阅读说明：本技术 焦糖阻燃液的制备方法及阻燃整理羊毛纤维制品的方法 (Preparation method of caramel flame-retardant liquid and method for flame-retardant finishing of wool fiber products ) 是由 程献伟 张文 关晋平 唐人成 陈国强 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种焦糖阻燃液的制备方法及阻燃整理羊毛纤维制品的方法,一种焦糖阻燃液的制备方法为：使用聚丙烯亚胺聚合物调节小分子糖溶液pH值后,在碱性条件下进行焦糖化,制得焦糖阻燃液,其中,小分子糖为单糖或双糖；一种焦糖阻燃液阻燃整理羊毛纤维制品的方法为：调节焦糖阻燃液的pH值至呈酸性后,将其作为阻燃整理液通过浸渍-焙烘法整理羊毛纤维制品,其中,焙烘温度不低于聚丙烯亚胺聚合物与羊毛纤维制品发生化学反应的温度。本发明中原料单糖、双糖均为天然材料,制备出的焦糖阻燃液为环境友好型的阻燃体系。本发明中原料易得、制备工艺简单,且制备的阻燃羊毛纤维制品具有较好的阻燃性能和耐水洗性能,具有重要的实际应用价值。(The invention relates to a preparation method of caramel flame retardant liquid and a method for flame-retardant finishing of wool fiber products, wherein the preparation method of the caramel flame retardant liquid comprises the following steps: after the pH value of the micromolecular sugar solution is adjusted by using a polypropylene imine polymer, caramelization is carried out under an alkaline condition to prepare caramel flame retardant liquid, wherein the micromolecular sugar is monosaccharide or disaccharide; the method for flame-retardant finishing of the wool fiber product by the caramel flame-retardant liquid comprises the following steps: and (3) adjusting the pH value of the caramel flame retardant liquid to be acidic, and finishing the wool fiber product by using the caramel flame retardant liquid as flame retardant finishing liquid through a dipping-baking method, wherein the baking temperature is not lower than the temperature of the chemical reaction between the polypropylene imine polymer and the wool fiber product. In the invention, the raw materials of monosaccharide and disaccharide are natural materials, and the prepared caramel flame retardant liquid is an environment-friendly flame retardant system. The raw materials are easy to obtain, the preparation process is simple, and the prepared flame-retardant wool fiber product has good flame-retardant performance and water washing resistance and has important practical application value.)

焦糖阻燃液的制备方法及阻燃整理羊毛纤维制品的方法

技术领域

本发明属于纺织品功能整理技术领域，涉及一种焦糖阻燃液的制备方法及阻燃整理羊毛纤维制品的方法。

背景技术

火灾是造成生命和经济重大损失的主要灾难之一。近年来，世界各国火灾事件仍频繁发生，形势不容乐观。据初步统计，我国2018年共接报火灾23.7万起，造成1407人死亡、798人受伤，直接财产损失约36.75亿元。城乡住宅火灾起数占总数的45.3％，而导致死亡人数却占总数的79.7％，其中床上和衣着用品、家居装饰用品等纺织品燃烧而引起的火灾占有较大的比例。目前纺织品被广泛应用于生活的各个领域，而大多数纺织品属于易燃材料，且纺织材料比表面积大，与空气接触充分，火灾发生时火势蔓延较快。此外，纺织品大多与人体直接接触，使得纺织品在燃烧时对人体造成的危害更大，潜在的火灾危险性也更大。因纺织品燃烧而产生的有害气体如一氧化碳、氰化氢、氧化氮、氨类和醛类等气体也会导致受害者窒息甚至毒害死亡。因此，对纺织品进行阻燃整理提高其消防安全性是十分必要的。

