ZIF-8辅助DOPO构建PET织物高效耐久阻燃体系及其机理研究

《Polymer Degradation and Stability》：The degradation degree of wearing conveyor belts and its influences on pyrolysis and combustion behaviors

本研究针对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)织物易燃且燃烧产生大量烟雾的问题，开发了一种环保型金属有机框架(MOF)辅助磷氮协同阻燃体系。通过溶剂节约型热压法原位生长ZIF-8，结合节水型超临界CO2技术引入DOPO，成功制备出具有优异阻燃性能的PET织物，其极限氧指数(LOI)从21%提升至31.6%，并兼具UV防护和抗菌功能。该研究为高性能阻燃纺织品的设计提供了可持续解决方案。

　　

在纺织工业领域，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)织物因其优异的机械强度和耐久性而被广泛应用于服装、家居和汽车内饰。然而，这种材料的易燃特性却暗藏危机——其极限氧指数(LOI)仅为19.5%，意味着在正常空气中极易燃烧。更令人担忧的是，PET织物燃烧时会产生熔滴、浓烟和有毒气体，严重威胁人们的生命安全。

传统的阻燃处理方法往往面临诸多挑战：卤系阻燃剂虽效果显著但存在环境隐患，共聚改性技术则工艺复杂且成本高昂。近年来，磷氮协同阻燃体系因其环保特性备受关注，但如何在纺织品上实现持久、高效的阻燃效果仍是业界难题。特别是常规的水相处理工艺会产生大量废水，与绿色制造理念背道而驰。

在此背景下，青岛大学的研究团队独辟蹊径，将目光投向金属有机框架(MOFs)这一新兴材料。他们创新性地结合热压法和超临界CO₂技术，在PET织物上构建了ZIF-8辅助的磷氮协同阻燃系统。这项研究发表于《Polymer Degradation and Stability》，为解决纺织品阻燃难题提供了新思路。

研究人员采用热压法在PET织物上原位生长ZIF-8晶体，随后通过超临界CO₂流体将DOPO(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)有效锚定在织物表面。这种组合工艺不仅节约溶剂和用水，还显著提升了阻燃剂的负载量和结合牢度。通过X射线光电子能谱(XPS)和密度泛函理论(DFT)计算，团队深入探究了ZIF-8与DOPO之间的化学相互作用机制。

材料制备与表征

研究首先通过热压法在PET织物表面成功构建了ZIF-8涂层，重量增加达8.1%。扫描电镜(SEM)显示ZIF-8晶体均匀分布在纤维表面，X射线衍射(XRD)证实其典型晶体结构。后续的DOPO处理使织物增重7.5%，明显高于未改性PET的5.8%，表明ZIF-8有效促进了DOPO的吸附。傅里叶变换红外光谱(FTIR)和XPS分析揭示了ZIF-8与DOPO之间存在化学键合，DFT计算进一步验证了这种相互作用的稳定性。

阻燃性能评估

极限氧指数测试显示，改性PET织物的LOI值从21%显著提升至31.6%。锥形量热仪测试表明，峰值热释放率(PHRR)降低20.2%，总热释放(THR)减少，点燃时间(TTI)延长。更令人印象深刻的是，烟雾产生率(SPR)峰值下降54.1%，一氧化碳(CO)平均产率降低79.6%。垂直燃烧测试中，改性织物表现出自熄特性，且无熔滴现象。

阻燃机理分析

通过热重分析(TGA)和残炭表征，研究人员提出了双相阻燃机制。在凝聚相，ZIF-8热解生成的ZnO与DOPO衍生的磷酸类物质协同促进致密炭层形成；在气相，磷自由基和含氮非可燃气体共同抑制燃烧链式反应。特别值得注意的是，ZnO对CO向CO₂的催化转化是降低毒性的关键因素。

功能性评估

改性织物在保持原有机械性能和透气性的同时，还获得了额外的功能特性。紫外线防护系数(UPF)达到优秀等级，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率均超过99%。经过多次洗涤后，织物仍保持稳定的阻燃效果，证明其具有良好的耐久性。

这项研究成功开发了一种环境友好的PET织物阻燃处理新策略。通过ZIF-8与DOPO的协同作用，不仅显著提升了织物的防火安全性，还赋予其多功能特性。该工作为高性能阻燃纺织品的设计提供了新思路，特别是在减少水资源消耗和化学废物排放方面具有重要环保意义。未来，这种MOF辅助的协同工程策略有望推广到其他聚合物材料的阻燃改性中，为材料安全与可持续发展开辟新的可能。