CN102383211A - 一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺，属于粘胶纤维领域。本发明提供了一种阻燃剂由新型的膨胀型环保磷氮系阻燃剂与硅系阻燃剂复配而成的阻燃粘胶纤维的生产工艺，含有磷、氮、硅三种阻燃成份，三者可很好的发挥阻燃协同作用，使得阻燃剂的加入量更少，且阻燃效果更佳。另外使得纤维强度高，即保证了粘胶原液良好的可纺性能，又保证了阻燃剂在纤维中分布的均匀性。

Description

一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺

技术领域

本发明涉及一种粘胶纤维的生产工艺，尤其涉及一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺，属于粘胶纤维领域。

背景技术

粘胶纤维容易着火燃烧引发火灾，从而造成人身伤亡和财产损失，使其应用受到限制。因而阻燃粘胶纤维的研究一直都是纤维改性研究的重要内容。阻燃粘胶纤维可用作服装面料，如部队作战服、老人、儿童、病人服装以及消防服、 床上用品等。

国内在1990年前后曾经出现过阻燃粘胶纤维研究开发的高潮，也探索了几种常用的共混阻燃改性的方法，所用阻燃剂均是瑞士Sandoz公司的Sandoflame5060焦磷酸酯类有机化合物。上海纺织科学研究院、南京化工学院等单位进行了焦磷酸酯类阻燃剂的合成研究及中试生产，保定天鹅化纤集团有限公司、丹东化纤公司、南京化纤股份有限公司、上海化纤三厂等厂家采用国产的或者进口的该阻燃剂试制或批量生产了阻燃粘胶纤维产品。

国外在20世纪70年代初就开始阻燃粘胶纤维的研究，瑞士Sandoz公司的 Sandoflame5060 焦磷酸酯类有机化合物，是一种有效的用于粘胶纤维的共混型阻燃剂，该阻燃剂为白色结晶固体，纯度可达到99%以上，完全不溶于水。该阻燃剂和分散剂经过研磨后形成分散悬浮液，利用纺前混合器加入粘胶原液中进行纺丝，可制得阻燃粘胶长丝、短纤等；奥地利 Lenzing 公司的Viscosa FR阻燃粘胶纤维是在纺前原液中加入含磷、氮阻燃元素的磷酸类阻燃剂，该阻燃粘胶纤维是一种与棉很相近的纤维束纤维，在吸湿性、保温能力、手感和天然结构上更是如此，这种纤维可以根据具体应用对其纤度、长度和外观的要求进行工业产品的生产。德国Hoechest公司开发的阻燃粘胶纤维的商品名为Danufi L，是以不含卤素的有机磷作阻燃剂，阻燃剂以很细的分散形式直接加到纺前粘胶液中，纯纺织物可作防护品、消防服、装饰布等。

公开号为CN 101597806A，名称为“一种阻燃粘胶纤维纺丝液及其制备方法”的专利提供了一种阻燃粘胶纤维纺丝液及其制备方法，本发明采用水玻璃与有机磷酸酯类化合物混合作为阻燃剂，并添加适当的分散剂到粘胶纤维中得到粘胶纤维纺丝液，该纺丝液具有分散稳定、无絮凝的特点。该阻燃粘胶纤维纺丝液所用的水玻璃、磷酸酯阻燃试剂均为无毒无味无害的环保产品，其在粘胶纤维液中分散性好，成本低。用该纺丝液纺丝得到的粘胶纤维燃烧时不产生有害气体，可减少对环境的污染，且阻燃性能好，极限氧指数可达到28以上，达到国家的纺织品的阻燃要求。

上述专利由于采用的磷系阻燃剂只含有磷阻燃成份，且水玻璃的添加量较大，且只有磷、硅阻燃成份，在保证达到阻燃要求的情况下，总的阻燃剂添加量较大，对纤维的物理性能会产生一定的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺，使得阻燃纤维阻燃效果好，纤维强度高，即保证了粘胶原液良好的可纺性能，又保证了阻燃剂在纤维中分布的均匀性。

为了实现上述发明目的，本发明的具体技术方案如下：

一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺，经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解制得甲纤维素含量为8.6-9.0%的粘胶溶液，其特征在于：

