中国民用航空飞行学院何强教授：PET织物上耐久超疏水阻燃涂层的构建

聚酯纤维织物（PET织物）因其优异的机械性能和耐磨性而在医疗、卫生、过滤和分离领域广泛应用。然而，PET织物固有的易燃性和亲水性，可能导致火灾隐患和污垢污染，严重限制其应用。通常利用涂层法来对织物进行表面改性，尽管能够取得显著的效果，但复杂的多步喷涂工艺会导致工业成本增加，且阻燃剂含量过高会影响织物本身的特性，如柔韧性等。此外，现有超疏水阻燃表面的耐久性较差，难以应对实际应用的挑战。因此，有必要开发一种新的耐用、高效的方法来制备超疏水阻燃织物材料。

中国民航飞行学院何强教授团队在上述背景下展开了一系列研究，提出了一种基于氟化PDMS、硅橡胶燃烧产物（SiO2）和聚磷酸铵（APP）的超疏水、阻燃复合涂层。此项工作创新性地使用复合聚合物改善涂层的阻燃性能。首先通过氟硅烷（1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷）对PDMS进行氟化改性以在PDMS表面增加C-F键增强其疏水性和热稳定性。随后使用硅橡胶的燃烧产物作为涂层陶瓷填料，并与氟化PDMS和聚磷酸铵混合并喷涂沉积在PET织物上，制备出具有优异耐久性的超疏水阻燃涂层织物（F-ASP涂层织物）。归因于氟化PDMS粘结作用和微/纳米分级突起的形成，F-ASP涂层织物不仅表现出优异的超疏水性（接触角为155.61±1.42°），而且还具有优异的自洁性能和机械耐久性，可以在磨损10次、洗涤搅拌60min或者循环弯曲300次后，保持润湿性基本不变。此外，由于APP和SiO2对碳形成的催化作用以及氟化PDMS的热稳定性，F-ASP涂层织物可以在垂直燃烧时阻止火焰蔓延，并在12s内实现自熄。该涂层具有制备工艺简单、成本低、效果好的优点，在多功能防污阻燃织物的规模化生产和应用中显示出广阔的前景。

图1 超疏水阻燃涂层织物的制备工艺

图2 (a-c)原始PET织物、ASP涂层织物和F-ASP涂层织物在不同倍数下的SEM图像；(d)原始PET织物、ASP涂层织物和F-ASP涂层织物的FT-IR光谱；(e) F-ASP涂层织物表面的EDS图谱

图3 (a)原始PET织物、ASP涂层织物和F-ASP涂层织物的接触角照片；(b)原始PET织物和F-ASP涂层织物上酸(PH=4.2)、盐(NaCl)和碱(PH=11.3)的照片；F-ASP涂层织物在磨损循环(c)、洗涤循环(d)和弯曲循环(e)后接触角和滑动角变化；(f)F-ASP涂层织物的自清洁过程

图4 (a-c)原始PET织物、ASP涂层织物和F-ASP涂层织物的润湿机理示意图；(d)F-ASP涂层织物的结构示意图；(e-f) F-ASP 涂层织物不同倍数下的SEM

图5 原始PET织物、ASP涂层织物和F-ASP涂层织物的垂直燃烧实验照片

图6 垂直燃烧实验后原始PET织物(a, d)、ASP涂层织物(b, e)和F-ASP涂层织物(c, f)残留物的SEM图像；(g)F-ASP涂层织物燃烧残渣表面的EDS元素图；原PET织物、ASP涂层织物和F-ASP涂层织物的热性能(h)和热重曲线(I)；(k)F-ASP涂层织物的阻燃机理示意图

相应的成果以“Construction of a durable superhydrophobic flame-retardant coating on the PET fabrics”为题发表在Materials & Design上，该工作获得该研究项目得到了四川省科技计划项目（23NSFSC1923 ）、中国结冰与防除冰实验室（IADL20220406）、河南省重点研发专项项目（221111321000）等项目的资助。

全文链接：

https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112258

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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