羊毛为重要的天然蛋白质纤维，因其具有服用性能好、穿着舒适、生态保健等特点，被誉为高档纺织材料，在日常生活中应用广泛。多数发达国家立法规定晚礼服、室内装饰材料等产品必须有一定的阻燃功能。羊毛制品多用于制作服装、床上用品和装饰品等，且大多与人体直接接触，而该类产品对阻燃性能的要求比较高。羊毛纤维属于不易燃纤维，这是因为羊毛纤维的氮含量和湿含量较高。但该类产品被点燃后迅速燃烧直至烧尽，不能满足我国《阻燃装饰织物》中B₁级阻燃性能的要求。因而对羊毛纤维制品进行阻燃整理对提高其消防安全性能及满足国际市场需求具有十分现实的意义。传统纺织品阻燃剂以含卤和含磷阻燃剂为主。卤素阻燃剂阻燃效果好，但在使用过程中存在污染，对人体产生危害，随着环保法规的不断改善，卤素阻燃剂被限制甚至禁止使用。磷系阻燃剂阻燃效果也较好，整理纺织品阻燃性能和耐久性均较好，但存在产生甲醛等问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种焦糖阻燃液的制备方法及阻燃整理羊毛纤维制品的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种焦糖阻燃液的制备方法，使用聚丙烯亚胺聚合物调节小分子糖溶液pH值后，在碱性条件下进行焦糖化，制得焦糖阻燃液，其中，小分子糖为单糖或双糖。

焦糖试剂可利用小分子糖通过纯焦糖化反应和美拉德反应制备，纯焦糖化反应是在高温下使碳水化合物产生醛类，然后缩合成染色成份。焦糖又称焦糖色素，是一种在食品中应用范围十分广泛的天然着色剂，是食品添加剂中的重要一员，属于安全环保型产品。但目前国内外未有报道采用焦糖作为纺织品阻燃剂。

焦糖化反应可在酸性条件下进行，也可在碱性条件下进行，相对而言，在酸性条件下焦糖化反应程度较低，因而本发明选用在碱性条件下进行焦糖化反应。本申请中加入的聚丙烯亚胺可作为碱剂和含氮试剂，含氮的化合物可起到阻燃效果，单独没有阻燃效果，与焦糖一起起到阻燃效果。

本发明中所用的单糖和双糖均为天然产物，原料来源充足，所制备的焦糖阻燃液属于可持续、生态友好型阻燃体系；

相对于卤素阻燃剂，焦糖阻燃液的原料为天然产物，焦糖阻燃液属于生态环保型阻燃体系，在使用过程中不存在污染，对人体不产生危害；

相对于磷系阻燃剂，焦糖阻燃液在使用过程中无需采用N-羟甲基类交联剂，不存在甲醛释放等问题。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种焦糖阻燃液的制备方法，步骤如下：

(1)将小分子糖溶解于水中，使用聚丙烯亚胺聚合物调节溶液pH值；

(2)将溶液加热至一定温度后保温一段时间，得到深褐色的焦糖阻燃液。

如上所述的一种焦糖阻燃液的制备方法，步骤(1)中，小分子糖在溶液中的质量含量为1～10％，使用聚丙烯亚胺聚合物调节溶液pH值至10～12，小分子糖在溶液中的质量含量太低，最终取得的阻燃效果较差；太高，造成浪费，增加成本。

如上所述的一种焦糖阻燃液的制备方法，步骤(2)中，一定温度为80～98℃，一段时间为30～120min，升高温度有利于焦糖化反应，因为在水中反应，因此温度设置为80～98℃，不会沸腾，反应时间根据焦糖反应而定，时间太短，反应不完全，时间太长，反应程度增加较小，且浪费能源。

如上所述的一种焦糖阻燃液的制备方法，单糖为葡萄糖或果糖，也可以为任意比例的葡萄糖与果糖的混合物，双糖为蔗糖、乳糖或麦芽糖，也可以为任意比例的两种以上的混合物。

本发明还提供了采用如上任一项所述的一种焦糖阻燃液的制备方法制得的焦糖阻燃液阻燃整理羊毛纤维制品的方法，调节焦糖阻燃液的pH值至呈酸性后，将其作为阻燃整理液通过浸渍-焙烘法整理羊毛纤维制品，其中，焙烘温度不低于聚丙烯亚胺聚合物与羊毛纤维制品发生化学反应的温度。

