摘要
以针叶木纤维为基体,通过引入聚多巴胺(PDA)表面修饰后的芳纶纤维(AF)作为增强体,采用湿法成型制备了PDA/AF装饰原纸,重点研究了PDA/AF添加量对装饰原纸物理性能、摩擦磨损性能以及阻燃性能的影响,并探讨了其影响机制。研究结果表明,当PDA/AF添加量为25%时,PDA/AF装饰原纸的干抗张指数为34.2 N·m/g,湿抗张指数为7.56 N·m/g,相比针叶木浆装饰原纸分别提高了22%和80%;磨损率为2.43×1
随着社会的进步,人们对森林的保护愈发重视,尤其是我国森林资源较为匮乏使得经济、环保、实用的装饰原纸在家具以及建筑装潢领域愈发受到青
传统装饰原纸,以植物纤维为主要原料,来源广泛,制备方法简单,但是耐热、阻燃性能较差、工况适应性较
为进一步提升芳纶纤维与植物纤维的界面结合且不破坏纤维原有结构,有学者提出对芳纶纤维进行表面化学改性处理,丰富芳纶纤维表面的活性基团。多巴胺(DA)分子链上具有乙氨基和酚羟基,极易发生自聚合形成聚多巴胺(PDA)沉积在纤维表面,从而增加纤维表面的极性基团,提高分子间氢键作
对位芳纶短切纤维,河北硅谷化工有限公司,纤维长度3~5 mm;北方漂白硫酸盐针叶木浆板,加拿大凯利普有限公司,纤维平均长度2.4 mm;十二烷基苯磺酸钠(LAS),分析纯,天津市天力化学试剂有限公司;盐酸多巴胺(DA-HCl),分析纯,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;三羟甲基氨基甲烷(Tris),分析纯,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;锐钛型钛白粉,银马CHA-120,彩虹颜料制品有限公司。
ME204、ME2002电子天平、HC103水分测定仪,瑞士METTLER TOLEDO;TD15-A纤维疏解机,咸阳通达轻工设备有限公司;SHB-III循环水式多用真空泵,郑州长城科工贸有限公司;Vega 3 SBH扫描电子显微镜(SEM),捷克TESCAN; VERTEX 70 傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR),德国BRUKER;L&W SE-062抗张强度测试仪,瑞典L&W公司;CFT-1型材料表面性能综合测定仪,西安顺通机电应用技术研究所;PX-07-007锥形量热仪(MCC),苏州菲尼克斯仪器有限公司。
配制质量浓度为2.0 g/L的DA-HCl溶液,加入缓冲试剂Tris调节溶液pH值至8.5。在标准疏解机中加入芳纶短切纤维疏解20000转后,使其完全浸泡在配制的DA-HCl溶液中,室温搅拌24 h使纤维分散均匀。观察溶液颜色由无色变为橙色,再逐渐变成黑色,这是DA氧化自聚过程的颜色变化。最后,用去离子水、无水乙醇洗涤至中性,40℃下真空干燥5 h,得到PDA修饰后的芳纶短切纤维,密封保存备用。
在饰面材料的制作和使用中,抗张强度是比较重要的物理性能指标。装饰原纸的力学性能通过测试拉伸强度来表征。将其裁成宽15 mm的条形试样,采用电子拉力试验机在30 mm/min的拉伸速度下进行拉伸强度的测试,计算如
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式中,P为抗张强度,N/mm;为平均抗张力,N;Lw为试验纸条的宽度,mm。

图1 AF和PDA/AF的FT-IR图
Fig. 1 FT-IR spectra of AF and PDA/AF

图2 AF和PDA/AF的SEM图
Fig. 2 SEM images of AF and PDA/AF

图3 AF和PDA/AF添加量对装饰原纸干湿抗张指数的影响
Fig. 3 Effects of AF and PDA/AF addition on the wet and dry tensile index of decorative base paper
从
因此,PDA包覆AF可以改善AF与植物纤维之间的结合作用,提高纸张的机械性能。为了综合比较AF和PDA/AF的复合对于装饰原纸性能的影响,实验将取用AF与PDA/AF添加量均为25%的装饰原纸进行进一步分析研究。

图4 不同装饰原纸的抗摩擦磨损性能
Fig. 4 Friction and wear properties of different decorative base paper


图5 不同装饰原纸磨损前后SEM图
Fig. 5 SEM images of different decorative base paper

图6 不同装饰原纸烟密度燃烧测试
Fig. 6 Smoke density of different decorative base paper
本研究采用聚多巴胺(PDA)对芳纶纤维(AF)表面进行化学修饰,然后将其与针叶木纤维和钛白粉通过湿法抄造制备装饰原纸。并通过材料表面分析仪、锥形量热仪对装饰原纸阻燃耐磨性能分析,探究其磨损机制与燃烧机制。
3.1 傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)测试表明,PDA成功地修饰在AF表面,且包覆得较为均匀。
3.2 当AF添加量为25%时,PDA/AF装饰原纸的干抗张指数为34.2 N·m/g,湿抗张指数为7.56 N·m/g,相比于未添加AF和PDA/AF的装饰原纸分别提升了22%和80%。
3.3 PDA/AF装饰原纸的动摩擦系数较小,运行平稳性得到较大的改善,磨损率为2.43×1
3.4 PDA包覆后的AF使得装饰原纸具有优异的阻燃性能,最大热释放速率(PHRR)为125.21 W/g,与未添加AF和PDA/AF的装饰原纸相比降低了20.55%,且烟密度明显降低。
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