CN105401252A - 一种阻燃pet纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阻燃PET纤维的制备方法，首先在氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂表面包裹一层PET制备胶囊化氢氧化镁包覆碳微球，有效改善其在聚合物基体中的分散性和相容性，改善材料的可纺性；其次在制备PET纤维的过程中添加1wt%的胶囊化氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂，熔融共混纺丝制备氢氧化镁包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，通过合理调整熔融共混纺丝工艺，进一步改善纤维的可纺性。本发明不仅提高了PET纤维的阻燃性能，也保证了纤维本身物化性能不受破坏，制得纤维的极限氧指数达到30%以上，且熔滴和发烟量大幅度减少，力学性能优良、吸湿性能良好，满足环保和实际使用的需求。

Description

一种阻燃PET纤维的制备方法

技术领域

本发明属于功能纤维制备技术领域，涉及一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的制备方法。

背景技术

据国外资料介绍，一半的火灾起因与纺织品有关。

聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，简称PET纤维，俗称涤纶，具有力学性能优良、无毒无味、卫生安全性好、耐油、阻气等优点，性价比高，是目前应用最广的化学纤维之一。但PET的极限氧指数低，属于易燃纤维，使得其在应用中存在巨大的安全隐患。

目前世界各地都在竞相开发PET阻燃制品，但现有的阻燃PET在实际应用中往往存在以下问题：有些阻燃PET在燃烧时会产生浓烟及有毒有害气体；有些阻燃PET虽然有优良的阻燃、抑烟功能，但是材料本身力学性能下降太多，成纤困难，难以满足实际使用要求。

CN103436270A公开了一种氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂的制备方法，是向硅烷偶联剂存在的氢氧化镁浆液中加入碳微球乙醇溶液，反应制备得到氢氧化镁包覆碳微球。以添加有上述阻燃剂的PET母粒纺丝制备阻燃PET纤维时，由于该阻燃剂与聚合物基体的相容性较差，使得材料的物化性能损失太大，造成纤维的可纺性变差，制成纤维的机械性能大大降低，极大的限制了其应用。CN103426269A公开了一种类似的氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂的制备方法，是向碳微球的氯化镁溶液中滴加氨水溶液，原位反应制备氢氧化镁包覆碳微球。但该阻燃剂同样存在会造成纤维可纺性变差，纺成纤维机械性能降低的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种阻燃PET纤维的制备方法，通过对氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂进行改性，以及调整熔融共混纺丝工艺，以有效提高PET纤维的阻燃性能，制备出能够满足环保和实际使用需求的阻燃PET纤维。

本发明所述阻燃PET纤维的制备方法包括：

1)按照对苯二甲酸∶乙二醇∶氢氧化镁包覆碳微球=1∶(10～15)∶(0.8～1.2)的质量比，将氢氧化镁包覆碳微球分散于对苯二甲酸与乙二醇的混合浆液中，在惰性气体保护和催化剂三氧化二锑存在下，于140～150℃反应制备胶囊化氢氧化镁包覆碳微球(CMSs-Mg(OH)₂PET)阻燃剂颗粒；

2)将PET切片与上述制备的胶囊化氢氧化镁包覆碳微球颗粒分别干燥至含水率≤30ppm，置于双螺杆挤出机的主喂料筒和侧喂料筒中，以(98～99)∶1的进料比送入挤出机中，控制熔体温度270～280℃，熔体压力1～2MPa，经压缩熔融混炼形成均匀的熔体，挤出切粒制成Φ3mm×3mm的氢氧化镁包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯(CMSs-Mg(OH)₂PET/PET)母粒；

3)将上述氢氧化镁包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯母粒干燥至含水率≤30ppm，加入螺杆挤压机内加热熔融形成熔体，送至喷丝组件，控制熔体温度在300～305℃、熔体压力为5～8Mpa，由喷丝板挤出形成熔体细流；

4)熔体细流进入甬道，被侧吹风冷却固化成型后，在900～1000m/min的纺速下牵伸得到初生纤维；其中控制送风温度20～23℃、风压360～380pa、风速0.3～0.5m/s。

5)冷却后的初生纤维经油辊上油后，经过牵引热辊拉伸热定型，卷装成型，制得氢氧化镁包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯阻燃功能纤维成品，其中，控制牵引热辊的拉伸倍数为1.2～1.5，热辊温度100～130℃。