A、将SiO₂重量百分比含量为40-50%的水玻璃加入到所述的粘胶溶液中，进行混合自然溶解，其中水玻璃的加入量为粘胶溶液重量的20-40%，搅拌均匀制得固含量为8.9-9.3%，含NaOH重量百分比为5.7-6.3%的粘胶混合溶液；

B、步骤A制得的粘胶混合溶液经常规的过滤、熟成工艺制得纺前粘胶液，在此纺前粘胶液中加入粒径为0.1-0.5μm，固含量为25-30%的磷氮系阻燃剂N，N^’-二(5,5-二甲基-2-磷杂-2-硫代-1,3-二噁烷-2-基)乙二胺的分散液（该分散液为同时申请的另一项专利中的产品），加入量为所述的甲纤维素重量的5-10%，然后搅拌均匀制得纺丝原液；

C、将纺丝原液经过常规的过滤、熟成、纺丝、脱硫、水洗、上油以及烘干工艺制得产品环保复配型阻燃粘胶纤维。

在步骤A中所述的水玻璃的模数为1.5-2.0。

在步骤C中所述的纺丝是指将纺丝原液在硫酸含量为103-107g/l，硫酸钠含量为328-332g/l，硫酸锌含量为10-14g/l，温度为48-52℃的酸浴中纺丝成型。

在步骤C中所述的脱硫步骤为用浓度为5-8g/L、温度为70-80℃的亚硫酸钠溶液脱硫1-2分钟。

技术方案中所述的N，N^’-二(5,5-二甲基-2-磷杂-2-硫代-1,3-二噁烷-2-基)乙二胺的分散液包括以下重量份数计的组分组成：

磷氮系阻燃剂25-30份、润湿剂1-2份、高分子分散剂3-5份、解絮凝剂分散剂1-2份、消泡剂0.5-1份、去离子水60-70份；

所述的磷氮系阻燃剂为N,N^’-二(5,5-二甲基-2-磷杂-2-硫代-1,3-二噁烷-2-基)乙二胺；

所述的润湿剂为醇类，如：乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、异丙醇。 

所述的高分子分散剂为pH值7-8，活性成分在43-47%的聚羧酸钠盐分散剂或者聚丙烯酸铵。

所述解絮凝分散剂是分子量为4000-6000的烷羟基氨基酰胺解絮凝分散剂BYK-109。

所述消泡剂为硅系消泡剂，如：二甲基硅油、SXP消泡剂、SG消泡剂、GXP消泡剂、OS消泡剂、WH_1消泡剂或者PGA消泡剂。

上述分散液的准备方法如下：

A、将60-70份去离子水，1-2份润湿剂加入拉缸中在转速为100-150 r/min的搅拌下混合均匀；

B、将3-5份高分子分散剂，1-2份解絮凝剂放入拉缸中，在转速为300-400 r/min下进行高速分散10-20 min；

C、将搅拌转速降至150-200 r/min，边搅拌边将0.5-1份的消泡剂加入拉缸中；

D、待气泡消去，在转速为250-350 r/min的搅拌下，同时将25-30份的磷氮系阻燃剂缓慢加入拉缸中，搅拌分散20-30 min；

E、将所得溶液利用球磨机研磨2-3 h，至粒径为100-500nm，即得到本发明所述一种适用于粘胶纤维的磷氮系阻燃剂分散液。

本发明带来的有益技术效果：

1、本发明是以纤维素为主要成分，磷氮系阻燃剂的加入，使纤维素遇火时阻燃剂会分解为含磷酸或酸酐，后者可使纤维素迅速脱水碳化，此时磷氮系阻燃剂的作用主要有:生成不燃的水蒸气并带走一部分热量，减少了纤维素的有效燃烧成分，促进碳化层生成，从而达到阻燃效果；

2、硅酸盐阻燃剂能溶于水是以分子形式混合于粘胶纺丝液中，分散均匀，保证了后续磷氮系阻燃剂加入后的可纺性；同时硅酸盐的加入，在凝固浴中硅酸盐分解成硅酸，硅酸进一步聚合成网络状的聚硅酸分散于粘胶纤维中，其中结合的大量化学结合水，在纤维遇火后，化学结合水遇热蒸发，可以带走大量热量，降低纤维周围的温度；

