CN108486682B - 高阻燃性高机械强度的阳光面料纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备高阻燃性高机械强度的阳光面料纤维的方法，阳光面料纤维包括芯层和皮层，芯层由聚酯纤维形成，皮层由PVC复合材料形成，PVC复合材料和聚酯纤维的重量比为(60‑80):(40‑20)；该方法包括PVC复合材料造粒和聚酯纤维包覆两个步骤；PVC复合材料造粒步骤包括：将PVC基体树脂、磷氮阻燃剂和乙烯醋酸乙烯共聚物以及任选的添加剂按照一定配比进行搅拌，得到分散均匀的PVC复合材料混合物；将PVC复合材料混合物用双螺杆挤出机进行挤出，经水槽冷却后造粒，得到PVC复合材料的母粒。本发明的制备方法利用磷氮阻燃剂和乙烯醋酸乙烯共聚物的协同增效原理，所得到的阳光面料纤维不仅具有良好的阻燃性能，同时具有较佳的机械性能。此外，抗菌性能、抗紫外性能和色牢度性能也能够满足市场的需求，制成阳光面料，适用于建筑遮阳，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于纺织纤维材料领域。具体地，本发明涉及一种用于建筑遮阳的高阻燃性高机械强度的阳光面料纤维及其制备方法。
背景技术
在建筑遮阳领域，阳光面料是应用较为广泛的一类产品。顾名思义，阳光面料是用来遮挡阳光和紫外线的功能辅助性面料。按照细分功能不同，阳光面料有的专注于阻燃性能，有的专注于抗菌性能，有的专注于抗紫外性能，有的专注于色牢度性能，有的专注于环保性能。随着国家节能减排的法律法规越来越严格，市场对于高阻燃性能的阳光面料的需求越来越大。
阳光面料是由阳光面料纤维经相互编织而形成的具有规则图案的纺织纤维布。按照纤维材料种类不同，分为PVC包覆的聚酯纤维和玻璃纤维两类。由于成本原因，前者占据了市场主流。在PVC包覆的聚酯纤维中，由于PVC自身的阻燃性能有限，同时又易释放出有害的含氯气体，通常需要加入阻燃剂以改善阻燃性能。
在阻燃剂中，金属氢氧化物是最常用的无卤阻燃剂，价廉易得、环境友好。常见的金属氢氧化物阻燃剂有氢氧化镁和氢氧化铝两种。然而，金属氢氧化物的阻燃效率较低，需要添加60～70wt％才能获得较为满意的阻燃效果。另一方面，大量金属氢氧化物填充后，与基体树脂材料的相容性极差，在基体树脂中分散困难，严重恶化了材料的机械性能。
为了改善上述缺陷，人们作出许多努力。例如，中国专利申请CN201110307227.7涉及一种高纯度的氢氧化镁阻燃剂，通过向含有镁离子的溶液中加入由氧化钙、氧化镁、氢氧化钠与水混合后的复合沉淀剂，再通过控制合理的工艺条件得到纯度较高的氢氧化镁阻燃剂，阻燃剂的纯度大于等于99.0％。然而，该专利申请虽然记载该氢氧化镁阻燃剂可以用于PVC树脂，但发明人发现，使用上述阻燃剂仅仅可以将阻燃剂添加量降至PVC基体树脂40-60wt％的范围，无法改善最终材料的机械性能。
中国专利申请CN201210539794.X涉及一种高阻燃阳光面料纤维。该专利申请采用独特的分散包覆处理技术将锡酸锌包覆氢氧化镁，得到的高阻燃阳光面料符合消防要求，达到国内外的相关阻燃测试标准。上述阻燃剂的使用量为PVC基体树脂的约20wt％，以极少量的阻燃剂达到高阻燃的目的。然而，上述制备方法得到的高阻燃阳光面料纤维的机械性能仍然不能令人满意。
因此，迫切需要针对上述缺陷作出技术改进。
发明内容
发明要解决的问题
针对上述缺陷，本发明提供了一种用于建筑遮阳的高阻燃性高机械强度的阳光面料纤维及其制备方法。
用于解决问题的方案
本发明提供一种制备高阻燃性高机械强度的阳光面料纤维的方法，所述阳光面料纤维包括芯层和皮层，所述芯层由聚酯纤维形成，所述皮层由PVC复合材料形成，PVC复合材料和聚酯纤维的重量比为(60-80):(40-20)；该方法包括PVC复合材料造粒和聚酯纤维包覆两个步骤；其特征在于，所述PVC复合材料造粒步骤包括：
