CN102505169A

CN102505169A - 一种阻燃粘胶纤维及其制备方法

Info

Publication number: CN102505169A
Application number: CN2011103294520A
Authority: CN
Inventors: 迟健; 叶荣明; 赵望春; 刘海洋; 王可; 龚玮超
Original assignee: FUNING AUYANG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: FUNING AUYANG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明公开了一种阻燃粘胶纤维及其制备方法，阻燃粘胶纤维主要由聚硅酸、焦膦酸酯、纤维素按下述重量比组成：聚硅酸（以SiO₂计）20～55wt%、焦膦酸酯0.5～10wt%、纤维素40～70wt%。包括以下步骤：（1）分别将偏硅酸钠、焦膦酸酯溶液加入到黄化结束后的纤维素粘胶溶液中，与纤维素粘胶混合均匀，制备出阻燃纺丝粘胶溶液。（2）将阻燃纺丝粘胶溶液经含有硫酸、硫酸锌和硫酸钠的凝固浴纺丝成型，得到初生纤维。（3）将初生纤维进行水洗、脱硫、上油、干燥的后处理步骤，得到阻燃粘胶纤维。本发明由于硅、磷类阻燃剂的协同作用，大大提高了阻燃纤维的阻燃效果、耐高温性能和织物的纺织加工性能。

Description

一种阻燃粘胶纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及纤维素粘胶纤维技术领域，尤其涉及一种阻燃粘胶纤维及其制备方法。

背景技术

国内外阻燃粘胶纤维研究的产品主要有：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；芬兰的Kemira公司的Visil纤维；德国Hoechest公司开发的阻燃粘胶纤维的商品名为Danufi L；日本旭化成公司以一种或一种以上的环状和直链状化合物作为阻燃剂，按纤维量的10～40wt%添加到粘胶液中，制得具有持久耐洗性的阻燃粘胶纤维，它的吸湿和染色性好，适于与其它纤维混纺制成阻燃纺织品；日本东洋纺的波里诺西克（Polynosic）粘胶纤维，其阻燃剂为有机磷或卤素有机化合物；日本大和纺的DFG纤维，其阻燃剂为氯化磷酸酯；美国PER Rayon永久性阻燃粘胶纤维，其阻燃剂是有机酯类等等。

按粘胶纤维所使用的阻燃剂，主要分为含磷、氮、硫阻燃元素的磷酸类阻燃剂和无机硅类阻燃剂两大类，但不管使用哪种阻燃剂制备的阻燃粘胶纤维，耐高温性能均不理想，且使用前者制备的阻燃粘胶纤维在燃烧时烟气较大，且阻燃剂成本很高，使用后者制备的阻燃粘胶纤维，由于阻燃剂添加量大，导致织物的耐碱性和纺织加工性能较差，均存在一定的缺点。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种阻燃效果好、耐高温性能显著、纺织加工性能好的阻燃粘胶纤维。

本发明所要解决的第二个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种阻燃效果好、耐高温性能显著、纺织加工性能好的阻燃粘胶纤维的制备方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：

一种阻燃粘胶纤维，所述阻燃粘胶纤维主要由聚硅酸、焦膦酸酯、纤维素按下述重量比组成：

聚硅酸（以SiO₂计） 20～55wt%

焦膦酸酯 0.5～10wt%

纤维素 40～70wt%。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：

一种阻燃粘胶纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）分别将偏硅酸钠、焦膦酸酯溶液加入到黄化结束后的纤维素粘胶溶液中，与纤维素粘胶混合均匀，制备出阻燃纺丝粘胶溶液，以SiO₂计，偏硅酸钠加入量为纤维素粘胶中甲纤的25～60wt%，焦膦酸酯加入量为纤维素粘胶中甲纤的1～15wt%。

