夏雙雙++++吳麗++++皮婷婷+++++廖惠萍++++馬輝

摘要：根據(jù)DNA特有的雙螺旋結(jié)構(gòu)和其大量的磷氮含量?jī)?yōu)勢(shì)，將DNA制備成均勻的水溶膠，并通過(guò)一定的工藝將其整理到聚乳酸織物上，得到具有阻燃效果的聚乳酸面料。通過(guò)對(duì)DNA的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并利用水平燃燒、拉伸強(qiáng)力、接觸角等測(cè)試儀器對(duì)聚乳酸織物進(jìn)行阻燃性能、力學(xué)性能以及潤(rùn)濕性能測(cè)試。結(jié)果表明，DNA的引入能有效地改善聚乳酸織物的阻燃性能，整理過(guò)的織物潤(rùn)濕性能也得到改善，提高了聚乳酸織物的舒適性。本試驗(yàn)研究有利于聚乳酸織物的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：聚乳酸；DNA；阻燃整理

聚乳酸纖維是以玉米、小麥等為原料而提煉出來(lái)的一種纖維。該纖維不使用石油，具有很好的生物降解性、生物相容性和生物可吸收性，并兼具合成纖維與天然纖維的優(yōu)良力學(xué)性能，受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，是一種可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)纖維。但聚乳酸織物易燃，燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的熱量和煙霧，并極易助長(zhǎng)火勢(shì)導(dǎo)致火災(zāi)蔓延，給人類的生產(chǎn)、生活乃至生命造成了嚴(yán)重的危害，在一定程度上限制了聚乳酸織物的發(fā)展及廣泛應(yīng)用[1]。

目前應(yīng)用于織物阻燃整理的主要有無(wú)機(jī)阻燃劑（氫氧化鋁、氫氧化鎂等）、鹵系阻燃劑等，大量的應(yīng)用事實(shí)證明，無(wú)機(jī)阻燃劑阻燃效率低，與聚合物基體相容性較差，且一定程度上影響織物的手感，而鹵系阻燃劑熱解會(huì)釋放出有害有毒氣體，易造成二次傷害，使得無(wú)機(jī)阻燃劑以及鹵系阻燃劑的應(yīng)用受到極大的限制[2-3]。研究及開發(fā)出綠色環(huán)保、性能優(yōu)良的新型織物阻燃整理劑顯得尤為重要。DNA是一種同時(shí)含有大量P、N的長(zhǎng)鏈聚合物，可起到磷-氮協(xié)同阻燃的作用，而DNA雙螺旋鏈?zhǔn)艿綗崃抗魰r(shí)又會(huì)吸收大量的熱，經(jīng)一定工藝處理，可賦予聚乳酸織物良好的阻燃效果。

本試驗(yàn)根據(jù)DNA特有的磷-氮體系特征及其雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其制備成性能穩(wěn)定的水溶膠，并通過(guò)浸軋工藝對(duì)聚乳酸織物進(jìn)行浸軋整理，對(duì)制備的阻燃聚乳酸織物進(jìn)行阻燃性能、拉伸強(qiáng)力、潤(rùn)濕性能測(cè)試和表征。

1 試驗(yàn)

1.1 織物、材料和儀器

織物：聚乳酸織物。

材料：商品化DNA。

儀器：軋車、磁力攪拌儀、鼓風(fēng)烘燥箱、拉伸強(qiáng)力測(cè)試儀、接觸角測(cè)量?jī)x。

1.2 整理工藝

1.2.1 聚乳酸織物的準(zhǔn)備

準(zhǔn)備一定大小的聚乳酸織物，清洗、烘干待用。

1.2.2 阻燃水溶膠的制備

將5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L的DNA分別緩慢加入至水中，配制成浴比1：20的水溶膠，并在40℃的溫水浴中加以攪拌使其均勻混合。

1.2.3 復(fù)合整理工藝

使用攪拌均勻的DNA水溶膠對(duì)聚乳酸織物浸軋整理，并將軋余率控制在70%～80%左右，均勻浸軋后的織物于50℃烘箱中烘干，得到整理好的聚乳酸織物（A：聚乳酸原布；B：5g/L DNA處理的聚乳酸織物； C：10g/L DNA處理的聚乳酸織物； D：15g/L DNA處理的聚乳酸織物）。

1.3 織物性能測(cè)試

（1）根據(jù)JIS L1091-1999，研究DNA對(duì)聚乳酸織物的水平防護(hù)性能，根據(jù)最終炭化面積評(píng)定其阻燃效果。

（2）根據(jù)GB/T 3923.1織物拉伸測(cè)試方法，利用拉伸強(qiáng)力測(cè)試儀 [YG（B）026H- 250型，溫州大榮紡織儀器有限公司]對(duì)整理織物進(jìn)行強(qiáng)力測(cè)試，研究DNA的引入對(duì)聚乳酸織物強(qiáng)力的影響：

預(yù)加張力：5N；起拉力值：3N；拉伸速度：100mm/min；夾距：30mm；量程：2500N；試樣寬度：50mm。

（3）根據(jù)BS 4554-1970紡織織物潤(rùn)濕度的試驗(yàn)方法，利用接觸角測(cè)試儀對(duì)整理織物進(jìn)行潤(rùn)濕性能測(cè)試，根據(jù)接觸角評(píng)定織物的潤(rùn)濕性能，探究DNA 對(duì)聚乳酸織物親水或防水性能的影響。