将PVC基体树脂、磷氮阻燃剂和乙烯醋酸乙烯共聚物以及任选的添加剂按照一定配比进行搅拌，得到分散均匀的PVC复合材料混合物；将PVC复合材料混合物用双螺杆挤出机进行挤出，经水槽冷却后造粒，得到PVC复合材料的母粒。
根据本发明所述的制备方法，特征在于，先将所述PVC基体树脂、所述磷氮阻燃剂和任选的添加剂按照一定配比加入搅拌装置中，混合均匀；再加入所述乙烯醋酸乙烯共聚物进行搅拌。
根据本发明所述的制备方法，特征在于，所述PVC复合材料造粒的工艺条件如下：一区150-160℃，二区170-180℃，三区170-180℃，四区170-180℃，五区170-180℃，六区170-180℃，七区170-180℃，模头200～220℃；主机螺杆转速为300-500rpm，喂料器螺杆转速为30-40rpm。
根据本发明所述的制备方法，特征在于，所述聚酯纤维包覆步骤如下：将所述PVC复合材料的母粒和聚酯纤维用单螺杆挤出机进行包覆，经水槽冷却后卷绕，得到所述阳光面料纤维。
根据本发明所述的制备方法，特征在于，所述聚酯纤维包覆的工艺条件如下：机头温度150-160℃，螺杆转速50-70rpm，卷绕速度为100-140rpm。
根据本发明所述的制备方法，特征在于，所述磷氮阻燃剂为磷酸三聚氰胺盐和季戊四醇的组合物，二者的重量比为100:(30-60)。
根据本发明所述的制备方法，特征在于，基于PVC基体树脂的重量，所述磷氮阻燃剂的添加量为16-32wt％。
根据本发明所述的制备方法，特征在于，所述乙烯醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量在12-32wt％之间，熔融指数在6-40g/10min之间；优选地，所述乙烯醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量在18-28wt％之间，熔融指数在8-25g/10min之间。
根据本发明所述的制备方法，特征在于，基于PVC基体树脂的重量，所述乙烯醋酸乙烯共聚物的添加量为6-12wt％。
根据本发明所述的制备方法，特征在于，所述聚酯纤维的规格为400-800dtex。
根据本发明所述的制备方法，特征在于，所述PVC复合材料任选地包含助剂。
根据本发明所述的制备方法，特征在于，所述助剂选自填料、颜料、相容剂、稳定剂、抗紫外剂、抗静电剂、抗氧化剂、加工助剂或它们的混合物。
本发明还提供根据本发明所述的制备方法所得到的阳光面料纤维。
发明的效果
本发明所述的制备高阻燃性高机械强度的阳光面料纤维的方法利用磷氮阻燃剂和乙烯醋酸乙烯共聚物的协同增效原理，导致所形成的阳光面料纤维不仅具有良好的阻燃性能，同时具有较佳的机械性能。此外，抗菌性能、抗紫外性能和色牢度性能也能够满足市场的需求，制成阳光面料，适用于建筑遮阳，应用前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施方式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发明所附权利要求书所限定的范围。
在一个方面，本发明提供一种制备高阻燃性高机械强度的阳光面料纤维的方法，所述阳光面料纤维包括芯层和皮层，所述芯层由聚酯纤维形成，所述皮层由PVC复合材料形成；该方法包括PVC复合材料造粒和聚酯纤维包覆两个步骤。
优选地，所述PVC复合材料造粒步骤包括：将PVC基体树脂、磷氮阻燃剂和乙烯醋酸乙烯共聚物以及任选的添加剂按照一定配比进行搅拌，得到分散均匀的PVC复合材料混合物；将PVC复合材料混合物用双螺杆挤出机进行挤出，经水槽冷却后造粒，得到PVC复合材料的母粒。
所述PVC复合材料造粒的工艺条件如下：一区150-160℃，二区170-180℃，三区170-180℃，四区170-180℃，五区170-180℃，六区170-180℃，七区170-180℃，模头200～220℃；主机螺杆转速为300-500rpm，喂料器螺杆转速为30-40rpm。