羊毛纤维制品带正电荷，为了让焦糖阻燃液与羊毛纤维制品发生离子键结合，本发明在使用前调节焦糖阻燃液的pH值至呈酸性，使得焦糖阻燃剂主要带负电荷。

在弱酸性条件下，焦糖阻燃液主要带负电荷，与带正电荷的羊毛纤维发生离子键结合，吸附在羊毛纤维上，聚丙烯亚胺聚合物也可在焙烘条件下与纤维形成共价键结合。

作为优选的技术方案：

如上所述的方法，步骤如下：

(1)将焦糖阻燃液的pH值调节至3～5，酸性越强，pH值越低，越有利于焦糖吸附上染织物，但太低对织物的强力影响较大；

(2)将羊毛纤维制品浸渍于焦糖阻燃液中后，挤干多余水分，焙烘，得到阻燃羊毛纤维制品。

如上所述的方法，羊毛纤维制品为羊毛纤维或织物。

如上所述的方法，浸渍温度为80～98℃，浸渍时间为10～30min，浴比为1:20～50，预烘温度为60～90℃，预烘时间为2～5min，焙烘温度为130～150℃，焙烘时间为1.5～4min，浸渍温度升高，有利于焦糖吸附上染织物，温度再高溶液会沸腾；浸渍时间过短，吸附较少，时间过长，浪费能源；浴比过小，无法浸没织物，太高浪费；焙烘温度太低，起不到反应效果，太高对织物的强力等物理性能影响较大；焙烘时间过短，起不到效果，太长对织物的强力等物理性能影响较大。

发明机理：

在高温、碱性条件下，单糖或双糖等小分子糖发生焦糖化反应，聚丙烯亚胺聚合物参与反应，得到焦糖阻燃液。在弱酸性条件下，焦糖阻燃液主要带负电荷，与带正电荷的羊毛纤维发生离子键结合，吸附在羊毛纤维上，聚丙烯亚胺聚合物也可在焙烘条件下与纤维形成共价键结合。焦糖阻燃液中的焦糖和聚丙烯亚胺能够相互配合构成膨胀型阻燃体系，分子中的醛基、羧基、氨基和酚基等基团可促进并参与羊毛纤维在燃烧过程中的成炭反应，改变羊毛纤维的热分解途径，有效地促进羊毛纤维膨胀成炭，保护下方羊毛纤维基质，为羊毛纤维提供较好的阻燃性能。而普通单糖或双糖中只含有羟基，不能促进羊毛纤维成炭，因此无法起到阻燃效果。进一步地，焦糖阻燃液借助于与羊毛纤维间的静电引力和共价键结合，使得阻燃羊毛纤维制品具有较好的阻燃耐久性。

有益效果：

(1)本发明中所用的单糖和双糖均为天然产物，原料来源充足，所制备的焦糖阻燃液属于可持续、生态友好型阻燃体系；

(2)本发明中所制备焦糖阻燃液分子中的醛基、羧基、氨基和酚基等基团可促进并参与羊毛纤维在燃烧过程中的成炭反应，从而起到对羊毛纤维进行阻燃的效果，阻燃羊毛纤维制品阻燃性能优良；

(3)本发明中焦糖阻燃液借助于与羊毛纤维间的静电引力和共价键结合，使得阻燃羊毛纤维制品具有较好的阻燃耐久性；

(4)本发明的工艺简单，流程短，环保可持续，经济成本低，具有广阔的应用前景和重要的实际应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1中阻燃羊毛织物经过不同次数水洗后的炭长。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)焦糖阻燃液的制备：先将葡萄糖溶于100mL的水中得到浓度为10wt％的溶液，再使用聚丙烯亚胺聚合物调节溶液pH值为12.0，将溶液升温至95℃保温120min，制得焦糖阻燃液；

(2)阻燃羊毛织物的制备：使用稀硫酸调节步骤(1)所得焦糖阻燃液pH值为3.0，将羊毛织物浸渍在焦糖阻燃液中，升温至98℃，保温10min，然后挤干多余水分，80℃烘干后再经145℃焙烘3min，制得阻燃羊毛织物。

对比例1

(1)焦糖溶液的制备：先将葡萄糖溶于100mL的水中得到浓度为10wt％的溶液，再使用氢氧化钠调节溶液pH值为12.0，将溶液升温至95℃保温120min，制得焦糖溶液；

