高阻燃性胶原基纳米复合功能材料及无铬阻燃皮革机理研究

从环境保护、人类安全和阻燃效率的角度出发，目前国内针对皮革专用的高效、无毒、低烟、耐久、多功能化的新型阻燃材料研究很少，减少重金属铬污染，开发无铬阻燃皮革的环保创新技术，已成为我国制革工业可持续发展的重要措施和迫切任务之一。本项目旨在通过创新的功能分子设计，系统研究胶原基纳米复合材料的合成方法、合成工艺对其结构和性能的影响，制备具有高效阻燃性又具有良好鞣制性能的皮胶原基纳米复合功能材料；通过系统研究功能材料对胶原蛋白的组织结构、化学基团和物理化学性能变化的影响,揭示阻燃材料与皮革相互作用的反应机理和阻燃机理，揭示功能材料的组成、结构-功能、性能相互关系的内在联系规律，为开发新的高性能皮革阻燃材料和实现无铬阻燃皮革的清洁化技术，提供科学的理论依据和新的技术方法。此项目研究对促进我国制革阻燃技术行业的发展，丰富阻燃胶原纤维基础理论研究和学科发展，具有重要的科学研究和应用研究意义。

目前我国对于皮革阻燃技术还缺乏系统深入的研究，大多相关研究报道主要是借鉴其它行业的应用研究成果，针对皮革专用的高效、无毒、低烟、耐久、多功能化的高性能阻燃材料的研究很少，缺乏自主创新的研究成果和工业化产品，甚至缺乏行业的阻燃技术标准。从环境保护、人类安全和阻燃效率的角度出发，开发环保创新的皮革阻燃技术和阻燃材料是关键。 本项目研究达到的目标和成果有：. 1、以季戊四醇、三氯氧磷、三聚氰胺和四羟甲基氯化磷为原料，通过三步反应合成得到了一种新型膨胀型阻燃剂（化合物C）。该阻燃剂不仅具有良好的相容性和反应活性，还具有有优异的阻燃性能和复鞣填充性能。其优化的合成工艺条件为：季戊四醇双磷酸酯三聚氰胺盐/THPC摩尔比为1:1，反应温度83℃ ，反应时间3.5h。.2、通过FT-IR、MS、NMR、TG/DTG、DSC等对合成阻燃剂的结构、性能进行了表征；.3、以皮胶原、CTBA、MMT、化合物C为原料，采用插层复合法制备得到了一种新型胶原基纳米复合阻燃材料。其优化的合成工艺条件为：有机蒙脱土/化合物C按不同质量配比，在60℃下反应4h可获得插层型或剥离型纳米复合材料；.4、采用XRD、FTIR 、SEM、 TG/DTG、DSC等对胶原基纳米复合阻燃材料的结构、形貌、性能进行了表征；.5、采用氧指数方法、垂直燃烧方法和锥形量热法对阻燃材料及阻燃皮革的阻燃性能，热稳定性能、燃烧性能进行了研究。结果表明：随着阻燃剂添加量的不断增加(不超过10%），皮革氧指数逐渐升高，最高可达33%。该阻燃材料能有效地降低皮革的无焰燃烧时间，有焰燃烧时间，炭化长度和质量损失率。阻燃皮革的HRR, THR, SPR and TSP值都有不同程度的降低。研究表明所合成的这种新型膨胀型纳米复合材料不仅具有优异的阻燃性能，还具有良好的复鞣填充性能。.6、采用多种现代技术分析手段，通过系统研究阻燃皮革的热稳定性能、热降解动力学性能、燃烧性能和阻燃性能，揭示了阻燃材料与皮革相互作用的阻燃机理，提出了气相-凝聚相-阻隔协同作用的阻燃皮革机理理论。.本项目的创新研究成果，为开发新的高性能皮革阻燃材料，揭示阻燃材料与皮革相互作用的阻燃机理，提供了科学的理论依据和新的技术方法，对促进我国制革行业阻燃技术的发展，丰富阻燃胶原纤维的基础理论及学科发展，具有重要的科学研究意义和应用研究价值。