的表面形貌分析

圖8為MCC、MCC/GO和MCC/DOPO-GO纖維表面形態(tài)SEM照片。由圖8(a)可知,MCC纖維表面的溝壑和褶皺較多,這是由于紡出的纖維是在恒溫恒濕條件下自然風(fēng)干的,因纖維內(nèi)部凝固浴溶液蒸發(fā)速率不同,導(dǎo)致纖維表面出現(xiàn)多褶皺的現(xiàn)象。由圖8(b)、(c)可知,相較于MCC纖維,MCC/GO纖維和MCC/DOPO-GO纖維表面的褶皺減少、變淺,取向性更好,收縮更為均勻,這是由于添加GO和DOPO-GO后,纖維結(jié)晶區(qū)增多,使得纖維結(jié)構(gòu)更加完善。MCC/DOPO-GO纖維表面形貌優(yōu)于MCC/GO纖維是由于DOPO-GO粒徑小,在紡絲液中較GO分布更均勻,使纖維表面褶皺更少。

圖8 不同阻燃劑制備的棉稈皮阻燃纖維表面形態(tài)SEM照片(×500)Fig.8 SEM images of surface morphologies of cotton stalk bast flame retardant fibers with different flame retardants(×500)

2.3.2 纖維截面元素分析

圖9為MCC/DOPO-GO纖維截面的元素分布圖。由圖9(a)分析可知,MCC/DOPO-GO纖維中含有C、O、P 3種元素。由圖9(b)分析可知,P元素較均勻地分布在MCC/DOPO-GO纖維截面中,P元素是阻燃劑DOPO-GO中特有的元素。由此可以推斷出,DOPO-GO阻燃劑較均勻地分布在MCC纖維中,使纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加完善。

圖9 MCC/DOP-GO纖維截面元素分析圖Fig.9 EDS analysis images of MCC/DOPO-GO fiber′s cross section. (a) Element distribution map; (b) Distribution map of phosphorus element

2.3.3 纖維力學(xué)性能分析

圖10示出不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)GO和DOPO-GO對(duì)纖維力學(xué)性能的影響?？芍?MCC紡絲液中添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的GO和DOPO-GO后,纖維的斷裂強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。GO和DOPO-GO的添加量為MCC質(zhì)量的7%時(shí),其對(duì)應(yīng)纖維的斷裂強(qiáng)度均達(dá)到最大值,此時(shí)MCC/GO、MCC/DOPO-GO纖維的最大斷裂強(qiáng)度為1.0和2.2 cN/dtex,分別較MCC纖維斷裂強(qiáng)度的0.4 cN/dtex提高了150%和450%。這是由于DOPO對(duì)氧化石墨烯改性后,增大了GO片層間距,且DOPO-GO的粒徑變得特別小,提高了其在MCC中的分散性均勻性;同時(shí),加入阻燃劑后,使紡制出的阻燃纖維取向度和結(jié)晶度有所提高,纖維內(nèi)部分子排列更規(guī)整,拉伸纖維時(shí)承受的有效分力更多,提高了阻燃纖維的力學(xué)性能。然而在加入過(guò)多阻燃劑后,纖維內(nèi)部的阻燃劑會(huì)發(fā)生團(tuán)聚,使得纖維的弱節(jié)增多,因此,阻燃劑的添加比例超過(guò)7%后,纖維的斷裂強(qiáng)度大幅度下降。后續(xù)實(shí)驗(yàn)中,均以GO或DOPO-GO占MCC質(zhì)量的7%制備阻燃纖維進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

圖10 阻燃劑添加量對(duì)纖維力學(xué)性能的影響Fig.10 Influence of dosage of flame retardant on fiber′s mechanical properties