本发明上述制备方法中，所述胶囊化氢氧化镁包覆碳微球的颗粒直径≤800nm。

具体地，所述催化剂三氧化二锑的加入量占原料总质量的1.5～2.5%。

本发明阻燃PET纤维的制备方法针对目前PET阻燃纤维的弊端，首先对氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂进行改性，在其表面包裹一层聚对苯二甲酸乙二醇酯制备成胶囊化氢氧化镁包覆碳微球颗粒，有效改善了其在聚合物基体中的分散性和相容性，从而改善了阻燃PET材料的可纺性；其次，在制备阻燃PET纤维的过程中，在PET基体中添加质量分数为1%的胶囊化氢氧化镁包覆碳微球颗粒，通过合理调整熔融共混纺丝工艺，制备氢氧化镁包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯阻燃纤维，进一步改善了纤维的可纺性，在提高PET纤维阻燃性能的同时，保证了纤维本身物化性能不受破坏。

以本发明方法制备的阻燃PET纤维，纤维的极限氧指数达到30%以上，且与纯PET纤维比较，其熔滴和发烟量大幅度减少，有效提高了PET纤维的阻燃性能。同时，本发明制备的阻燃PET纤维力学性能优良，断裂强度可以达到2.2cN/dtex以上，且回潮率1.4～1.8%，吸湿性能较好，是一种性能优良的阻燃纤维，能够满足环保和实际使用的需求。

附图说明

图1是胶囊化氢氧化镁包覆碳微球颗粒的形貌图。

图2是氢氧化镁包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯阻燃纤维的微观形貌图。

具体实施方式

下述实施例仅为本发明的优选技术方案，并不用于对本发明进行任何限制。对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

将10g碳微球加入100mL无水乙醇中，以频率40KHz的超声波分散10min，得到碳微球悬浊液。

将上述碳微球悬浮液加入300mL氨水中，搅拌下加热至40℃，以3mL/min的滴加速度滴入0.4mol/L氯化镁水溶液500mL，滴加结束后，继续搅拌反应2h。取出反应物，依次用无水乙醇和蒸馏水抽滤洗涤，至滤液澄清透明后，将产物在120℃真空干燥4h，得到氢氧化镁包覆碳微球(CMSs-Mg(OH)₂)。

向四口烧瓶中加入10g对苯二甲酸、100g乙二醇，配制成混合浆液，加入10g氢氧化镁包覆碳微球，搅拌分散均匀，以20cm³/min的流量通入氮气，置换完烧瓶内空气后，加入2.4g三氧化二锑，持续通入氮气条件下，控制搅拌速度为80r/min，升温至140℃反应7h，取出黑色混合物，依次用无水乙醇和蒸馏水抽滤洗涤，至滤液澄清透明后，将产物在120℃真空干燥5h，制备得到胶囊化氢氧化镁包覆碳微球(CMSs-Mg(OH)₂PET)颗粒阻燃剂。

图1为在JSM-6700F型场发射扫描电镜下获得的CMSs-Mg(OH)₂PET的形貌图，由图可知该阻燃剂为球形颗粒，平均粒径约600nm，分散性良好。

将聚对苯二甲酸乙二醇酯切片置于真空转鼓中，在真空度0.08MPa条件下，120℃干燥12h，至颗粒含水率≤30ppm，冷却至室温。

将1980g含水率≤30ppm的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片和20g胶囊化氢氧化镁包覆碳微球颗粒分别置于双螺杆挤出机的主喂料筒和侧喂料筒中，设定双螺杆挤出机10个温度区的温度为：1区264℃、2区270℃、3区272℃、4区272℃、5区273℃、6区273℃、7区273、8区274℃、9区276℃、机头温度276℃，达到温度后再平衡60min。开启双螺杆挤出机电机，同时开启主喂料机和侧喂料机，设置主喂料筒的喂料频率7.7Hz，侧喂料筒的喂料频率4.5Hz，将聚对苯二甲酸乙二醇酯切片和胶囊化氢氧化镁包覆碳微球颗粒送入挤出机内，控制挤出机内的熔体温度为273℃、压力1MPa，使混合物料在挤出机内经压缩-熔融-混炼-均化形成熔体，通过口模挤出形成熔体细流。熔体细流流经冷却水槽，在20℃的去离子水中匀速牵引成为带条，将带条匀速喂入切粒机中，调整切粒机转速为80r/min，将带条切断制成Φ3mm×3mm的圆柱形颗粒，即为氢氧化镁包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯母粒(CMSs-Mg(OH)₂PET/PET)。

将制备的氢氧化镁包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯母粒置于真空干燥转鼓中，在真空度0.08MPa条件下，120℃干燥12h，至颗粒含水率≤30ppm，冷却至室温。