3、聚硅酸可以起到屏蔽火焰热源向基体材料的传递作用，而且纤维中无机成分的表面有助于束缚原子团，阻止可燃的活性基团的释放燃烧。磷氮系阻燃剂与硅酸盐类阻燃填充剂结合使用，具有脱水，成炭性，且互补缺点，减少了单一阻燃剂的使用量，解决了复配型阻燃剂在纤维中的不均匀性，不仅增强了纤维的阻燃性能，而且使纤维物理性能也得到了提高；

4、本发明所述的阻燃剂由新型的膨胀型环保磷氮系阻燃剂与硅系阻燃剂复配而成，含有磷、氮、硅三种阻燃成份，三者可很好的发挥阻燃协同作用，使得阻燃剂的加入量更少，且阻燃效果更佳。

具体实施方式

实施例1

一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺，经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解制得甲纤维素含量为8.6%的粘胶溶液，其特征在于：

A、将SiO₂重量百分比含量为40%的水玻璃加入到所述的粘胶溶液中，进行混合自然溶解，其中水玻璃的加入量为粘胶溶液重量的20%，搅拌均匀制得固含量为8.9%，含NaOH重量百分比为5.7%的粘胶混合溶液；

B、步骤A制得的粘胶混合溶液经过滤、熟成工艺制得纺前粘胶液，在此纺前粘胶液中加入粒径为0.1μm，固含量为25%的磷氮系阻燃剂N，N^’-二(5,5-二甲基-2-磷杂-2-硫代-1,3-二噁烷-2-基)乙二胺的分散液，加入量为所述的甲纤维素重量的5%，然后搅拌均匀制得纺丝原液；

C、将纺丝原液经过过滤、熟成、纺丝、脱硫、水洗、上油以及烘干工艺制得产品环保复配型阻燃粘胶纤维。

实施例2

一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺，经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解制得甲纤维素含量为9.0%的粘胶溶液，其特征在于：

A、将SiO₂重量百分比含量为50%的水玻璃加入到所述的粘胶溶液中，进行混合自然溶解，其中水玻璃的加入量为粘胶溶液重量的40%，搅拌均匀制得固含量为9.3%，含NaOH重量百分比为6.3%的粘胶混合溶液；

B、步骤A制得的粘胶混合溶液经过滤、熟成工艺制得纺前粘胶液，在此纺前粘胶液中加入粒径为0.5μm，固含量为30%的磷氮系阻燃剂N，N^’-二(5,5-二甲基-2-磷杂-2-硫代-1,3-二噁烷-2-基)乙二胺的分散液，加入量为所述的甲纤维素重量的10%，然后搅拌均匀制得纺丝原液；

C、将纺丝原液经过过滤、熟成、纺丝、脱硫、水洗、上油以及烘干工艺制得产品环保复配型阻燃粘胶纤维。

实施例3

一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺，经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解制得甲纤维素含量为8.8%的粘胶溶液，其特征在于：

A、将SiO₂重量百分比含量为45%的水玻璃加入到所述的粘胶溶液中，进行混合自然溶解，其中水玻璃的加入量为粘胶溶液重量的30%，搅拌均匀制得固含量为9.1%，含NaOH重量百分比为6.0%的粘胶混合溶液；

B、步骤A制得的粘胶混合溶液经过滤、熟成工艺制得纺前粘胶液，在此纺前粘胶液中加入粒径为0.3μm，固含量为27.5%的磷氮系阻燃剂N，N^’-二(5,5-二甲基-2-磷杂-2-硫代-1,3-二噁烷-2-基)乙二胺的分散液，加入量为所述的甲纤维素重量的7.5%，然后搅拌均匀制得纺丝原液；

C、将纺丝原液经过过滤、熟成、纺丝、脱硫、水洗、上油以及烘干工艺制得产品环保复配型阻燃粘胶纤维。

实施例4

一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺，经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解制得甲纤维素含量为8.7%的粘胶溶液，其特征在于：