（2）将所述阻燃纺丝粘胶溶液经含有硫酸、硫酸锌和硫酸钠的凝固浴纺丝成型，得到初生纤维。

（3）将所述初生纤维进行水洗、脱硫、上油、干燥的后处理步骤，得到阻燃粘胶纤维。

其中，所述纤维素粘胶溶液采用纤维素浆粕为原料，经过包括浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化步骤制备得到，分别将偏硅酸钠、焦膦酸酯溶液加入到黄化结束后的纤维素粘胶溶液中后，再经过滤、熟成、脱泡步骤制备出阻燃纺丝粘胶溶液。

作为一种技术方案，所述偏硅酸钠溶液与所述焦磷酸酯溶液同时加入到黄化结束后的纤维素粘胶溶液中。

作为另一种技术方案，所述偏硅酸钠溶液与所述焦磷酸酯溶液分别加入到黄化结束后的纤维素粘胶溶液中。

作为一种优选，所述偏硅酸钠溶液在黄化结束后与溶解水一同加入到纤维素粘胶溶液中，所述焦磷酸酯溶液加入到黄花结束至纺丝前的纤维素粘胶溶液中。

所述的凝固浴的组成为硫酸100～130g/L,硫酸锌10～50g/L，硫酸钠300～350g/L，酸浴温度为45～60℃。

其中，在粘胶制备过程中，粘胶的组成可以控制为α-纤维素含量7～10wt%，碱含量（以NaOH计）4～7wt%，粘胶粘度可以控制为30～80s(落球法)。

上述技术方案中，偏硅酸钠、焦膦酸酯溶液与纤维素粘胶的共混可以在几个不同的环节实施，一是在纤维素粘胶黄化结束后与溶解水一同加入，偏硅酸钠、焦膦酸酯溶液与粘胶混合均匀后，经过滤、脱泡、熟成等工序，进入纺丝。或者分别在黄花结束后至纺丝前的任一工序分别加入，或者在粘胶纺丝前经注射泵注入，通过静态、动态或动静态混合的方式，达到与粘胶混合均匀的目的，与粘胶混合后，立即进入纺丝工序。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明采用偏硅酸钠和焦磷酸酯作为复合阻燃剂制备阻燃粘胶纤维，偏硅酸钠溶液进入含硫酸、硫酸锌、硫酸钠的凝固浴后，在硫酸的作用下，聚合成为聚硅酸，纤维素磺酸酯再生为纤维素，焦膦酸酯在纤维素和聚硅酸之间均匀分布，同时再生出来。聚硅酸阻燃纤维素的阻燃机理是在加热条件下，含聚硅酸的粘胶纤维逐渐失去物理及化学结合水和其它热解气体，除这些挥发性气体外，吸热的变化也导致热降。聚硅酸的作用在于阻热，使纤维免于燃烧，有效的把纤维素隔开并阻止火焰的蔓延。纤维素的脱水是通过在几个连续的酯化过程的酯化路线来进行的，聚硅酸分子的位阻效应对任何可能的再酯化反应产生影响。纤维素通过硅酸的强烈的脱水作用同时引发焦碳的形成，并在竞争性降解反应中阻碍焦油的生成。同时，纤维素和聚硅酸相结合而导致结构的变化，从而引发氢键的再分配，聚硅酸的一个重要作用在于其与纤维素单体单元及水分子的氢键结合，阻碍了热解过程中挥发性物质的逸出及焦炭的形成。随硅酸含量的增加，纤维素与硅酸间氢键增加。这种结合能影响到在随后的纤维素热解中的化学转化过程，降低纤维的可燃性并当火源移去时有自熄的作用。

