CN104073917A - 一种阻燃聚酯纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料领域，涉及一种聚酯纤维及其制备方法。该磷系阻燃聚酯纤维由阻燃聚酯母粒与纤维主体以1：1-10：1的质量比混合后，进行熔融纺丝得到。本发明中得到的阻燃聚酯纤维，生产方法简单，易操作。加工出来的织物具有良好的阻燃性、耐热性、耐洗涤性等优点。本方法得到的纤维可广泛用于生产高档装饰布、无纺布、工装布、地毯、装饰材料等产品，具有无毒、阻燃性持久等特点。

Description

一种阻燃聚酯纤维及其制备方法

发明领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种聚酯纤维及其制备方法。

技术背景

聚酯纤维具有强度高、弹性好、抗皱性强、耐磨性佳以及优异的耐热性等特点。因此，无论在民用和工业上应用广泛，是一种较为理想的纺织材料。聚酯纤维目前是合成纤维中产量最大、用途最广的品种，由于其良好的机械性能和拉伸性能，被广泛的应用在服饰、产业、嘉通运输、装饰材料等领域。但是，聚酯纤维属于可燃性纤维，随着其应用领域的扩大，在某些特殊领域的使用场合，比如军事、航空、交通运输、娱乐场所、医院等的装饰材料、消防设施等，则需要达到一定的阻燃要求。全球每年由于纤维材料易燃引起的火灾造成了巨大的经济损失。

近年来，随着聚酯纤维的大量使用，人们对聚酯纤维的阻燃型进行了深入研究。开发了多种阻燃剂和阻燃处理办法。目前，已利用的阻燃剂有含卤素化合物、金属氧化物混合物、含氮化合物、含磷化合物和类似物等。但是含卤素阻燃剂的阻燃聚酯纤维在燃烧时容易释放出有刺激性和腐蚀性的含毒卤化氢气体和烟，危害环境，因而其使用收到了限制；而金属氧化物这类阻燃剂主要用于塑料用阻燃聚酯；当使用磷系阻燃剂时，也存在一些热稳定性降低，聚酯纤维的色泽性变差，产品变黄等问题，影响最终产品的品质。

中国专利200780047558.3公开了一种阻燃聚酯纤维及其制备方法，通过在单独的拉制装置中整经拉制未拉制纤维的同时热处理为拉制的纤维，使制得的纤维显示低热应力并对热具有良好的形状稳定性。但是该方法比较复杂，对设备要求较高，不利于工业化生产。中国专利200910196830.5提供了一种纳米无机阻燃聚酯纤维的制备方法，但无机材料的分散性还有待进一步的提高，影响产品的质量。

本发明通过在聚酯合成过程中添加反应型磷阻燃剂，将阻燃剂加入到聚酯的分子链中，可达到很好的阻燃效果，扩宽了聚酯纤维的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种可纺性好、产品安全性高，性能优异且方法简单的聚酯纤维及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磷系阻燃聚酯纤维，是由阻燃聚酯母粒与纤维主体以1：1-10：1的质量比混合后，进行熔融纺丝得到。

其中，所述的阻燃聚酯母粒与纤维主体质量比优选2：1-10：1。

所述的纤维主体为聚对苯二钾酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丙二酯，优选聚对苯二甲酸丁二酯。

所述的阻燃聚酯母粒，由包括以下摩尔数的组分制成：

所述的催化剂选自醋酸盐或钛化合物中的一种或一种以上，包括醋酸钙、醋酸镁、二水合醋酸锌、钛酸四乙酯、钛酸四正丙酯或钛酸四正丁酯。

所述的阻燃剂选自2-羟乙基苯磷酸、2-羟乙基甲基磷酸酯、2-羟乙基甲基磷酸、双(对-羧苯基)苯基氧化膦（BCPPO）中的一种或一种以上，其对应的结构式为：

2-羟乙基苯磷酸                   2-羟乙基甲基磷酸酯

2-羟乙基甲基磷酸

双(对-羧苯基)苯基氧化膦（BCPPO）

所述的稳定剂选自亚磷酸三苯酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三癸酯、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯或磷酸三癸酯中的一种或一种以上。

