CN106012074B - 一种纺前添加硅-氮系阻燃剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纺前添加硅‑氮系阻燃剂的方法，在粘胶中首先加入阻燃助剂进行混合反应，然后再加入阻燃剂进行混合结合反应。用于解决硅‑氮系阻燃粘胶纤维生产中喷头更换周期短，阻燃剂在酸浴成形中丢失率偏高的技术问题。本发明提高了粘胶和阻燃剂的结合反应，大大降低了成形过程中阻燃剂在酸浴中的丢失率，提高了硅‑氮系阻燃粘胶纤维的可纺性，延长了喷头更换周期，改善了工作环境，提高了劳动效率，降低了生产成本。

Description

一种纺前添加硅-氮系阻燃剂的方法
技术领域
本发明涉及一种纺前添加硅-氮系阻燃剂的方法，属纺织用品领域。
背景技术
阻燃粘胶纤维生产的一个重要环节就是加入阻燃剂，为了提高阻燃纤维的可纺性，延长喷头更换周期，大家想了很多办法。从最初的只加入阻燃剂，而且在溶解机、一道二道胶或是纺前不同工序加入，到后来在阻燃剂中加入各种不同的助剂，即采取各种不同助剂和阻燃剂混合再加入到粘胶中，虽然取得了一定成效，但效果不是很理想。如：CN101387013A公开了一种环保阻燃粘胶纤维的制造工艺，就是用分散剂对阻燃剂进行处理(混合)，再将阻燃剂溶液和一道或二道过滤后的粘胶均匀接触混合；CN102352539B公开了一种硅-氮系环保阻燃粘胶短纤维制造方法，是将阻燃剂加入溶解机与粘胶混合，其中阻燃剂是由NaOH、粘胶助剂、硅氮阻燃剂、六偏磷酸钠调配而成；以上加入阻燃剂的方法，由于受粘胶温度、熟成度、反应时间和粘胶的反应活性影响，粘胶和阻燃剂的反应效果差，不但影响过滤，而且纺丝成形时的可纺性偏差，喷头更换时间只能维持8～12小时，阻燃剂在成形时的丢失率高达3％以上。
发明内容：
本发明提供一种在阻燃粘胶纤维生产过程中添加阻燃剂的方法，即在纺丝粘胶中首先加入阻燃助剂进行混合反应，以提高粘胶的反应活性，再加入阻燃剂进行结合反应。采用这种方式能够提高阻燃剂与粘胶结合的反应效率，从而克服常规阻燃助剂和阻燃剂混合之后一同加入不能很好的提高粘胶反应活性的缺陷，进而降低阻燃剂在过滤及成形中的丢失率，改善纺丝喷头堵塞的问题，提高纺丝成形的可纺性。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
一种硅-氮系阻燃粘胶纤维生产过程中添加阻燃剂的方法，其特别之处在于：二道或是三道过滤后的粘胶经过换热器将温度控制在15℃～40℃，先注入对应阻燃剂加入量为10～50wt％的阻燃助剂，经过静态混合器混合均匀，提高粘胶反应活性之后再通过注射泵注入对应粘胶甲纤量为15～55wt％的阻燃剂，经过动态、静态混合器混合之后进入粘胶混合器混合，在混合器结合反应10～180分钟再增加一道过滤去纺丝。
上述阻燃粘胶纤维生产过程中添加阻燃剂的方法，所述二道或是三道过滤后的粘胶组成要求：甲纤5.0％～10.0％、含碱3.5％～9.0％、熟成度5～25ml、粘度20～100秒。
上述阻燃粘胶纤维生产过程中添加阻燃剂的方法，所述先注入对应阻燃剂加入量为10～50wt％的阻燃助剂，经过静态混合器混合均匀，再注入阻燃剂。
上述阻燃粘胶纤维生产过程中添加阻燃剂的方法，所述注入对应粘胶甲纤量为15～55wt％的阻燃剂，经过动态、静态混合器混合之后的混合胶温度为15℃～40℃。
上述阻燃粘胶纤维生产过程中添加阻燃剂的方法，结合反应后增加一道过滤去纺丝，其纺丝胶的组成为：甲纤6.5％～10％、含碱6.0％～10.0％、粘度15秒～60秒、熟成度5～20ml，温度15℃～40℃。
所述阻燃助剂为硅烷类偶联剂和/或多元醇类交联剂。
所述硅烷偶联剂的化学式为RSiX3，式中R代表氨基、乙烯基、环氧基，这些基团和不同的基体树脂均具有较强的反应能力，X代表能够水解的烷氧基，如甲氧基、乙氧基等。
多元醇类交联剂，如聚乙二醇、聚丙二醇、三羟甲基丙烷。
