CN103741250A - 一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在pet纤维中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用，包括：将干燥后的PET切片、磷系阻燃剂和纳米材料，在30-180℃条件下，搅拌混匀，然后在240-300℃条件下，挤出造粒，得到阻燃PET切片；将PET切片进行干燥，然后冷却至40-90℃，加入分散剂，得到纺丝原料，进行纺丝，牵伸加工，即得。本发明提供的PET切片纺丝成型好，纤维品质优良；采用的纳米材料能与磷系阻燃剂产生协同作用，可有效减少阻燃剂的用量，从而降低成本，另外可起到增强作用，能有效提高纤维力学性能，并能提高PET的耐熔滴性能。

Description

一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用

技术领域

本发明属于聚酯纤维的制备领域，特别涉及一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用的制备方法。

背景技术

随着经济全球化的不断推进和国内PET纤维装置产能的快速扩张，PET纤维产品的市场供需关系已经发生根本性改变，生产量超过需求已经是不争的事实。据报道，瑞士咨询机构(SRI)公司的新调查发现，世界PET的生产能力达到5 800万t/a，已超过需求量1000万t/a。然而，PET纤维属于熔融可燃性纤维，对聚酯纤维进行阻燃化处理，降低其引发火灾的危害性显得十分必要和迫切。

聚酯阻燃改性的方法主要有共聚、共混、后整理等几种方法，其中共混法因工序简单，耐久性好等优点，而被广泛应用。然而添加型磷系阻燃剂的加入会影响PET纤维力学性能，成为阻燃PET纺丝中需要解决的重要问题。20世纪80年代兴起的聚合物/无机纳米复合材料为解决上述问题提供了思路，纳米阻燃体系之一的有机-无机杂化协同体系，不仅综合纳米粒子和有机材料的优良特性，还具备其特殊的优点：如由纳米粒子界面大来消除聚合物与纳米粒子热膨胀系数不匹配的问题、纳米材料的粘度增高效应以及复合材料与基体相似的流变性能等，其最大的优点是低添加量即能显著提高材料的热稳定性、阻燃性、耐熔滴性和力学性能。这些优点使得无机纳米粒子协同磷系阻燃聚酯纤维在实现阻燃性能优异的同时，可以提高纤维的力学性能以及耐熔滴性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用，该方法提供的PET切片纺丝成型好，纤维品质优良；采用的纳米材料能与磷系阻燃剂产生协同作用，可有效减少阻燃剂的用量，从而降低成本，另外可起到增强作用，能有效提高纤维力学性能，并能有效提高PET的耐熔滴性能。

本发明的一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用，包括：

（1）将干燥后的PET切片（上海德福伦化纤有限公司）、磷系阻燃剂和纳米材料，在30-200℃条件下，搅拌混匀，然后在240-300℃条件下，挤出造粒，得到阻燃PET复合材料切片；其中磷系阻燃剂加入量为PET的3-10wt%，纳米材料加入量为PET切片的0.1-5wt%；

（2）将上述阻燃PET切片进行干燥，然后冷却至30-100℃，加入分散剂，得到纺丝原料，进行纺丝，牵伸加工，即得阻燃PET纤维，其中分散剂的加入量为纺丝原料的0.05-3wt%。

所述步骤（1）中PET切片的干燥方法为：80-180℃，鼓风干燥1-5h，然后在100-170℃，热风干燥4-12h。

所述步骤（1）中磷系阻燃剂干燥温度为70-150℃，干燥温度为5-48℃；纳米材料干燥温度为80-150℃，干燥时间为5-48℃。

所述步骤（1）中磷系阻燃剂为磷酸三苯酯、聚对二苯砜苯基磷酸酯、次膦酸铝、次膦酸锌中的一种或几种，粒径为0.2-3.0μm。

所述步骤（1）中纳米材料为钠基蒙脱土、氨基硅烷改性蒙脱土、季磷盐插层蒙脱土、硅铝纳米管、膨胀石墨、多面体低聚倍半硅氧烷中的一种，粒径为0.01-0.8μm。

所述步骤（1）中搅拌速率为40-400rpm。

所述步骤（1）中挤出造粒为双螺杆挤出机挤出造粒。

所述步骤（2）中干燥PET复合材料切片方法为：80-180℃下鼓风干燥1-5h，然后将其放入热风干燥箱内100-170℃干燥4-12h。

所述步骤（2）中分散剂为季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或两种。

所述步骤（2）中纺丝工艺参数为：复合纺丝机进行纺丝，纺丝温度240-300℃、纺丝卷绕速度为600-3000m/min。

所述步骤（2）中牵伸加工参数为牵伸倍数1-4倍，热盘温度50-100℃，热板温度120-200℃。

有益效果：

（1）本发明提供的PET切片纺丝成型好，纤维品质优良；

（2）本发明中PET纤维材料中所用的阻燃剂为无卤阻燃剂，使用和燃烧过程中安全无毒，该纤维是一种绿色环保材料；（3）本发明采用的纳米材料能与磷系阻燃剂产生协同作用，可有效减少阻燃剂的用量，从而降低成本，另外可起到增强作用，能有效提高纤维力学性能，并能有效提高PET的耐熔滴性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例，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

