A novel strategy to fabricate nylon 6 based flame retardant microfiber nonwoven fabric with durability

阻燃剂 材料科学 超细纤维 X射线光电子能谱 复合材料 锥形量热计 聚氨酯 烧焦 扫描电子显微镜 火焰试验 化学工程 热解 工程类
作者
Mengjie Cui,Jing Li,Qiang Gao,Jun Xiang,Yi Chen,Jun Yan,Haojun Fan
出处
期刊:Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects [Elsevier]
卷期号:641: 128482-128482 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.colsurfa.2022.128482
摘要

A fundamental challenge in nylon-6-based microfiber non-woven fabrics (NWFs) are their flammability, which limits their industrial application in different fields. Inspired by chrome tanned leather with excellent flame retardancy, we developed a photo-grafting method to introduce carboxyl groups (–COOH) onto polyurethane-impregnated nylon-6-based microfiber nonwoven fabric (PNWF). By simulating the chrome tanning process of natural leather, we utilized a coordination reaction between chromium ion (Cr3+) and -COOH to fabricate the flame retardant PNWF. Compared with the control sample, the modified PNWF show an increased the limited oxygen index (LOI) value from 19.9% to 27.1%, and their peak heat release rate (pk-HRR) and peak smoke production rate (pk-SPR) were reduced by 32.1% and 54.2% respectively, suggesting a significant improvement in flame retardancy and the amelioration of smoke inhibition. In addition, we employed scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to evaluate the flame retardant mechanisms of modified PNWF. EDS and XPS analysis of the chars of PNWFs after cone calorimetry tests showed the formation of a Cr2O3 protective layer for Cr3+-crosslinked PNWF and the coordination between Cr3+ and –COOH enhances the degree of graphitization of char residue, both promoting the flame retardancy of PNWF. Due to the chemical bonding between Cr3+ and –COOH, the resultant PNWF retained 95.01% of the original LOI after undergoing the laundering procedure 50 times, revealing durable flame retardant characteristics.
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