所述阻燃剂为有机硅烷水解分散液。
所述有机硅烷水解分散液的化学式为：[MexOy·n SiO2]+[--CONH]，其中：Me代表金属离子；所述金属离子选自Ti4+、Ca2+、Li+、K+、Na+。其中金属离子Me优选Ti4+和Ca2+，阻燃剂中的硅、钛、钙元素结合在纤维素主链上，形成硅钛钙系陶瓷网络，构成远红外发射基团，特别当硅、钛、钙的比例(摩尔比)在1～10∶1～5∶1～23情况下，能够得到抗辐射性能最佳的最终产品。
降低成形时阻燃剂的丢失率是指阻燃剂与粘胶混合之后通过喷丝头挤出在酸浴中成形时阻燃剂的丢失率，其计算方法是：成形时阻燃剂的丢失率＝理论上的绝干阻燃纤维阻燃剂含量(％)-后处理之前绝干阻燃纤维实际检测的阻燃剂含量(％)。
理论上的绝干阻燃纤维阻燃剂含量是根据阻燃剂加入量来计算的，如：加入对应粘胶甲纤量28％的阻燃剂，假设粘胶甲纤为9.5％，则1000kg粘胶应加入阻燃剂1000×9.5％×28％＝26.6kg，理论上的绝干阻燃纤维阻燃剂含量为：26.6÷(26.6+1000×9.5％)×100％＝21.9％。
本发明所述方法，是在分析总结阻燃粘胶纤维生产过程中加入阻燃剂方法的基础上发展探索出的一种新的工艺方法，它克服了常规阻燃助剂和阻燃剂混合之后一同加入不能很好的提高粘胶反应活性的不足，通过反复试验，研发出的合适的添加阻燃剂的方法及结合新工艺参数，其操作方法简单，工艺控制稳定，可纺性明显提高，阻燃剂在成形时丢失率大幅度降低。其主要特点如下：
1.纺前滤芯压力上升缓慢，漏胶锭位明显减少，喷头更换时间由之前的8～12小时提高到24小时以上，改善了纺丝工的工作环境，降低了工人的劳动强度。
2.阻燃剂在酸浴成形时的丢失率由之前的3％～5％降低到＜1％，一方面减轻了对酸浴的污染，另一方面降低了生产成本。
具体实施方式
一种纺前添加硅-氮系阻燃粘胶纤维生产过程中添加阻燃剂的方法，是通过控制合适组成的二道或是三道胶，经过换热器换热将粘胶温度控制在需要的范围内，先注入一定量的阻燃助剂，经过静态混合器混合反应之后再注入适量的一定温度的阻燃剂，通过动态混合器、静态混合器充分混合均匀进入粘胶混合器进行一定时间的结合反应，达到一定组成的混合胶增加一道过滤去纺丝。
经跟踪对比及检测，采用上述方法生产阻燃粘胶纤维，喷头平均更换周期≥26.5小时，阻燃剂在酸浴成形时的丢失率≤0.7％。下面提供几个具体实施例。
实施例1：
组成为：甲纤8.5％、含碱4.7％、粘度45秒、熟成度12.2ml的二道胶通过换热器调温至20℃，先加入对应硅氮阻燃剂25％的乙烯基硅烷偶联剂，经过静态混合器混合均匀之后注入温度为20℃的对应粘胶甲纤量为28％的硅氮阻燃剂，通过动态混合器、静态混合器充分混合均匀之后进入粘胶混合器。其中硅氮阻燃剂中含有SiO2、TiO2、CaO和酰胺；其中硅、钛、钙的比例(摩尔比)为5.4∶2.7∶7.0。
进入粘胶混合器的胶温为22℃，在粘胶混合器混合45分钟之后过滤去纺丝。
纺胶组成：甲纤9.6％、含碱6.5％、粘度22秒、熟成度13.1ml。
纺速40m/min，品种2.0D×51mm。
喷头平均更换周期：26.5小时。
阻燃纤维指标：阻燃剂含量(理论)21.9％、阻燃剂含量(实际)21.7％、成形丢失率0.2％、氧指数28.7％。
对比例1：
组成为：甲纤8.5％、含碱4.7％、粘度43秒、熟成度12.1ml的二道胶通过换热器调温至20℃，加入乙烯基硅烷偶联剂和硅氮阻燃剂的混合溶液，通过动态混合器、静态混合器充分混合均匀之后进入粘胶混合器。乙烯基硅烷偶联剂和阻燃剂的混合溶液是按一定比例混合的，其混合比例是按对应硅氮阻燃剂25％的乙烯基硅烷偶联剂，对应粘胶甲纤量为28％的硅氮阻燃剂进行混合的。其中硅氮阻燃剂中含有SiO2、TiO2、CaO和酰胺；其中硅、钛、钙的比例(摩尔比)为5.4∶2.7∶7.0。
进入粘胶混合器的胶温为22℃，在粘胶混合器混合45分钟之后过滤去纺丝。
