碳微球/氢氧化镁微胶囊阻燃剂结构设计及其多级界面物理化学问题的研究

Though various flame retardant, have been developed, few are specialized for flame-retardant fiber. Moreover, the addition of flame retardant has a great influence on the performance of flame-retardant fiber. Therefore, it is crucial to solve the physical and chemical problems of the interface between flame retardant and fiber matrix, which have been restricting the development of high-end flame-retardant fiber as the "bottleneck" problems. In this proposal, a new encapsulated flame retardant is tailored from carbon microsphere and magnesium hydroxide to overcome the difficulty in choosing the flame retardant additives for the preparation of fire-retardant PET fiber in the blending modification. The structure of encapsulated flame retardant is designed in detail, with which the influence of the junction between flame retardant and PET fiber will be solved fundamentally on the preparation and property of fire-retardant fiber during the addition of flame retardant.When carbon microsphere and magnesium hydroxide are microencapsulated, the control of the multi-level interfaces can improve the interface compatibility in the flame retardant/PET fiber and the dispersion in matrix of fiber. The formation and evolution mechanism of multilevel interfaces between encapsulated flame retardant and PET fiber in the process engineering is elucidated, and the influencing law of the multilevel structure on the preparation and the performance of flame-retardant PET fiber is revealed. Finally, a chemical model of multicomponent microcapsule flame retardant is established for PET fiber to guide the preparation of flame-retardant PET fiber.

阻燃剂种类繁多，但针对制备阻燃纤维设计的很少，而且阻燃剂添加对阻燃 纤维的性能影响很大。解决阻燃剂/纤维基体界面结合的物理化学问题，一直是制约高端阻 燃纤维发展的"瓶颈"问题。本课题就PET 纤维共混阻燃改性中选择阻燃添加剂困难这一关 键技术问题，"量身定做"一种胶囊化碳微球与氢氧化镁双组份复合新型阻燃剂，并对其 结构进行详细设计。从根本上解决阻燃剂添加过程中阻燃剂/纤维的界面结合状况对纤维制 备及性能的影响问题，在将碳微球与氢氧化镁复合物封装在聚酯微胶囊过程中，通过控制 多级界面的结合来解决阻燃剂/PET 纤维界面相容性以及在基体中的分散性问题。探索在加工过程中微胶囊阻燃剂/PET 纤维多级界面的形成演化机理，揭示其多级界面结构对阻燃PET 纤维的制备和性能的影响规律，建立一种适于PET 纤维的多组分微胶囊阻燃剂的化学模型， 为提出用于指导阻燃PET 纤维制备的界面理论进行数据准备。

世界上约50％的火灾事故是因纺织品燃烧而引起的，提高纺织品的阻燃功能对降低生命和财产损失具有重要意义。现有的阻燃剂种类繁多，但针对制备阻燃纤维设计的很少。本课题就PET 纤维共混阻燃改性中选择阻燃添加剂困难这一关键技术问题，“量身定做”了一种胶囊化纳米碳球（CMSs）与氢氧化镁（MH）双组份复合新型阻燃剂（PET@MH/CMSs/PET），并对其结构进行了详细设计。从根本上解决了阻燃剂添加过程中阻燃剂/纤维的界面结合状况对纤维制备及性能的影响问题，为阻燃PET纤维产业化生产提供了重要的理论指导和必要的数据支撑。具体结果如下：.（1）通过研究纳米碳球/氢氧化镁（MH/CMSs）制备过程中，CMSs表面包覆的MH的层厚、均匀性等对其阻燃性的影响以及两者之间的界面结合形式、结构和相互协同阻燃的特性。揭示了MH包覆CMSs的界面结合机理即MH通过静电吸附的方式能在CMSs表面形成包覆层。阐明了两者对基体PET具有良好的协效阻燃作用，可影响体系分解成炭，改变残炭的结构和组成。.（2）通过研究MH/CMSs胶囊化过程中，囊壁PET的包覆厚度、均匀性以及囊芯中MH/CMSs的比例等对其结构、性能的影响，探索了胶囊化阻燃剂与基体PET之间的多级界面结合机理以及对PET的阻燃规律。即MH/CMSs之间形成第一级界面，在偶联剂ATPS的架桥作用下与囊壁PET构建了第二级界面，在熔融共混双螺杆剪切作用下与被改性聚合物PET形成第三级界面。结果显示，这三级界面结合牢固，有利于胶囊阻燃剂在PET中的分散和相容性的提高，且对材料的阻燃性能有好的促进作用，建立了PET阻燃的三道防线。.（3）将不同阻燃PET复合材料（阻燃母粒）与纯PET切片，通过共混熔融纺丝的方法纺制出阻燃PET纤维。探索了胶囊化阻燃剂的添加对PET纤维结构与性能的影响规律。即胶囊化阻燃剂适宜的添加对PET纤维有促进成炭作用，有利于其阻燃性能提升，反之有抑制作用。. 在本基金的资助下，通过上述研究，发表学术论文17篇，其中SCI收录4篇，EI收录6篇；会议论文6篇；申请专利10项，授权6项；结合本项目的研究内容，培养硕士生5名。