焦膦酸酯类磷系阻燃剂受热分解生成磷的含氧酸，能催化含羟基化合物脱水成炭，在材料表面生成焦炭层，降低材料的质量损失速度和可燃物的生成量。有机磷系阻燃剂热解所形成的气态产物中含有Po·，可以抑制H·及·0H的产生，抑制燃烧链式反应。本申请人长期致力于阻燃粘胶纤维的研究开发，通过对硅、磷的协同阻燃分析研究表明，含有聚硅酸和焦膦酸酯的阻燃粘胶纤维在受热过程中，焦膦酸酯分解为粘稠状聚磷酸，与聚硅酸形成连续、致密的炭层，阻隔了热、氧的传递并减少了可燃性气体的挥发，燃烧时聚硅酸在凝聚相发挥阻燃作用，有效地延缓热量、氧气以及可燃气体的传递。由于硅、磷的协同效应，少量的磷酸类阻燃元素与硅酸协同作用，得到的纤维阻燃效果更好，从而获得了比单纯加入聚硅酸或者焦磷酸酯一种阻燃剂时更好的阻燃效果。本发明制备的阻燃粘胶纤维在800℃、聚硅酸的加入量（以SiO2计）为甲纤的40wt%、焦磷酸酯的不同加入量时的灼烧残渣含量：

焦磷酸酯的加入量（对甲纤wt%）	0	1.0	2.5	5.2
					灼烧残渣（wt%）	26.2	27.7	29.8	32.6

2、本发明由于硅、磷类阻燃剂的协同作用，因为阻燃效果大大提高，相比单纯使用硅类阻燃剂，可以大大减少无机硅类阻燃剂的使用量，由于作为阻燃剂，使用无机硅类时硅类阻燃剂的用量远要大于使用磷类阻燃剂时的磷类阻燃剂用量，因此使用硅类阻燃剂时对纤维的物理力学指标影响很大，因此本发明硅类阻燃剂用量减少后可以改善纤维的力学性能，从而有效提高了纤维织物的纺织加工性能。

3、本发明制备的阻燃粘胶纤维的耐高温性能显著提高。燃烧前期，主要是聚硅酸在凝聚相发挥阻燃作用，有效地延缓热量、氧气以及可燃气体的传递；燃烧中后期，焦膦酸酯在凝聚相及气相发挥阻燃效果，其剧烈分解产生挥发性的自由基以及不燃性气体，起到在气相中捕捉自由基和稀释可燃性气体的作用，从而不仅使体系具有良好的阻燃效果，而且阻燃粘胶纤维的耐高温性能显著提高。

具体实施方式

下面具体的实施例来进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例 1

以棉浆粕为原材料，经过浸渍、压榨、粉碎、老成等工艺制得碱纤维素，将碱纤维素进行黄化，将制备好的偏硅酸钠和焦磷酸酯溶液与溶解水一同加入到碱纤维素黄化后的纤维素黄酸酯中，偏硅酸钠溶液的加入量按SiO₂计，为纤维素粘胶中甲纤的32wt%，焦膦酸酯的加入量为纤维素粘胶中甲纤的11wt%；将纤维素磺酸酯与偏硅酸钠和焦磷酸酯溶液充分混合均匀，经溶解、过滤、熟成、脱泡步骤制得阻燃纺丝粘胶溶液后，在凝固浴中凝固成型，凝固浴中硫酸浓度为106g/L,硫酸锌浓度为15g/L，硫酸钠浓度为340g/L，凝固浴温度为50℃，再经塑化牵伸、水洗、脱硫、上油、干燥的后处理步骤，得到含聚硅酸（以SiO₂计）22wt%、焦膦酸酯6wt%、纤维素68wt%的阻燃粘胶纤维。

实施例 2

以棉浆粕为原材料，经过浸渍、压榨、粉碎、老成等工艺制得碱纤维素，将碱纤维素进行黄化，将制备好的偏硅酸钠和焦磷酸酯溶液与溶解水一同加入到碱纤维素黄化后的纤维素黄酸酯中，偏硅酸钠溶液的加入量按SiO₂计，为纤维素粘胶中甲纤的55wt%，焦膦酸酯的加入量为纤维素粘胶中甲纤的2.2wt%；将纤维素磺酸酯与偏硅酸钠和焦磷酸酯溶液充分混合均匀，经溶解、过滤、熟成、脱泡步骤制得阻燃纺丝粘胶溶液后，在凝固浴中凝固成型，凝固浴中硫酸浓度为126g/L,硫酸锌浓度为35g/L，硫酸钠浓度为340g/L，凝固浴温度为55℃，再经塑化牵伸、水洗、脱硫、上油、干燥的后处理步骤，得到含聚硅酸（以SiO₂计）33wt%、焦膦酸酯1.2wt%、纤维素58wt%的阻燃粘胶纤维。