一种上述阻燃聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）将2.7-3mol对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯、3.3-8mol丁二醇以及0.0007-0.002mol催化剂加入到2L反应釜中进行反应，直到馏分出来水的总量达到理论值的90%以上，保温半小时，加入0.001-0.005mol稳定剂、0.0008-0.07mol二氧化钛和0.2-1.0mol阻燃剂，然后抽真空缩聚，当反应釜搅拌转速降至最低时出料，得阻燃聚酯母粒；

（2）将步骤（1）得到的阻燃聚酯母粒与纤维主体以1：1-10：1的质量比混合后，经过螺杆型纺丝机进行熔融纺丝，冷却后，进行上油、预牵伸、卷绕、牵伸处理，得到结构均匀、纤度可控的阻燃聚酯纤维。

所述的步骤（1）中，反应温度190-240℃，缩聚反应的温度为240-270℃，缩聚时间为1.5-4h。当聚合物的粘度为0.6-0.95范围时，结束反应，得到阻燃聚酯母粒。

所述的步骤（2）的纺丝温度为240-270℃，纺丝速度为800-2000m/min。

所述的步骤（2）的牵引处理的倍率为1.5-3，加工温度为60-100℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的这种制备方法，合理控制P元素的含量，可大大降低生产成本，提高阻燃聚酯纤维的品质。在阻燃聚酯母粒中，P元素的含量过低则起不到降低成本、改善阻燃性的效果；P含量过高，则影响聚合过程。

本发明针对聚酯纤维进行改性，使其具有良好的阻燃性能，拓宽其应用领域，且方法简单、易操作，可使用常用的涤纶纺丝设备，不需特定购买及改造。

本发明中得到的阻燃聚酯纤维，生产方法简单，易操作。加工出来的织物具有良好的阻燃性、耐热性、耐洗涤性等优点。本方法得到的纤维可广泛用于生产高档装饰布、无纺布、工装布、地毯、装饰材料等产品，具有无毒、阻燃性持久等特点。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步说明本发明。

本发明的阻燃性测试方法为：按照法国NFP92-503/504/505燃烧试验测试阻燃等级。阻燃等级有M4-M1四个等级，M1阻燃等级最高。

实施例1

（1）将498g（3mol）对苯二甲酸、405g（4.5mol）丁二醇以及催化剂0.25g（0.0007mol）钛酸四正丁酯加入到2L反应釜中进行反应，直到馏分出来水的总量达到理论值的90%以上，保温半小时，加入稳定剂亚磷酸三苯酯0.62g（0.002mol）、二氧化钛0.06g（0.0008mol）和阻燃剂2-羟乙基苯磷酸114.2g（0.2mol），然后抽真空缩聚，当反应釜搅拌转速降至最低时出料（当聚合物的粘度为0.6-0.95）；反应温度230℃，缩聚温度260℃，压力为40-50Pa下缩聚时间2.5h，既得阻燃聚酯母粒。

（2）聚合得到的母粒与聚对苯二钾酸丁二酯以10：1的比例混合后，经过螺杆型纺丝机进行熔融纺丝，冷却后，进行上油、预牵伸、卷绕、牵伸处理，得到结构均匀、纤度可控的阻燃聚酯纤维。其中，纺丝温度为240℃，纺丝速度为800m/min。牵伸的加工倍率为2.1，加工温度为70℃。