2.3.4 纖維熱學(xué)性能分析

圖11為MCC、MCC/GO、MCC/DOPO-GO纖維的TG、DTG和DSC分析圖。由圖11(a)、(b)可知,MCC纖維的初始分解溫度為219.3 ℃,纖維達(dá)到最大分解速率時(shí)的溫度為291.2 ℃;MCC纖維的最大質(zhì)量損失速率為1.6%/℃,質(zhì)量保留率為32.7%。MCC/GO纖維的初始分解溫度和達(dá)到最大分解速率時(shí)溫度分別為214.9和295.9 ℃;MCC/GO纖維的最大質(zhì)量損失速率為1.1%/℃,質(zhì)量保留率為29.4%。MCC/DOPO-GO纖維的初始分解溫度和達(dá)到最大分解速率時(shí)的溫度分別為220.3和257.1 ℃,最大質(zhì)量損失速率為0.9%/℃,質(zhì)量保留率為35.5%。MCC/DOPO-GO纖維較MCC/GO纖維達(dá)到最大分解速率時(shí)的溫度降低了34.1 ℃,此時(shí)隨著溫度的升高,DOPO-GO上的DOPO發(fā)生提前分解生成的磷酸類(lèi)物質(zhì),在MCC纖維未達(dá)到初始熱分解溫度時(shí),先一步與MCC纖維反應(yīng),使其炭化。同時(shí)MCC/DOPO-GO纖維所形成的殘?zhí)磕苡行Ы档屠w維的燃燒損失速率,使纖維熱學(xué)性能提高[8-9]。由圖11(c)可知,MCC、MCC/GO、MCC/DOPO-GO纖維的熱焓值分別為221.8、1 138、1 502 J/g,MCC/GO、MCC/DOPO-GO纖維的熱焓值較MCC纖維分別提高了916.2和1 280.2 J/g。這說(shuō)明添加GO和DOPO-GO均可有效提高纖維的熱穩(wěn)定性,間接說(shuō)明了GO和DOPO-GO可以提高纖維的阻燃性能。

2.3.5 纖維殘?zhí)啃蚊卜治?/p>

圖12為MCC、MCC/GO、MCC/DOPO-GO纖維燃燒后的殘?zhí)縎EM照片。由圖12(a)可看出,MCC纖維燃燒后的殘?zhí)繉悠屏?疏松且存在孔洞,無(wú)法很好地隔絕可燃物與氧氣接觸。由圖12(b)可知,MCC/GO纖維在燃燒后生成的炭層相對(duì)連續(xù)且略有裂紋,可在燃燒時(shí)隔絕纖維與氧氣接觸,隔絕熱量保護(hù)內(nèi)部纖維不燃燒。由12(c)可知,MCC/DOPO-GO纖維的炭層連續(xù)且完整,但存在少量的氣孔,這些氣孔存在的原因是DOPO以氣相阻燃會(huì)在空氣溢出時(shí)產(chǎn)生氣孔。這些氣孔有利于P·、PO2·和PO3·自由基進(jìn)入燃燒區(qū)域,從而猝滅火焰,達(dá)到更好的阻燃效果。

圖12 MCC、MCC/GO、MCC/DOPO-GO纖維殘?zhí)康腟EM照片F(xiàn)ig.12 SEM images of carbon residues of MCC fibers、MCC/GO fibers、MCC/DOPO-GO fibers

2.3.6 纖維殘?zhí)坷庾V分析

圖13為3種不同阻燃纖維燃燒后殘?zhí)康睦庾V圖。經(jīng)計(jì)算得到,MCC、MCC/GO、MCC/DOPO-GO纖維燃燒后殘?zhí)康腎D/IG分別為2.75、2.64、1.81,即ID/IG(MCC)>ID/IG(MCC/GO)>ID/IG(MCC/DOPO-GO)。MCC/GO和MCC/DOPO-GO纖維燃燒后殘?zhí)康腎D/IG較MCC纖維ID/IG分別下降了4.0%和34.2%,即DOPO-GO阻燃劑可以形成更為致密的炭層。ID/IG值越小形成的殘?zhí)渴潭仍礁?石墨化程度的提升可以有效阻止高溫的燒蝕,更加提高纖維的阻燃性能。