实施例 3

以棉浆粕为原材料，经过浸渍、压榨、粉碎、老成等工艺制得碱纤维素，将碱纤维素进行黄化，将制备好的偏硅酸钠与溶解水一同加入到碱纤维素黄化后的纤维素黄酸酯中，将纤维素磺酸酯与偏硅酸钠充分混合均匀，经溶解、过滤、熟成、脱泡步骤，在纺丝前经纺前注射加入焦磷酸酯溶液，并混合均匀，制得阻燃纺丝粘胶溶液后，偏硅酸钠溶液的加入量按SiO₂计，为纤维素粘胶中甲纤的32wt%，焦膦酸酯的加入量为纤维素粘胶中甲纤的11wt%；在凝固浴中凝固成型，凝固浴中硫酸浓度为116g/L,硫酸锌浓度为15g/L，硫酸钠浓度为320g/L，凝固浴温度为53℃，再经塑化牵伸、水洗、脱硫、上油、干燥的后处理步骤，得到含聚硅酸（以SiO₂计）26wt%、焦膦酸酯2.5wt%、纤维素63wt%的阻燃粘胶纤维。

Claims

1.一种阻燃粘胶纤维，其特征在于：所述阻燃粘胶纤维主要由聚硅酸、焦膦酸酯、纤维素按下述重量比组成：

聚硅酸（以SiO₂计） 20～55wt%

焦膦酸酯 0.5～10wt%

纤维素 40～70wt%。

2.如权利要求1所述的阻燃粘胶纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）分别将偏硅酸钠、焦膦酸酯溶液加入到黄化结束后的纤维素粘胶溶液中，与纤维素粘胶混合均匀，制备出阻燃纺丝粘胶溶液，以SiO₂计，偏硅酸钠加入量为纤维素粘胶中甲纤的25～60wt%，焦膦酸酯加入量为纤维素粘胶中甲纤的1～15wt%；

（2）将所述阻燃纺丝粘胶溶液经含有硫酸、硫酸锌和硫酸钠的凝固浴纺丝成型，得到初生纤维；

3.如权利要求2所述的阻燃粘胶纤维的制备方法，其特征在于：所述纤维素粘胶溶液采用纤维素浆粕为原料，经过包括浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化步骤制备得到，分别将偏硅酸钠、焦膦酸酯溶液加入到黄化结束后的纤维素粘胶溶液中后，再经过滤、熟成、脱泡步骤制备出阻燃纺丝粘胶溶液。

4.如权利要求3所述的阻燃粘胶纤维的制备方法，其特征在于：所述偏硅酸钠溶液与所述焦磷酸酯溶液同时加入到黄化结束后的纤维素粘胶溶液中。

5.如权利要求3所述的阻燃粘胶纤维的制备方法，其特征在于：所述偏硅酸钠溶液与所述焦磷酸酯溶液分别加入到黄化结束后的纤维素粘胶溶液中。

6.如权利要求5所述的阻燃粘胶纤维的制备方法，其特征在于：所述偏硅酸钠溶液在黄化结束后与溶解水一同加入到纤维素粘胶溶液中，所述焦磷酸酯溶液加入到黄花结束至纺丝前的纤维素粘胶溶液中。

7.如权利要求2所述的阻燃粘胶纤维的制备方法，其特征在于：所述的凝固浴的组成为硫酸100～130g/L,硫酸锌10～50g/L，硫酸钠300～350g/L，酸浴温度为45～60℃。