1. 3T ng quan vm ts ộố phương pháp kiểm tra tính cháy ca vi ả
1.4.1.4 M ts nghiên cu sd ng các dn xu t ca Piperazine, Triazine ủ
M t s các nghiên c u s d ng các ch t ch m cháy d a trên P ộ ố ứ ử ụ ấ ậ ự –N k t h p vế ợ ới nguyên t ố khác như S, Cl,là các d n xu t c a Piperazine, Triazine-phosphonate [51-ẫ ấ ủ 53]
Thach-Mien D. Nguyen và cộng sự [52] phát triển một chất HCC khơng halogen chứa N- là Diethyl 4-methylpiperazin-1-ylphosphoramidate (CN-3). MP ẫu vải bơng in hoa và mẫu vải bơng chéo được xử lý với dung dịch chứa nồng độ khác nhau của CN -3 sao cho đạt lượng hĩa chất thêm vào đạt từ 7÷ 22% cho vải in và 3 ÷ 18% cho vải chéo, sau đĩ sấy, gia nhiệt ở 160 °C trong 5 phút Kết quả kiểm tra tính cháy theo . hướng thẳng đứng cho thấy chiều dài than hĩa ít hơn 50% so với vải chưa xử lý, khơng cĩ AF hay AG. Vải khơng xử lý LOI là 12% và 18%, sau xử lý đạt tới 28% và 31% cho vải in và vải chéo tương ứng. Tuy nhiên kết quả cho thấy rằng độ bền với giặt của chất HCC này sau quá trình xử lý là khơng cao. Sau 1 lần giặt ở 40 °C trong 10 phút mức hấp thu hĩa chất đã giảm đến 84%.
Trong nghiên cứu khác của Thach-Mien Nguyen và các cộng sự [51] đã sử dụng chất chậm cháy chứa P-N là Tetraethyl piperazine -1,4 - diyldiphosphonate (TEPP)
và chất chậm cháy chứa P-N-S là O, O, O ', O'-tetramethyl piperazine -1,4 - diyldiphosphonothioate (TMPT) để XLHCC. Vải bơng dệt chéo ngâm trong dung dịch hồn tất 1 h, sau đĩ được ép với lực ép 10 psi, sấy ở 100 °C trong 5 phút; gia nhiệt ở 165 °C trong 5 phút. Kết quả thử nghiệm tính cháy theo hướng thẳng cho thấy chỉ cĩ các mẫu sau xử lý với 5% và 7% TEPP mới cĩ khả năng tự tắt lửa, và chiều dài than hĩa của mẫu sau xử lý là 4,2 – 3,5 cm, giá trị LOI thu được là 28,8% và 29,8% tương ứng. Kết quả cho thấy TEPP đem lại hiệu quả HCC tốt hơn TMPT. Tuy nhiên trong nghiên cứu này chưa cĩ đánh giá về độ bền HCC với các chu kỳ giặt cũng như độ bền cơ học của vải sau XLHCC.
Monique M. Nguyen và các cộng sự [53] đã sử dụng các dẫn xuất triazine - photphonate như chất HCC cho bơng. Vải được xử lý bằng các dẫn xuất của triazine-
16
phosphonate là diethyl 4,6-dichloro-1,3,5-triazin-2-ylphosphonate (TPN1) và dimethyl (4,6-dichloro-1,3,5-triazin-2-yloxy)methylphosphonate(TPN3). Các mẫu vải bơng dệt chéo đã được giặt với 20% NaOH trong 2 h và ép dưới điều kiện 40 psi. Vải bơng sau khi giặt sạch, ngấm ép trong dung dịch hĩa chất chậm cháy đạt mức ép 110% - 120%, sấy ở 110 °C trong 5 phút và gia nhiệt ở 120 °C trong 10 phút. Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ giải thích và chứng minh cơ chế liên kết của TPN1 và TPN3 đối với xenlulo, chỉ cĩ phân tích nhiệt trọng (TGA) mà khơng cĩ các phân tích về thuộc tính cháy khác. Các mẫu được XLHCC cho thấy điểm thay đổi khối lượng sớm hơn (255 °C 270 °C) so với bơng khơng xử lý (311 °C).-
Dawei Jiang và các cộng sự [13] đã tổng hợp và sử dụng hợp chất imidazole spirocyclic phosphoramidate (ISPA) dựa trên N – P trong XLHCC cho vải bơng. Vải bơng 100 S%. ử dụng quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của 4 yếu tố nồng độ: ISPA (10 - 30% axit photphoric - 2% axit cyanuric - 2%), (0 ), (0 ), nhiệt độ gia nhiệt (140 - 180 °C). Vải được làm sạch vàngâm trong 300 ml dung dịch hồn tất theo cơng thức phối hợp các yếu tố khác nhau (25 phương án); ép đạt mức ép ~ 100%, sấy ở 80 °C trong 5 phút và gia nhiệt theo các điều kiện khác nhau (140, 150, 160, 170, 180 °C) trong 3 phút. Kết quả cho thấy ở điều kiện tối ưu (30% ISPA, 1,5% H3PO4, 2% axit cyanuric, gia nhiệt ở 170 °C trong 3 phút) LOI đạt 36,6%, chiều dài than hĩa mẫu sau thử nghiệm tính cháy theo hướng thẳng đứng là 64 mm, độ bền kéo đứt giảm 13,3%. Tuy nhiên trong nghiên cứu này, độ bền HCC của mẫu sau xử lý với giặt cịn chưa được đánh giá cũng như tính sinh thái của vải sau quá trình XLHCC khi mà hoạt chất dùng trong điều chế ISPA cĩ chứa halogen.