2 結(jié)果與討論

2 1 DNA結(jié)構(gòu)分析

圖1 DNA分子結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1所示， DNA分子中含有大量的磷元素和氮元素，在受到熱量攻擊時(shí)，可起到協(xié)同阻燃的作用。同時(shí)，DNA具有特殊的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這種特殊結(jié)構(gòu)使得DNA受熱時(shí)解聚形成兩個(gè)單鏈，消耗大量的熱量，從而實(shí)現(xiàn)阻燃效果。

2.2 復(fù)合整理聚乳酸織物的阻燃性能

圖2 不同濃度的DNA溶膠整理聚乳酸織物水平

燃燒后照片

表1 聚乳酸織物經(jīng)過(guò)不同濃度的DNA溶膠組裝后燃燒的炭化面積

從圖2中可以看出，聚乳酸原布損毀面積較大。隨著DNA 的引入，織物的炭化面積有了一定程度的降低，且隨著DNA濃度的增加，損毀面積漸漸變小。如表1所示，未經(jīng)處理的聚乳酸織物炭化面積為5.2cm?，布樣損毀面積較大；5g/L的DNA組裝織物炭化面積為2.0 cm?，與未經(jīng)處理的織物相比有較大的改善；10g/L的DNA和15g/L的DNA組裝的織物炭化面積分別為1.54cm?和1.52cm?，從數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)DNA濃度達(dá)到10g/L時(shí)，損毀面積已減小至一定程度，DNA濃度繼續(xù)增大到15g/L時(shí)損毀面積不再明顯變化。說(shuō)明經(jīng)過(guò)整理的聚乳酸織物具有更好的抵抗火焰燃燒的能力，但DNA的量增加到一定量時(shí)，繼續(xù)增大濃度對(duì)織物燃燒性能不再有更進(jìn)一步的影響。

經(jīng)過(guò)處理的織物阻燃性能提升主要是由于以下兩點(diǎn)：

（1）DNA中大量的磷、氮元素在燃燒過(guò)程中起到協(xié)同阻燃的作用，在磷-氮復(fù)合體系中，磷作為酸源，高溫受熱情況下可以分解出促進(jìn)隔熱炭層在聚合物表面形成；氮?jiǎng)t作為氣源，在熱分解過(guò)程中釋放不可燃?xì)怏w，可使上述炭層膨脹發(fā)泡，并最終形成膨脹炭層。膨脹炭層可有效隔絕物質(zhì)交換和熱交換，從而達(dá)到良好的阻燃效果[4]。

（2）DNA分子為特殊的雙螺旋結(jié)構(gòu)，受熱時(shí)織物表面的DNA發(fā)生解聚效應(yīng)，雙螺旋打開形成單鏈需要吸收大量的熱，從而分散了燃燒織物表面的熱量，研究表明其吸收的熱量高達(dá)18000 kcal/mol，能有效地降低織物表面的溫度，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的阻燃效果[5-6]。

2.3 復(fù)合整理聚乳酸織物的拉伸性能

表2 處理前后聚乳酸織物的斷裂拉伸強(qiáng)力

從表2可以看出，聚乳酸原布的拉伸強(qiáng)力為190.23N，少量DNA的引入可在一定程度上提高織物的強(qiáng)力，可能是由于DNA在纖維表面形成薄膜所致。隨著DNA用量的提高，織物的強(qiáng)力略有下降，主要是由于DNA呈弱酸性，在阻燃整理過(guò)程中，促使聚乳酸纖維表面部分分解，導(dǎo)致織物的強(qiáng)力下降。

2.4 復(fù)合整理聚乳酸織物的潤(rùn)濕性能

圖3 不同濃度DNA溶膠整理聚乳酸織物的潤(rùn)濕性能測(cè)試數(shù)據(jù)及照片

從圖3可以看出，聚乳酸原布的接觸角為87°，表現(xiàn)出一定的憎水性；加入5g/L DNA的織物A接觸角為86°，與原布相比親水性得到改善，而隨著DNA含量的增加，接觸角分別為81.5°及81.1°，逐漸變小，表明織物潤(rùn)濕性能越好。這是因?yàn)镈NA分子中含有大量的極性基團(tuán)（氨基、羥基、磷酸基等），結(jié)合在織物表面后使得聚乳酸織物親水性也得到改善，提高了聚乳酸在服裝應(yīng)用方面的舒適性。但DNA的量增加到10g/L時(shí)，再增加DNA的量，織物的潤(rùn)濕性能已不再發(fā)生明顯變化，這是因?yàn)榘苍诳椢锉砻娴腄NA 中的極性基團(tuán)與織物的結(jié)合已基本達(dá)到飽和。

3 結(jié)論

本研究利用DNA溶膠對(duì)聚乳酸織物進(jìn)行阻燃整理，并對(duì)阻燃整理的聚乳酸織物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析與性能表征。水平燃燒測(cè)試結(jié)果表明，與原布相比，經(jīng)過(guò)整理的織物炭化面積明顯減小，且隨著DNA含量的增加，炭化面積減小更多，阻燃性能更優(yōu)異，主要是由于織物上大量結(jié)合的DNA在受熱時(shí)可發(fā)生協(xié)同阻燃，并通過(guò)吸收體系的熱量達(dá)到較好的阻燃效果。拉伸強(qiáng)力測(cè)試表明，少量DNA的引入可在一定程度上提高織物的強(qiáng)力，DNA用量的進(jìn)一步提升反而會(huì)降低織物的強(qiáng)力。另外，接觸角測(cè)試表明，DNA的引入可以增加聚乳酸織物的親水性，有利于提高聚乳酸織物的服用舒適性，擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：夏雙雙、皮婷婷、廖惠萍、馬輝，嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院；吳麗，嘉興國(guó)家羊絨產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）