(2)整理羊毛织物的制备：使用稀硫酸调节步骤(1)所得焦糖溶液pH值为3.0，将羊毛织物浸渍在焦糖溶液中，升温至98℃，保温10min，然后挤干多余水分，80℃烘干后再经145℃焙烘3min，制得整理羊毛织物。

实施例2

(1)焦糖阻燃液的制备：先将蔗糖溶于100mL的水中得到浓度为5wt％的溶液，再使用聚丙烯亚胺聚合物调节溶液pH值为10.0，将溶液升温至80℃保温90min，制得焦糖阻燃液；

(2)阻燃羊毛织物的制备：使用稀硫酸调节步骤(1)所得焦糖阻燃液pH值为4.0，将羊毛电力纺织物浸渍在焦糖阻燃液中，升温至90℃，保温10min，然后挤干多余水分，60℃烘干后再经140℃焙烘2min，制得阻燃羊毛织物。

实施例3

(1)焦糖阻燃液的制备：先将蔗糖溶于100mL的水中得到浓度为7.5wt％的溶液，再使用聚丙烯亚胺聚合物调节溶液pH值为11.0，将溶液升温至90℃保温70min，制得焦糖阻燃液；

(2)阻燃羊毛织物的制备：使用稀硫酸调节步骤(1)所得焦糖阻燃液pH值为3.5，将羊毛织物浸渍在焦糖阻燃液中，升温至85℃，保温25min，然后挤干多余水分，70℃烘干后再经150℃焙烘2min，制得阻燃羊毛织物。

对实施例1～3和对比例1制得的织物的阻燃性能和耐水洗性能进行测试。

炭长按照GB/T 5455-2014《纺织品燃烧性能垂直方向损毁长度阴燃和续燃时间的测定》标准进行测定。燃烧性能按照GB/T 17591-2006《阻燃织物》标准进行评定。

织物上游离和水解甲醛的含量参照GB/T 2912.1-2009《纺织品甲醛的测试第1部分：游离和水解的甲醛(水萃取法)》进行测试。

水洗方法参照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》标准进行，使用丝毛洗涤剂2g/L，浴比1:50，40℃下洗涤30min为一次。重复水洗至所需水洗次数。

实施例1～3和对比例1制得的织物的炭长和阻燃等级见下表：

从表中可以看出，未整理羊毛织物在垂直燃烧过程中完全燃烧，炭长均为30cm，表明其阻燃性能差，经普通焦糖整理的羊毛织物在垂直燃烧测试中烧完，炭长为30cm，表明普通焦糖色素无阻燃功能，而经本发明的焦糖阻燃液整理后羊毛织物的炭长低于15cm，达到GB/T 17591-2006《阻燃织物》中B₁级阻燃性能的要求，表明本发明焦糖阻燃液具有较好的阻燃性能，主要原因是本发明中的焦糖阻燃液中既含有焦糖，也含有聚丙烯亚胺，二者能够相互配合构成膨胀型阻燃体系，从而起到阻燃性效果，而普通焦糖分子中并不含有聚丙烯亚胺，无法构成膨胀型阻燃体系。

如上表所示，焦糖阻燃羊毛织物经15次水洗后仍具有较好的阻燃性能，炭长低于15.0cm，满足B₁级阻燃性能要求。图1所示为实施例1制备的阻燃羊毛织物经过不同次数水洗后的炭长，随着水洗次数的增加，炭长增加，但经过15次洗涤后阻燃羊毛织物仍能满足B₁级阻燃性能要求。上述结果表明，经焦糖阻燃剂整理的羊毛织物具有良好的阻燃性能和耐水洗性能。另外，以上实施案例制备阻燃蚕丝织物的甲醛含量结果均为“未检出”，表明经焦糖阻燃剂整理的羊毛织物不存在甲醛释放的问题，这是因为焦糖阻燃液在使用过程中无需采用N-羟甲基类交联剂，在使用过程中不会产生甲醛。

以上实施案例说明用焦糖阻燃液制备的羊毛纤维制品具有较好的阻燃性能和耐水洗性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。