Ngồi ra, m t s nghiên cộ ố ứu cũng đã đưa thêm chitosan vào trong quá trình XLHCC cho v i bơng nhả ằm nâng cao tác động hi p lệ ực giữa P và N [31, 54, 55].
Nghiên cứu của Dawei Jiang và các c ng sộ ự [31] như đã phân tích ở trên cũng đã cho th y vai trị c a chitosan trong vi c cung cấ ủ ệ ấp thêm N để cĩ tác động hi p l c vệ ự ới P c a ch t HCC diammonium hydrogen phosphate (DAHP). Hi u qu ủ ấ ệ ả đã được ch ng ứ minh bền đến 25 chu k ỳgiặt.
Sireerat Charuchinda và c ng sộ ự [54] đã sử ụ d ng ch t chấ ậm cháy vơ cơ khơng b n Sodium polyphosphate ph i h p v i chitosan cĩ khề ố ợ ớ ối lượng phân t 800 g/mol, ử mức độ deacetyl hĩa 85%, axit acetic, tác nhân LKN. Vải bơng đã tẩy trắng được xử lý v i 5 sodium polyphosphate, và 2% dung d ch chitosan, m c ép 80%. V i sau ớ % ị ứ ả đĩ được s y khơ và gia nhiấ ệt ở 60 °C trong 5 phút. K t qu ki m tra tính cháy theo ế ả ể hướng 45° cho th y tấ ốc độ lan truy n l a c a m u sau XLHCC gi m tuy nhiên m u ề ử ủ ẫ ả ẫ v n cháy h LOI c a m u khơng x 17%; LOI c a m u sau x lý cĩ chitosan và ẫ ết; ủ ẫ ửlý ủ ẫ ử khơng cĩ chitosan là 20,5% và 22%, sau giặt là 17% và 19%, tương ứng. Điều này đã cho thấy r ng chitosan cĩ vai trị cung cằ ấp thêm N để ạ t o ra tác d ng hi p l c v i ụ ệ ự ớ P làm tăng thêm độ ề b n HCC cho v i bơng. M c dù v y, trong nghiên cả ặ ậ ứu này chưa đạ ượt đ c hi u qu HCC cho v i bơng vì ch t HCC s d ng là d ng khơng b n. ệ ả ả ấ ử ụ ạ ề
A. El-Shafei và các c ng s ộ ự[55] đã sử ụ d ng TiO2 và chitosan trong x lý hồn ử t t ch m cháy và kháng khu n cho v i bơng. Vấ ậ ẩ ả ải bơng được ngâm trong dung dịch chứa: nồng độ khác nhau c a chitosan phosphate (0 - 10%) hịa tan trong 1,2,3,4 ủ BTCA (0 8%), ch t xúc tác SHP (0 - 8%). V– ấ ải sau đĩ được ép đạt m c ép ~ 100%, ứ s y khơ 85 °C trong 3 phút, p tấ ở tiế ục được ép trong dung d ch ch a nano TiOị ứ 2 - (0 9%), s y khơ và gia nhiấ ệt ở 160 °C trong 2 phút. K t qu cho th y hi u qu HCC ế ả ấ ệ ả thấp: LOI t t nh là 23 khi dung d ch hồn t t chố ất % ị ấ ứa chitosan phosphate 6%, 4%
17
BTCA, 6% SHP, 9% TiO2, trong khi LOI c a m u khơng x lý là 17%. K t qu ủ ẫ ử ế ả nghiên c u này ứ cũng cho thấy v i bơng gi m bả ả ền ít hơn khi cĩ sự hi n di n cệ ệ ủa chitosan phosphate (nếu dung d ch hồn t t cho v i bơng ch ị ấ ả ỉ cĩ BTCA, SHP thì độ b n ề kéo đứt c a v i giủ ả ảm 51%, trong khi đĩ khi cĩ thêm chitosan phosphate độ ề b n kéo đứt ch gi m 31%). ỉ ả
Nhận xét: Vấn đề ớ l n nhất đố ới v i các h p ch t này là kh ợ ấ ả năng ứng d ng r ng ụ ộ rãi b i vì các quá trình ph n ng c n x ở ả ứ ầ ử lý ở các điều ki n khác nhau trong th i gian ệ ờ dài và m i ch cĩ m t s nghiên c u ớ ỉ ộ ố ứ đánh giá độ ề b n HCC c a v i sau x ủ ả ử lý v i giớ ặt. Để tăng cường độ ề b n HCC v i gi t m t s nghiên cớ ặ ộ ố ứu đã bổ sung thêm chitosan.