本发明得到的阻燃聚酯纤维其性能指标如下：其阻燃性能达到M1，强度为3.25cN/dtex。实施例2

（1）将498g（3mol）对苯二甲酸、378g（4.2mol）丁二醇以及催化剂0.32g（0.002mol）醋酸钙加入到2L反应釜中进行反应，直到馏分出来水的总量达到理论值的90%以上，保温半小时，加入稳定剂磷酸三甲酯0.7g（0.005mol）、二氧化钛0.8g（0.01mol）和阻燃剂2-羟乙基甲基磷酸酯247g（1.0mol），然后抽真空缩聚，当反应釜搅拌转速降至最低时出料（当聚合物的粘度为0.6-0.95）；反应温度240℃，缩聚温度270℃，压力为30-40Pa下缩聚时间3h，既得阻燃聚酯母粒。

（2）聚合得到的母粒与聚对苯二钾酸丁二酯以1：1的比例混合后，经过螺杆型纺丝机进行熔融纺丝，冷却后，进行上油、预牵伸、卷绕、牵伸处理，得到结构均匀、纤度可控的阻燃聚酯纤维。其中，纺丝温度为260℃，纺丝速度为1000m/min。牵伸的加工倍率为1.5，加工温度为100℃。

本发明得到的阻燃聚酯纤维其性能指标如下：其阻燃性能达到M1，强度为2.53cN/dtex。实施例3

（1）将523.8g（2.7mol）对苯二甲酸二甲酯、484g（5.4mol）丁二醇以及催化剂0.40g（0.0018mol）二水合醋酸锌加入到2L反应釜中进行反应，直到馏分出来水的总量达到理论值的90%以上，保温半小时，加入稳定剂磷酸三苯酯0.98g（0.003mol）、二氧化钛2.4g（0.03mol）和阻燃剂2-羟乙基甲基磷酸258.4g（0.8mol），然后抽真空缩聚，当反应釜搅拌转速降至最低时出料（当聚合物的粘度为0.6-0.95）；反应温度220℃，缩聚温度240℃，压力为50-60Pa下缩聚时间3.5h，既得阻燃聚酯母粒。

（2）聚合得到的母粒与聚对苯二钾酸丁二酯以3：1的比例混合后，经过螺杆型纺丝机进行熔融纺丝，冷却后，进行上油、预牵伸、卷绕、牵伸处理，得到结构均匀、纤度可控的阻燃聚酯纤维。其中，纺丝温度为270℃，纺丝速度为1200m/min。牵伸的加工倍率为1.8，加工温度为80℃。

本发明得到的阻燃聚酯纤维其性能指标如下：其阻燃性能达到M1，强度为2.98cN/dtex。

实施例4

（1）将523.8g（2.7mol）对苯二甲酸二甲酯、540g（6mol）丁二醇以及催化剂0.16g（0.0007mol）钛酸四乙酯、0.11g（0.0005mol）二水合醋酸锌加入到2L反应釜中进行反应，直到馏分出来水的总量达到理论值的90%以上，保温半小时，加入稳定剂亚磷酸三苯酯0.31g（0.001mol）、二氧化钛4g（0.05mol）和阻燃剂双(对-羧苯基)苯基氧化膦415.8g（0.3mol），然后抽真空缩聚，当反应釜搅拌转速降至最低时出料（当聚合物的粘度为0.6-0.95）；反应温度210℃，缩聚温度250℃，压力为40-60Pa下缩聚时间4h，既得阻燃聚酯母粒。

（2）聚合得到的母粒与聚对苯二钾酸丁二酯以2：1的比例混合后，经过螺杆型纺丝机进行熔融纺丝，冷却后，进行上油、预牵伸、卷绕、牵伸处理，得到结构均匀、纤度可控的阻燃聚酯纤维。其中，纺丝温度为250℃，纺丝速度为2000m/min。牵伸的加工倍率为2.5，加工温度为90℃。