纺胶组成：甲纤9.5％、含碱6.5％、粘度21秒、熟成度13.3ml。
纺速40m/min，品种2.0D×51mm。
喷头平均更换周期：10.3小时。
阻燃纤维指标：阻燃剂含量(理论)21.9％、阻燃剂含量(实际)17.2％、成形丢失率4.7％、氧指数26.3％。
实施例2：
组成为：甲纤7.5％、含碱5.5％、粘度55秒、熟成度16ml的二道胶通过换热器调温至25℃，加入对应硅氮阻燃剂28％的聚乙二醇，经过静态混合器混合均匀之后注入温度为20℃的对应粘胶甲纤量为35％的硅氮阻燃剂，通过动态混合器、静态混合器充分混合均匀之后进入粘胶混合器。其中硅氮阻燃剂中含有SiO2、TiO2、CaO和酰胺；其中硅、钛、钙的比例(摩尔比)为6.7∶3.5∶9.2。
进入粘胶混合器的胶温为27℃，在粘胶混合器混合120分钟之后过滤去纺丝。
纺胶组成：甲纤9.2％、含碱7.0％、粘度35秒、熟成度10.1ml。
纺速40m/min，品种2.0D×51mm。
喷头平均更换周期：36小时。
阻燃纤维指标：阻燃剂含量(理论)25.9％、阻燃剂含量(实际)25.6％、成形丢失率0.3％、氧指数31.7％。
对比例2：
组成为：甲纤7.5％、含碱5.5％、粘度53秒、熟成度16.2ml的二道胶通过换热器调温至25℃，加入聚乙二醇和硅氮阻燃剂的混合溶液，通过动态混合器、静态混合器充分混合均匀之后进入粘胶混合器。聚乙二醇和硅氮阻燃剂的混合溶液是按一定比例混合的，其混合比例是按对应硅氮阻燃剂28％的聚乙二醇，对应粘胶甲纤量为35％的硅氮阻燃剂进行混合的。其中硅氮阻燃剂中含有SiO2、TiO2、CaO和酰胺；其中硅、钛、钙的比例(摩尔比)为6.7∶3.5∶9.2。
进入粘胶混合器的胶温为27℃，在粘胶混合器混合120分钟之后过滤去纺丝。
纺胶组成：甲纤9.2％、含碱7.0％、粘度34秒、熟成度10.2ml。
纺速40m/min，品种2.0D×51mm。
喷头平均更换周期：11.2小时。
阻燃纤维指标：阻燃剂含量(理论)25.9％、阻燃剂含量(实际)21.3％、成形丢失率4.6％、氧指数28.1％。
表一：数据比较
根据以上表格数据比较，对比例1和2是将阻燃剂和阻燃助剂同时加入纺前粘胶中，阻燃剂在成形时的丢失率以及喷头更换周期明显偏高。

Claims (5)

1.一种纺前添加硅-氮系阻燃剂的方法，其特征在于，在粘胶中首先加入阻燃助剂进行混合反应，然后再加入阻燃剂进行混合结合反应；阻燃助剂的加入量为阻燃剂10～50wt％，阻燃剂的加入量为粘胶甲纤量的15～55wt％；
所述阻燃助剂为硅烷类偶联剂和/或多元醇类交联剂；所述硅烷偶联剂的化学式为RSiX3，式中R代表氨基、乙烯基、环氧基，X代表能够水解的烷氧基；
所述阻燃剂为有机硅烷水解分散液；
所述有机硅烷水解分散液的化学式为：[MexOy·nSiO2]+[-CONH]，
其中：Me代表金属离子；所述金属离子为Ti4+和Ca2+，硅、钛、钙的摩尔比在1～10:1～5:1～23。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘胶为二道或三道过滤后的粘胶。
3.如前述任一项所述的方法，其特征在于，在粘胶中加入阻燃助剂，通过静态混合器混合均匀，待阻燃助剂和粘胶先进行反应，然后再加入阻燃剂，经过动态、静态混合器混合，然后进入粘胶混合器，在粘胶混合器中粘胶再和阻燃剂进行结合反应。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，粘胶混合器中结合反应的温度为15～40℃。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，粘胶混合器中结合反应的时间为10～180分钟。
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