1.4.2 T ng quan các cơng trình nghiên cổ ứu h n ch cháy cho v i bơng ạ ế ả
s d ng ử ụ các phương pháp khác như sol-gel, layer by layer
Ngồi k ỹthuật NE-S-GN truy n thề ống thì đã cĩ nhi u nghiên c u s d ng các k ề ứ ử ụ ỹ thuật khác như k thu t lỹ ậ ắng đọng các phân t trên b m t v t liử ề ặ ậ ệu như: lắng đọng hơi v t lý (PVD), lậ ắng đọng hơi hĩa học (CVD), k ỹthuật m ạ điện, phương pháp lazer, lắng đọng plasma hoặc dựa trên plasma. Trong s ố các phương pháp tiếp c n k thuậ ỹ ật b m t, các k ề ặ ỹthuật sol-gel và layer by layer (LbL) gần đây đã thu hút sự chú ý của nhi u nhà nghiên c u ề ứ [56-62]. Hai phương pháp này nhằm mục đích bảo v b mệ ề ặt s i ho c v i thơng qua vi c hình thành m t l p ph b m t cĩ th làm ch m quá trình ợ ặ ả ệ ộ ớ ủ ề ặ ể ậ khu ch tán oxy vào v i và làm chế ả ậm quá trình nhiệt phân [57].
-
Kỹ thuật sol gel được chia thành 4 loại [57]:
Lớp phủ sol gel vơ cơ: Đầu tiên các phương pháp sol gel đã được sử dụng phổ - - biến để tạo lớp phủ hồn tồn vơ cơ trên nền vật liệu dệt. Lớp phủ cĩ độ dày khoảng 350 nm để làm giảm tính cháy của xenlulo tái sinh (visco). Vì mục đích này, tetraethylorthosilicate (TEOS) đã được sử dụng như một tiền chất để làm tăng độ ổn định nhiệt và khả năng chống lửa của xenlulo.
Lớp phủ sol gel chứa - P: Để tăng thêm hiệu quả HCC các nghiên cứu đã đưa thêm vào P hoặc N và P.
Hiệu ứng ngăn chặn khĩi được tạo ra bởi lớp phủ sol-gel (Smoke Suppressant Effects Provided): Hoạt chất nano silica hoặc micro phân tử hoặc dựa trên silica đã được phủ lên trên vải bơng đem lại hiệu quả trong việc ngăn chặn khĩi. Lớp phủ sol gel lai hữu cơ – vơ cơ (Hybrid Organic–- Inorganic) Q: uá trình xử lý
kép kết hợp chất chậm cháy vơ cơ và hữu cơ đưa lên vải bơng như: TMOS (tetramethylortosilicate) và methacryloyloxypropyltrimethoxysilane; Ammonium dihydrogen phosphate và guanidine carbonate…đều cho thấy đem lại hiệu quả HCC, giảm 90% nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình đốt cháy [57]. Kỹ thuật LbL cũng được phân thành 3 loại [57]: Phủ LbL vơ cơ; Phủ LbL Intumescent; Phủ LbL lai hữu cơ
Phương pháp này sử dụng để lắng đọng các hợp chất chậm cháy trên nền vật liệu với các lớp màng rất mỏng. Về cơ bản phương pháp này là tạo ra các lớp phủ tích điện trên bề mặt liên kết với vật liệu chủ yếu dựa trên các lực tĩnh điện, mặc dù cịn một số liên kết khác như (liên kết hydro, liên kết cộng hĩa trị). Việc tạo ra các lớp LbL với sự tương tác thơng qua lực tĩnh điện thể hiện trong Hình 1.6.