（1）将粒径为3μm的聚对二苯砜苯基磷酸酯粉体和0.3μm的钠基蒙脱土，在100℃下干燥24小时；

（2）将PET切片（上海德福伦化纤有限公司）于120℃下鼓风干燥2小时，后将其放入热风干燥箱内150℃干燥8小时，然后将其与步骤（1）中所得的阻燃剂粉体以及钠基蒙脱土在60℃的温度和300rpm的搅拌速度下混合均匀，所述的阻燃剂粉体的加入量为PET切片的5%，纳米材料的加入量为PET切片的1%，将所得的混合物注入双螺杆挤出机挤出造粒制成阻燃PET切片，双螺杆挤出机的螺杆加工温度为260℃；

（3）将步骤（2）中得到的阻燃PET切片在130℃下鼓风干燥4小时，然后将其放入热风干燥箱内150℃干燥8小时，冷却至60℃，加入乙撑双硬脂酸酰胺得到纺丝原料，所述乙撑双硬脂酸酰胺的加入量为纺丝原料的0.4wt%，纺丝原料加入到熔融纺丝机中进行纺丝，纺丝温度295℃、纺丝卷绕速度为1000m/min，制得的初生阻燃纤维，在Barmag牵伸机上进行后牵伸加工，得到阻燃PET纤维，其中牵伸倍数3.0倍，热盘温度60℃，热板温度140℃。

采用此方法制得的阻燃PET纤维单丝纤度：1.5～3.0dtex，断裂强度≥3.2CN/dtex，断裂伸长率≥15%，线密度偏差率±6.0；将制得的纤维织成织物，根据GB/T 5454-1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》测得该阻燃PET纤维材料的LOI为30%。

实施例2

（1）将粒径为1.0μm的双组份阻燃剂聚对二苯砜苯基磷酸酯和次膦酸铝（质量比为2:1）粉体，和0.3μm的季磷盐插层蒙脱土，在110℃下干燥24小时；

（2）将PET切片（上海德福伦化纤有限公司）于150℃下鼓风干燥3小时，后将其放入热风干燥箱内160℃干燥4小时，然后将其与步骤（1）中所得的阻燃剂粉体以及季磷盐插层蒙脱土在80℃的温度和250rpm的搅拌速度下混合均匀，所述的阻燃剂粉体的加入量为PET切片的4%，季磷盐插层蒙脱土的加入量为PET切片的1.5%，将所得的混合物注入双螺杆挤出机挤出造粒制成阻燃PET切片，双螺杆挤出机的螺杆加工温度为290℃；

（3）将步骤（2）中得到的阻燃PET切片在130℃下鼓风干燥4小时，然后将其放入真空干燥箱内150℃干燥6小时，冷却至50℃，加入季戊四醇硬脂酸酯得到纺丝原料，所述季戊四醇硬脂酸酯的加入量为纺丝原料的0.6wt%，纺丝原料加入到熔融纺丝机中进行纺丝，纺丝温度295℃、纺丝卷绕速度为800m/min，制得的初生阻燃纤维，在Barmag牵伸机上进行后牵伸加工，得到阻燃PET纤维，其中牵伸倍数3.0倍，热盘温度70℃，热板温度150℃。

采用此方法制得的阻燃PET纤维单丝纤度：1～3dtex，断裂强度≥3.0CN/dtex，断裂伸长率≥15%，线密度偏差率±5.0；将制得的纤维织成织物，根据GB/T 5454-1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》测得该阻燃PET纤维材料的LOI为31%。

实施例3

（1）将粒径为0.3μm的硅铝纳米管在120℃下干燥24小时，并选择磷酸三苯酯为阻燃剂；

（2）将PET切片（上海德福伦化纤有限公司）于130℃下鼓风干燥4小时，后将其放入热风干燥箱内160℃干燥6小时，然后将其与步骤（1）中所得的阻燃剂粉体以及硅铝纳米管在40℃的温度和200rpm的搅拌速度下混合均匀，所述的阻燃剂粉体的加入量为PET切片的5%，硅铝纳米管的加入量为PET切片的0.5%，将所得的混合物注入双螺杆挤出机挤出造粒制成阻燃PET切片，双螺杆挤出机的螺杆加工温度为268℃；

（3）将步骤（2）中得到的阻燃PET切片在130℃下鼓风干燥4小时，然后将其放入热风干燥箱内150℃干燥6小时，冷却至40℃，加入乙撑双硬脂酸酰胺得到纺丝原料，所述乙撑双硬脂酸酰胺的加入量为纺丝原料的0.8wt%，纺丝原料加入到熔融纺丝机中进行纺丝，纺丝温度295℃、纺丝卷绕速度为800m/min，制得的初生阻燃纤维，在Barmag牵伸机上进行后牵伸加工，得到阻燃PET纤维，其中牵伸倍数3倍，热盘温度60℃，热板温度140℃。