圖13 MCC、MCC/GO和MCC/DOPO-GO纖維殘?zhí)康睦庾V分析圖Fig.13 Raman spectroscopic analysis of carbon residues of MCC fibers, MCC/GO fibers and MCC/DOPO-GO fibers

2.3.7 纖維阻燃性能分析

圖14示出GO或DOPO-GO阻燃劑添加量對(duì)阻燃性能的影響?？芍?MCC纖維的LOI值為16.4%。隨著阻燃劑的添加量的增加,纖維的阻燃性能呈現(xiàn)先急劇增大后緩慢增加的趨勢(shì),添加7%及以上的GO后纖維的LOI值基本穩(wěn)定在24.8%。這是因?yàn)殡S著燃燒溫度的升高,GO表面的含氧官能團(tuán)會(huì)分解產(chǎn)生二氧化碳和水,且GO中碳原子的含量高,是良好的成炭劑,燃燒時(shí)會(huì)促使MCC纖維表面形成炭層,實(shí)現(xiàn)阻燃功能。添加7%的DOPO-GO后纖維的LOI值達(dá)到27.3%,較MCC纖維的16.4%提高了66.5%,纖維由易燃纖維轉(zhuǎn)變?yōu)殡y燃纖維。這是因?yàn)樵谌紵^(guò)程中,表面接枝的DOPO會(huì)產(chǎn)生P·、PO2·和PO3·自由基,這些自由基會(huì)捕捉H·和HO·自由基,產(chǎn)生氣相阻燃的作用,從而猝滅火焰,達(dá)到阻燃的目的。同時(shí)DOPO形成的磷酸類(lèi)物質(zhì)與GO會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),形成更為致密的炭層,隔絕可燃性物質(zhì)與氧氣的接觸,產(chǎn)生固相阻燃效果[8-10]。兼顧纖維的阻燃性能和力學(xué)性能,確定阻燃劑添加量為MCC質(zhì)量的7%,此時(shí)MCC/GO和MCC/DOPO-GO纖維的LOI值分別為24.8%和27.3%。

圖14 阻燃劑添加量對(duì)阻燃性能的影響Fig.14 Influence of dosage of flame retardant on flame retardant performance

3 結(jié) 論

本文利用熱穩(wěn)定性好、燃燒后殘?zhí)柯矢叩难趸?GO)制備了棉稈皮微晶纖維素(MCC)/GO阻燃纖維,并用9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO)對(duì)GO進(jìn)行改性,得到DOPO-GO阻燃劑,最后采用濕法紡絲制備了MCC/GO和MCC/DOPO-GO阻燃纖維,經(jīng)測(cè)試分析得出如下結(jié)論。

1)DOPO成功接枝到GO上,使DOPO-GO粒子直徑變小,GO片層的排列規(guī)整性被破壞,減少GO團(tuán)聚,提高了GO在紡絲液中分散性均勻性,且阻燃纖維取向度和結(jié)晶度有所提高,使MCC/DOPO-GO纖維的斷裂強(qiáng)度提升450%。

2)MCC/GO、MCC/DOPO-GO纖維的熱焓值較MCC纖維分別提高了916.2和1 280.2 J/g,其熱穩(wěn)定性得到提升,間接說(shuō)明了GO和DOPO-GO可提高纖維的阻燃性能;阻燃劑DOPO-GO中的P元素在纖維截面分布均勻,可以大幅度提升MCC纖維阻燃性能;MCC/GO和MCC/DOPO-GO纖維燃燒后殘?zhí)康奶炕療o(wú)序度較MCC纖維分別下降了4.0%和34.2%,使MCC/DOPO-GO燃燒后形成了致密的炭層,阻止纖維被高溫?zé)g,提高其阻燃性能。

3)阻燃劑DOPO-GO的添加量為MCC質(zhì)量的7%時(shí),MCC/DOPO-GO纖維的極限氧指數(shù)值達(dá)到27.3%,較MCC纖維提高了66.5%,纖維由易燃纖維轉(zhuǎn)變?yōu)殡y燃纖維。