18
Hình 1.6: Hình ảnh mơ tả về kỹ thuật LbL [57]
Kỹ thuật phủ LbL được thực hiện bằng cách ngâm vải trong dung dịch chất đa điệ phân với nồng độ rất nhỏ từ 0,n 5 - 1% trọng lượng, kết quả là cĩ các lớp tích điện dương và âm chồng lên nhau trên bề mặt vải và quá trình được lặp lại sau mỗi bước.
Fei Fang và các cộng sự [68] đã tạo ra lớp phủ chậm cháy bằng cation chitosan và anion ammonium polyphosphate lên trên vải bơng bằng kỹ thuật LbL Vải bơng . được giặt sạch(dùng nước khử ion), sau đĩ được nhúng vào dung dịch chitosan trong 5 phút, giặt sạch trong 1 phút và để khơ, tiếp theo nhúng vào dung dịch chứa chất chậm cháy trong 5 phút, giặt sạch trong 1 phút và để khơ. Kết quả vải đã hồn thành 1 chu kỳ tạo ra lớp phủ chậm cháy. Sau đĩ vải được ngâm xen kẽ vào các dung dịch chitosan và chất chậm cháy để thu được số lớp mong muốn trên vải. Tuy nhiên, từ lớp thứ hai thì thời gian nhúng vào dung dịch chỉ là 1 phút và thời gian giặt là 30 s. Kết quả cho thấy sau 5 lớp thì mức hấp thu hĩa chất chậm cháy trên vải là 6,5% tương ứng cĩ 0 21% hàm lượng P, sau 20 lớp mức hấp thu hĩa chất là 14,3% và cĩ 0,96, % P. Kết quả kiểm tra tính cháy theo hướng thẳng đứng cho thấy phải đến 20 lớp phủ chậm cháy vải mới cĩ thể tự tắt sau thời gian đánh lửa. Tuy nhiên mẫu vẫn cĩ thời gian cháy hồn tồn là 11 s và cháy gần hết mẫu, tạo than hĩa.
Haifeng Pan và các cộng sự [56] đã sử dụng chất bán sinh học là phosphorylated poly (vinyl alcohol) (PPVA) và chitosan nhằm nâng cao khả năng HCC cho vải bơng thơng qua kỹ thuật LbL. Trước khi lắng đọng hĩa chất, vải bơng được giặt sạch với nước cất, để khơ ở ở nhiệt độ phịng qua đêm. Sau đĩ vải được ngâm vào dung dịch chitosan tích điện dương trong 5 phút, xả sạch với nước cất, rồi lại ngâm vào dung dịch PPVA trong 1 phút, sau đĩ xả sạch với nước cất. Quá trình này được lặp lại đến 10, 20 và 30 lớp. Kết quả kiểm tra tính cháy theo phương thẳng đứng cho thấy rằng mẫu sau XLHCC đã tạo than hĩa sau 10, 20 lớp, chỉ cĩ mẫu sau 30 lớp mới cĩ khả năng tự tắt lửa (than hĩa < 50%). Kết quả cho thấy rằng, phải phủ đến 30 lớp hĩa chất thì vải bơng sau khi XLHCC theo kỹ thuật này mới cĩ khả năng tự dập tắt lửa trong khơng khí, do đĩ vải cĩ thể sẽ bị cứng sau quá trình hồn tất.