A、将SiO₂重量百分比含量为48%的水玻璃加入到所述的粘胶溶液中，进行混合自然溶解，其中水玻璃的加入量为粘胶溶液重量的21%，搅拌均匀制得固含量为9.0%，含NaOH重量百分比为5.9%的粘胶混合溶液；

B、步骤A制得的粘胶混合溶液经过滤、熟成工艺制得纺前粘胶液，在此纺前粘胶液中加入粒径为0.4μm，固含量为26%的磷氮系阻燃剂N，N^’-二(5,5-二甲基-2-磷杂-2-硫代-1,3-二噁烷-2-基)乙二胺的分散液，加入量为所述的甲纤维素重量的8%，然后搅拌均匀制得纺丝原液；

C、将纺丝原液经过过滤、熟成、纺丝、脱硫、水洗、上油以及烘干工艺制得产品环保复配型阻燃粘胶纤维。

实施例5

在实施例1-4的基础上，可以选择以下优选方案：

在步骤A中所述的水玻璃的模数为1.5。

在步骤C中所述的纺丝是指将纺丝原液在硫酸含量为103g/l，硫酸钠含量为328g/l，硫酸锌含量为10g/l，温度为48℃的酸浴中纺丝成型。

在步骤C中所述的脱硫步骤为用浓度为5g/L、温度为70℃的亚硫酸钠溶液脱硫1分钟。

实施例6

在实施例1-4的基础上，可以选择以下优选方案：

在步骤A中所述的水玻璃的模数为2.0。

在步骤C中所述的纺丝是指将纺丝原液在硫酸含量为107g/l，硫酸钠含量为332g/l，硫酸锌含量为14g/l，温度为52℃的酸浴中纺丝成型。

在步骤C中所述的脱硫步骤为用浓度为8g/L、温度为80℃的亚硫酸钠溶液脱硫2分钟。

实施例7

在实施例1-4的基础上，可以选择以下优选方案：

在步骤A中所述的水玻璃的模数为1.8。

在步骤C中所述的纺丝是指将纺丝原液在硫酸含量为105g/l，硫酸钠含量为330g/l，硫酸锌含量为12g/l，温度为50℃的酸浴中纺丝成型。

在步骤C中所述的脱硫步骤为用浓度为6.5g/L、温度为75℃的亚硫酸钠溶液脱硫1.5分钟。

实施例8

在实施例1-4的基础上，可以选择以下优选方案：

在步骤A中所述的水玻璃的模数为1.7。

在步骤C中所述的纺丝是指将纺丝原液在硫酸含量为106g/l，硫酸钠含量为329g/l，硫酸锌含量为11g/l，温度为49℃的酸浴中纺丝成型。

在步骤C中所述的脱硫步骤为用浓度为7.5g/L、温度为72℃的亚硫酸钠溶液脱硫1.9分钟。

实施例9

制备1.67dtex*38mm复配型阻燃纤维：

     用棉木浆柏为原料，通过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解步骤制得20kg粘胶溶液，其中甲纤维素含量为9%。

     将1.2kgSiO2含量为32%的，模数为1.5的水玻璃加入到20kg粘胶溶液中，进行溶解，搅拌均匀制得含固量为9.3%，含碱为5.7%的粘胶溶液，经过滤、熟成制的纺前粘胶液，再在此纺丝液中加入0.36kg粒径在0.1-0.5μm，含固量为25%磷系阻燃剂分散液，用混合器搅拌均匀制得纺丝原液；将此纺丝原液在硫酸含量为105g/l，硫酸钠含量为330g/l，硫酸锌含量为12g/l，温度为50℃的酸浴中纺丝成型，将所纺丝条经过水洗、脱硫、水洗、脱水、上油、烘干步骤处理得到1.67dtex*38mm的复配型阻燃纤维。

    纤维指标：干断裂强度：2.05cN/dtex;湿断裂强度：1.03 cN/dtex；干断裂伸长率：19%；线密度偏差：-1.0%；白度：73%；含油率：2.5%；回潮率：13%；残硫率：15mg/100g；极限氧指数（LOI）31。

实施例10  

制备2.22dtex*38mm复配型阻燃纤维

     用棉木浆柏为原料，通过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解步骤制得20kg粘胶溶液，所制粘胶溶液甲纤维素含量为9%。