本发明得到的阻燃聚酯纤维其性能指标如下：其阻燃性能达到M1，强度为3.96cN/dtex。

实施例5

（1）将465.2g（2.8mol）对苯二甲酸、297g（3.3mol）丁二醇以及催化剂0.28g（0.001mol）钛酸四正丙酯加入到2L反应釜中进行反应，直到馏分出来水的总量达到理论值的90%以上，保温半小时，加入稳定剂亚磷酸三甲酯0.62g（0.005mol）、二氧化钛5.6g（0.07mol）和阻燃剂2-羟乙基甲基磷酸酯49.4g（0.2mol）、2-羟乙基甲基磷酸32.3g（0.1mol），然后抽真空缩聚，当反应釜搅拌转速降至最低时出料（当聚合物的粘度为0.6-0.95）；反应温度190℃，缩聚温度260℃，压力为40-50Pa下缩聚时间1.5h，既得阻燃聚酯母粒。

（2）聚合得到的母粒与聚对苯二钾酸丁二酯以8：1的比例混合后，经过螺杆型纺丝机进行熔融纺丝，冷却后，进行上油、预牵伸、卷绕、牵伸处理，得到结构均匀、纤度可控的阻燃聚酯纤维。其中，纺丝温度为255℃，纺丝速度为1600m/min。牵伸的加工倍率为3，加工温度为60℃。

本发明得到的阻燃聚酯纤维其性能指标如下：其阻燃性能达到M1，强度为3.16cN/dtex。

通过以上实施例结果可知，本发明得到的阻燃聚酯纤维，其阻燃性能良好，均可达到M1，强度≥2.5cN/dtex，且手感柔软，具有良好的阻燃性能和力学性能，具有广泛的应用前景。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磷系阻燃聚酯纤维，其特征在于：由阻燃聚酯母粒与纤维主体以1：1-10：1的质量比混合后，进行熔融纺丝得到。

2.根据权利要求1所述的磷系阻燃聚酯纤维，其特征在于：所述的纤维主体为聚对苯二钾酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丙二酯，优选聚对苯二甲酸丁二酯。

3.根据权利要求1所述的磷系阻燃聚酯纤维，其特征在于：所述的阻燃聚酯母粒，由包括以下摩尔数的组分制成：

4.根据权利要求3所述的磷系阻燃聚酯纤维，其特征在于：所述的催化剂选自醋酸盐或钛化合物中的一种或一种以上，包括醋酸钙、醋酸镁、二水合醋酸锌、钛酸四乙酯、钛酸四正丙酯或钛酸四正丁酯。

5.根据权利要求3所述的磷系阻燃聚酯纤维，其特征在于：所述的阻燃剂选自2-羟乙基苯磷酸、2-羟乙基甲基磷酸酯、2-羟乙基甲基磷酸、双(对-羧苯基)苯基氧化膦中的一种或一种以上。

6.根据权利要求3所述的磷系阻燃聚酯纤维，其特征在于：所述的稳定剂选自亚磷酸三苯酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三癸酯、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯或磷酸三癸酯中的一种或一种以上。

7.一种权利要求1-6中任一所述的磷系阻燃聚酯纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将2.7-3mol对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯、3.3-8mol丁二醇以及0.0007-0.002mol催化剂加入到2L反应釜中进行反应，直到馏分出来水的总量达到理论值的90%以上，保温半小时，加入0.001-0.005mol稳定剂、0.0008-0.07mol二氧化钛和0.2-1.0mol阻燃剂，然后抽真空缩聚，当反应釜搅拌转速降至最低时出料，得阻燃聚酯母粒；

（2）将步骤（1）得到的阻燃聚酯母粒与纤维主体以1：1-10：1的质量比混合后，经过螺杆型纺丝机进行熔融纺丝，冷却后，进行上油、预牵伸、卷绕、牵伸处理，得到结构均匀、纤度可控的阻燃聚酯纤维。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，反应温度190-240℃，缩聚反应的温度为240-270℃，缩聚时间为1.5-4h；当聚合物的粘度为0.6-0.95范围时，结束反应，得到阻燃聚酯母粒。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）的纺丝温度为240-270℃，纺丝速度为800-2000m/min。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）的牵引处理的倍率为1.5-3，加工温度为60-100℃。