在一个具体的实施方式中，所述PVC复合材料造粒的工艺条件如下：一区155℃，二区175℃，三区175℃，四区175℃，五区175℃，六区175℃，七区175℃，模头210℃；主机螺杆转速为400rpm，喂料器螺杆转速为35rpm。
聚酯纤维包覆步骤如下：将所述PVC复合材料的母粒和聚酯纤维用单螺杆挤出机进行包覆，经水槽冷却后卷绕，得到所述阳光面料纤维。
优选地，所述聚酯纤维包覆的工艺条件如下：机头温度150-160℃，螺杆转速50-70rpm，卷绕速度为100-140rpm。
在一个具体的实施方式中，所述聚酯纤维包覆的工艺条件如下：机头温度155℃，螺杆转速60rpm，卷绕速度为120rpm。
在本发明的制备方法中，作为PVC基体树脂，优选为粉末形式。优选地，PVC基体树脂选自低平均聚合度的PVC基体树脂。所谓低平均聚合度，在本发明中，定义为400-1500。优选地，所述PVC基体树脂的平均聚合度为450-1200。进一步地，所述PVC基体树脂的平均聚合度为500-1000。最优选地，所述PVC基体树脂的平均聚合度为600-900。
在具体的实施方式中，所述PVC基体树脂的平均聚合度为650、700和810。
优选地，所述PVC基体树脂的表观密度为0.40-0.60g/mL。进一步地，所述PVC基体树脂的表观密度为0.45-0.60g/mL。更进一步地，所述PVC基体树脂的表观密度为0.50-0.60g/mL。最优选地，所述PVC基体树脂的表观密度为0.55-0.60g/mL。
在具体的实施方式中，所述PVC基体树脂的表观密度为0.57、0.58和0.60g/mL。
在一个具体的实施方式中，所述PVC基体树脂来自中石化齐鲁分公司，商品名为S-800。
优选地，所述磷氮阻燃剂选自磷酸三聚氰胺盐和季戊四醇的组合物。其中，磷酸三聚氰胺盐的CAS号为20208-95-1，来自四川精细化工研究设计院。所述季戊四醇来自江苏新亚化工集团公司。
优选地，所述磷酸三聚氰胺与季戊四醇的重量比为100:(30-60)。进一步地，所述磷酸三聚氰胺与季戊四醇的重量比为100:(35-55)。最优选地，所述磷酸三聚氰胺与季戊四醇的重量比为100:(40-50)。
在一个具体的实施方式中，所述磷酸三聚氰胺与季戊四醇的重量比为100:45。
基于PVC基体树脂的重量，所述磷氮阻燃剂的添加量为16-32wt％。
优选地，基于PVC基体树脂的重量，所述磷氮阻燃剂的添加量为18-30wt％。进一步地，基于PVC基体树脂的重量，所述磷氮阻燃剂的添加量为20-28wt％。最优选地，基于PVC基体树脂的重量，所述磷氮阻燃剂的添加量为22-26wt％。
有利地，先将所述PVC基体树脂、所述磷氮阻燃剂和任选的添加剂按照一定配比加入搅拌装置中，混合均匀；再加入所述乙烯醋酸乙烯共聚物进行搅拌。
其中，所述乙烯醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量在12-32wt％之间，熔融指数在6-40g/10min之间。
有利地，所述乙烯醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量在15-30wt％之间，熔融指数在7-30g/10min之间。最优选地，所述乙烯醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量在18-28wt％之间，熔融指数在8-25g/10min之间。
在一个具体的实施方式中，所述乙烯醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量为25wt％，熔融指数为19g/10min。更具体地，所述乙烯醋酸乙烯共聚物来自美国杜邦公司，商品号为EVA350。