采用此方法制得的阻燃PET纤维单丝纤度：1.5～3.0dtex，断裂强度≥3.2CN/dtex，断裂伸长率≥20%，线密度偏差率±8.0；将制得的纤维织成织物，根据GB/T 5454-1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》测得该阻燃PET纤维材料的LOI为29%。

实施例4

（1）将粒径为0.2μm的膨胀石墨在120℃下干燥24小时，并选择聚对二苯砜苯基磷酸酯和磷酸三苯酯（质量比4:1）为阻燃剂；

（2）将PET（上海德福伦化纤有限公司）于130℃下鼓风干燥3小时，后将其放入真空干燥箱内160℃干燥6小时，然后将其与步骤（1）中所得的阻燃剂粉体以及季磷盐插层蒙脱土在50℃的温度和200rpm的搅拌速度下混合均匀，所述的阻燃剂粉体的加入量为PET切片的5%，膨胀石墨的加入量为PET切片的0.5%，将所得的混合物注入双螺杆挤出机挤出造粒制成增强阻燃PET切片，双螺杆挤出机的螺杆加工温度为270℃；

（3）将步骤（2）中得到的阻燃PET切片在130℃下鼓风干燥3小时，然后将其放入真空干燥箱内150℃干燥8小时，冷却至50℃，加入乙撑双硬脂酸酰胺得到纺丝原料，所述乙撑双硬脂酸酰胺的加入量为纺丝原料的0.5wt%，纺丝原料加入到熔融纺丝机中进行纺丝，纺丝温度298℃、纺丝卷绕速度为1000m/min，制得的初生阻燃纤维，在Barmag牵伸机上进行后牵伸加工，得到阻燃PET纤维，其中牵伸倍数3倍，热盘温度70℃，热板温度150℃。

采用此方法制得的阻燃PET纤维单丝纤度：1.5～2.5dtex，断裂强度≥3.5CN/dtex，断裂伸长率≥15%，线密度偏差率±7.0；将制得的纤维织成织物，根据GB/T 5454-1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》测得该阻燃PET纤维材料的LOI为30%。

Claims (10)

1.一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用，包括：

（1）将干燥后的PET切片、磷系阻燃剂和纳米材料，在30-180℃条件下，搅拌混匀，然后在240-300℃条件下，挤出造粒，得到阻燃PET复合材料切片；其中磷系阻燃剂加入量为PET的3-10wt%，纳米材料加入量为PET的0.1-5wt%；

（2）将上述阻燃PET切片进行干燥，然后冷却至40-90℃，加入分散剂，得到纺丝原料，进行纺丝，牵伸加工，即得阻燃PET纤维，其中分散剂的加入量为纺丝原料的0.1-2wt%。

2.根据权利要求1所述的一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用，其特征在于：所述步骤（1）中PET的干燥方法为：80-140℃，鼓风干燥1-5h，然后在100-170℃，热风干燥4-12h。

3.根据权利要求1所述的一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用，其特征在于：所述步骤（1）中磷系阻燃剂干燥温度为90-150℃，干燥时间为5-48h；纳米材料干燥温度为80-150℃，干燥时间为5-48h。

4.根据权利要求1所述的一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用，其特征在于：所述步骤（1）中磷系阻燃剂为磷酸三苯酯、聚对二苯砜苯基磷酸酯、次膦酸铝、次膦酸锌中的一种或几种，粒径为0.2-3.0μm。

5.根据权利要求1所述的一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用，其特征在于：所述步骤（1）中纳米材料为钠基蒙脱土、氨基硅烷改性蒙脱土、季磷盐插层蒙脱土、硅铝纳米管、膨胀石墨、多面体低聚倍半硅氧烷中的一种，粒径为0.1-0.8μm。

6.根据权利要求1所述的一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用，其特征在于：所述步骤（1）中挤出造粒为双螺杆挤出机挤出造粒。

7.根据权利要求1所述的一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用，其特征在于：所述步骤（2）中干燥PET复合材料切片方法为：80-140℃下鼓风干燥1-5h，然后将其放入热风干燥箱内110-170℃干燥4-12h。

8.根据权利要求1所述的一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用，其特征在于：所述步骤（2）中分散剂为季戊四醇硬脂酸酯、乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或两种。

9.根据权利要求1所述的一种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用，其特征在于：所述步骤（2）中纺丝工艺参数为：复合纺丝机进行纺丝，纺丝温度240-310℃、纺丝卷绕速度为600-3000m/min。

10.根据权利要求1所述的种无机/有机杂化复合阻燃剂及其在PET纤维中的应用，其特征在于：所述步骤（2）中牵伸加工参数为牵伸倍数1-4倍，热盘温度50-90℃，热板温度120-200℃。