Sechin Chang và các c ng sộ ự [60] s d ng phân t sinh h c cĩ ch a P là casein ử ụ ử ọ ứ để ử x lý HCC cho vải bơng thơng qua k ỹthuật LbL. Một chu trình x ửlý vải sẽ được đưa vào hai b n ch a riêng bi t: B n th nh t ch a polyethylenimine, ure và ồ ứ ệ ồ ứ ấ ứ diammonium phosphate (DAP); B n ồ thứ hai ch a casein ứ đã được phân tán đều trong
19
nước kh . Quá trình này sửion ẽ đượ ặ ạc l p l i 20 lần, sau đĩ ấ ởs y 110 °C và gia nhi t ệ ở 140 °C v i tớ ốc độ 2 phút. Km/ ết qu LOI m u khơng x lý là 21%, m u sau x lý ả ẫ ử ẫ ử 29%, 32% và 34% v i các m u x lý nớ ẫ ử ở ồng độ 10, 15, và 20% ure và DAP tương ứng. Chi u dài than hĩa ng n nh t là 4 cm (m u 20% ure và DAP). Nghiên c u này ề ắ ấ ẫ ứ đã cho thấy hi u qu HCC c a m u sau x lý tệ ả ủ ẫ ử ốt hơn các nghiên c u [56, 68], tuy ứ nhiên vấn đề ầ c n quan tâm v i các nghiên c u này vớ ứ ẫn là độ ề b n HCC, và c ng độ ứ của vải sau x ửlý.
Trong nghiên c u cứ ủa Yun Liu và các c ng sộ ự [59] đã sử ụ d ng kỹthuật sol-gel để ph h p chủ ợ ất lai vơ cơ – ữu cơ (PPD h -PTES) ch a P, Si, N nh m c i thiứ ằ ả ện đặc tính cháy cho v i bơng. Các m u vả ẫ ải bơng được đưa vào dung dịch ch a 10% PPD-ứ PTES trong 5, 10, 20 và 30 phút. Các m u vẫ ải sau đĩ được vắt để ạ ỏ lo i b PPD-PTES dư thừa, rồi đem sấy khơ 100 °C trong 4 ở h. Đặc tính cháy theo hướng thẳng đứng c a các m u sau x lý ủ ẫ ử cho th y th i gian ngâm v i trong dung d ch 5, 10, 20 thì vấ ờ ả ị ải ch cĩ thỉ ể ạ t o than hĩa (m u i ch ng cháy h t, tro vẫ đố ứ ế ụn), b t cháy và cháy h t m u. ắ ế ẫ Tuy nhiên m u x lý v i th i gian 30 phút cho th y v i khơng b t cháy, t o than hĩa ẫ ử ớ ờ ấ ả ắ ạ ngay vùng ti p xúc v i ng n l a. Tuy nhiên m u sau x lý khơng tr i qua quá trình ế ớ ọ ử ẫ ử ả giặt nên chưa th đánh giá độ ềể b n HCC của vải sau xử lý.
Ngồi k ỹthuật x lý v i nh ử ả ờ phương pháp sol gel, LbL thơng thườ- ng thì nghiên c u cứ ủa Jelena Vasiljevic´ và các c ng sộ ự [62] đã tạo ra vải bơng đa chức năng (chống thấm nước, thấm d u, kháng khu n, ch m cháy) b ng k ầ ẩ ậ ằ ỹ thuật sol-gel k t h p vế ợ ới phương pháp NE - - S GN. Ba tiền chất được s d ng trong quá trình hồn t t g m ử ụ ấ ồ cĩ 1H, 1H, 2H, 2H-fluorooctyltriethoxysilane (SiF, 95%) đượ ửc s dụng như tác nhân chống thấm nước, th m d u; 3-(trimethoxysilyl)-propyldimethyloctadecyl ấ ầ ammonium chloride (SiQ, 60%) được s dử ụng như tác nhân kháng khuẩn và P,P- diphenyl-N- -(trimethoxysilyl)propyl) phosphinic amide (SiP) s d(3 ử ụng như tác nhân chậm cháy. Vải được ngâm trong h n h p các ti n ch t trên v i các nỗ ợ ề ấ ớ ồng độ khác nhau nhiở ệt độ 20 °C và được ép v i m c ép 85%, s y khơ 100 °C và gia nhiớ ứ ấ ở ệt ở 150 °C, 5 phút. K t qu phân tích cho th y r ng nế ả ấ ằ ở ồng độ (4% SiF; 3,9% SiQ; 3% SiP) là điều ki n t t nh t trong nghiên cệ ố ấ ứu này để ả v i cĩ kh ả năng chống thấm nước,