     将0.9kgSiO2含量为30%的，模数为2.0的水玻璃加入到20kg粘胶溶液中，进行溶解，搅拌均匀制得含固量为9.2%，含碱为6.3%的粘胶溶液，经过滤、熟成制的纺前粘胶液，再在此纺丝液中加入0.6kg粒径在0.1-0.5μm，含固量为30%磷系阻燃剂分散液，用混合器搅拌均匀制得纺丝原液；将此纺丝原液在硫酸含量为110g/l，硫酸钠含量为330g/l，硫酸锌含量为15g/l，温度为50℃的酸浴中纺丝成型，将所纺丝条进过水洗、脱硫、水洗、脱水、上油、烘干步骤处理得到2.22dtex*38mm的复配型阻燃纤维。

    纤维指标：干断裂强度：2.15cN/dtex;湿断裂强度：1.1 cN/dtex；干断裂伸长率：20.5%；线密度偏差：-1.5%；白度：75%；含油率：2.2%；回潮率：11%；残硫：8mg/100g；极限氧指数（LOI）33。

实施例11  

制备1.67 dtex*38mm复配型阻燃纤维：

     用棉木浆柏为原料，通过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解取20kg粘胶溶液，所制粘胶溶液甲纤维素含量为9%。

     将0.8kgSiO2含量为35%的，模数为1.8的水玻璃加入到20kg粘胶溶液中，进行溶解，搅拌均匀制得含固量为9.15%，含碱为5.8%的粘胶溶液，经过滤、熟成制的纺前粘胶液，再在此纺丝液中加入0.32kg粒径在0.1-0.5μm，含固量为28%磷系阻燃剂分散液，用混合器搅拌均匀制得纺丝原液；将此纺丝原液在硫酸含量为108g/l，硫酸钠含量为330g/l，硫酸锌含量为15g/l，温度为50℃的酸浴中纺丝成型，将所纺丝条进行水洗、脱硫、水洗、脱水、上油、烘干处理得到1.67dtex*38mm的复配型阻燃纤维。

    纤维指标：干断裂强度：2.10cN/dtex;湿断裂强度：1.14cN/dtex；干断裂伸长率：19.5%；线密度偏差：-2.0%；白度：77%；含油率：2.0%；回潮率：12%；残硫：10mg/100g；极限氧指数（LOI）29。

Claims (4)

1.一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺，经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解制得甲纤维素含量为8.6-9.0%的粘胶溶液，其特征在于：

A、将SiO₂重量百分比含量为40-50%的水玻璃加入到所述的粘胶溶液中，进行混合自然溶解，其中水玻璃的加入量为粘胶溶液重量的20-40%，搅拌均匀制得固含量为8.9-9.3%，含NaOH重量百分比为5.7-6.3%的粘胶混合溶液；

B、步骤A制得的粘胶混合溶液经过滤、熟成工艺制得纺前粘胶液，在此纺前粘胶液中加入粒径为0.1-0.5μm，固含量为25-30%的磷氮系阻燃剂N，N^’-二(5,5-二甲基-2-磷杂-2-硫代-1,3-二噁烷-2-基)乙二胺的分散液，加入量为所述的甲纤维素重量的5-10%，然后搅拌均匀制得纺丝原液；

C、将纺丝原液经过过滤、熟成、纺丝、脱硫、水洗、上油以及烘干工艺制得产品环保复配型阻燃粘胶纤维。

2.根据权利要求1所述的一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺，其特征在于：在步骤A中所述的水玻璃的模数为1.5-2.0。

3.根据权利要求1所述的一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺，其特征在于：在步骤C中所述的纺丝是指将纺丝原液在硫酸含量为103-107g/l，硫酸钠含量为328-332g/l，硫酸锌含量为10-14g/l，温度为48-52℃的酸浴中纺丝成型。

4.根据权利要求1所述的一种环保复配型阻燃粘胶纤维的生产工艺，其特征在于：在步骤C中所述的脱硫步骤为用浓度为5-8g/L、温度为70-80℃的亚硫酸钠溶液脱硫1-2分钟。