设置单螺杆挤压机的进料区温度283℃、熔融区温度288℃、混炼区温度292℃、计量区温度298℃，将上述干燥的母粒在挤出机内经压缩-熔融-混炼-均化-计量，加热熔融形成熔体。

形成的熔体经过分配管、箱体，进入计量泵精确计量后送至喷丝组件，通过合理设定弯管温度和箱体温度，控制熔体温度为300℃，在6～8Mpa的熔体压力下由喷丝板挤出形成熔体细流。

熔体细流进入甬道中，被温度为20℃，风压380pa、风速0.3m/s的侧吹风缓慢冷却固化形成纤维状，在1000m/min的纺速下牵伸得到初生纤维，再通过油辊上油，使纤维含油量为3%，以提高纤维束的饱和性和抗静电性。

控制牵引热辊的拉伸倍数为1.2，以电磁加热调控热辊温度为100，将上油后的初生纤维经过牵引热辊进行拉伸热定型，由于牵伸温度与材料的结晶温度相近，有利于大分子的排序与结晶，与拉伸倍数配合，有利于诱导结晶，提高纤维取向度。

最后，将牵伸完毕的纤维卷装成型，制得氢氧化镁包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯阻燃功能纤维成品。

最终制备的氢氧化镁包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯阻燃功能纤维为细度均匀的黑灰色长丝，表面光滑，光泽度较好。以JSM-6700F型场发射扫描电镜对纤维进行形貌分析，如图2所示，其中a为纤维轴向，b为纤维横截面。可以看出，氢氧化镁包覆碳微球在PET基体中分散均匀，纤维表面光滑无瑕疵，无明显裂缝和凹槽，说明氢氧化镁包覆碳微球与聚对苯二甲酸乙二醇酯的相融性好。

以M606B型极限氧指数仪测试CMSs-Mg(OH)₂PET/PET纤维的燃烧性能，测试结果如表1所示。由表1可知，纯PET纤维的极限氧指数为20.0%，CMSs-Mg(OH)₂PET/PET纤维的极限氧指数为32.7%，与纯PET纤维相比，熔滴大幅度减少。

同时，测试纤维的纤度为450dtex，断裂强度2.2cN/dtex，回潮率1.44%，是一种性能优良的阻燃纤维。

Claims (5)

1.一种阻燃PET纤维的制备方法，包括：

1)按照对苯二甲酸∶乙二醇∶氢氧化镁包覆碳微球=1∶(10～15)∶(0.8～1.2)的质量比，将氢氧化镁包覆碳微球分散于对苯二甲酸与乙二醇的混合浆液中，在惰性气体保护和催化剂三氧化二锑存在下，于140～150℃反应制备胶囊化氢氧化镁包覆碳微球(CMSs-Mg(OH)₂PET)阻燃剂颗粒；

2)将PET切片与上述制备的胶囊化氢氧化镁包覆碳微球颗粒分别干燥至含水率≤30ppm，置于双螺杆挤出机的主喂料筒和侧喂料筒中，以(98～99)∶1的进料比送入挤出机中，控制熔体温度270～280℃，熔体压力1～2MPa，经压缩熔融混炼形成均匀的熔体，挤出切粒制成Φ3mm×3mm的氢氧化镁包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯(CMSs-Mg(OH)₂PET/PET)母粒；

3)将上述氢氧化镁包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯母粒干燥至含水率≤30ppm，加入螺杆挤压机内加热熔融形成熔体，送至喷丝组件，控制熔体温度在300～305℃、熔体压力为5～8Mpa，由喷丝板挤出形成熔体细流；

4)熔体细流进入甬道，被侧吹风冷却固化成型后，在900～1000m/min的纺速下牵伸得到初生纤维；其中控制送风温度20～23℃、风压360～380pa、风速0.3～0.5m/s；

5)冷却后的初生纤维经油辊上油后，经过牵引热辊拉伸热定型，卷装成型，制得氢氧化镁包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯阻燃功能纤维成品。

2.根据权利要求1所述的阻燃PET纤维的制备方法，其特征是所述胶囊化氢氧化镁包覆碳微球的颗粒直径≤800nm。

3.根据权利要求1所述的阻燃PET纤维的制备方法，其特征是所述催化剂三氧化二锑的加入量占原料总质量的1.5～2.5%。

4.根据权利要求1所述的阻燃PET纤维的制备方法，其特征是所述拉伸热定型的牵引热辊拉伸倍数为1.2～1.5。

5.根据权利要求1所述的阻燃PET纤维的制备方法，其特征是所述拉伸热定型的热辊温度为100～130℃。