在另一个具体的实施方式中，所述乙烯醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量为18wt％，熔融指数为8g/10min。更具体地，所述乙烯醋酸乙烯共聚物来自美国杜邦公司，商品号为EVA450。
在另一个具体的实施方式中，所述乙烯醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量为28wt％，熔融指数为25g/10min。更具体地，所述乙烯醋酸乙烯共聚物来自美国杜邦公司，商品号为EVA3180。
优选地，基于PVC基体树脂的重量，乙烯醋酸乙烯共聚物的添加量为6-12wt％。进一步地，基于PVC基体树脂的重量，乙烯醋酸乙烯共聚物的添加量为7-11wt％。最优选地，基于PVC基体树脂的重量，乙烯醋酸乙烯共聚物的添加量为8-10wt％。
在一个具体的实施方式中，基于PVC基体树脂的重量，乙烯醋酸乙烯共聚物的添加量为9wt％。
在本发明所述制备方法中，所述皮层PVC复合材料和芯层聚酯纤维的重量比为(60-80):(40-20)。
优选地，所述皮层PVC复合材料和芯层聚酯纤维的重量比为(65-80):(35-20)。进一步地，所述皮层PVC复合材料和芯层聚酯纤维的重量比为(70-80):(30-20)。最优选地，所述皮层PVC复合材料和芯层聚酯纤维的重量比为(75-80):(25-20)。
在一个具体的实施方式中，所述皮层PVC复合材料和芯层聚酯纤维的重量比为78:22。
优选地，所述聚酯纤维的规格为400-800dtex。进一步地，所述聚酯纤维的规格为500-800dtex。最优选地，所述聚酯纤维的规格为600-800dtex。
在一个具体的实施方式中，所述聚酯纤维的规格为750dtex。
在本发明所述制备方法中，所述PVC复合材料还可以任选地包含助剂。所述助剂包括但不限于，填料、颜料、相容剂、稳定剂、抗紫外剂、抗静电剂、抗氧化剂、加工助剂或它们的混合物，以及其他改善阳光面料纤维机械性能和加工性能的助剂。这些助剂均为常规市售产品，并且是本领域技术人员熟知的。
优选地，基于本发明所述PVC复合材料的重量，所述助剂的含量为0-20wt％，优选0-10wt％，最优选0-5wt％。
另一方面，本发明提供了所述的制备方法所得到的阳光面料纤维。
以下对本发明的实施例作进一步详细描述。
实施例
实施例1
PVC复合材料的配方如下：PVC S-800100重量份，磷酸三聚氰胺16.5重量份，季戊四醇7.5重量份，EVA3509重量份，527UV 0.2重量份，硬脂酸2重量份，大豆油1重量份，聚乙烯蜡1重量份。
将S-800、磷酸三聚氰胺、季戊四醇和其它添加剂按照上述配比加入搅拌装置中，在室温下混合均匀；再加入EVA350，继续搅拌得到分散均匀的PVC复合材料混合物。将PVC复合材料混合物用双螺杆挤出机进行挤出。PVC复合材料造粒的工艺条件如下：一区155℃，二区175℃，三区175℃，四区175℃，五区175℃，六区175℃，七区175℃，模头210℃；主机螺杆转速为400rpm，喂料器螺杆转速为35rpm。然后，经水槽冷却后造粒，得到PVC复合材料的母粒。
聚酯纤维包覆步骤如下：将上述PVC复合材料的母粒与750dtex的工业聚酯纤维用单螺杆挤出机进行包覆。所述皮层PVC复合材料和芯层聚酯纤维的重量比为78:22。聚酯纤维包覆的工艺条件如下：机头温度155℃，螺杆转速60rpm，卷绕速度为120rpm。经水槽冷却后卷绕，得到阳光面料纤维。
实施例2
PVC复合材料的配方如下：PVC S-800100重量份，磷酸三聚氰胺10重量份，季戊四醇6重量份，EVA45011重量份，527UV 0.2重量份，硬脂酸2重量份，大豆油1重量份，聚乙烯蜡1重量份。
将S-800、磷酸三聚氰胺、季戊四醇和其它添加剂按照上述配比加入搅拌装置中，在室温下混合均匀；再加入EVA450，继续搅拌得到分散均匀的PVC复合材料混合物。将PVC复合材料混合物用双螺杆挤出机进行挤出。PVC复合材料造粒的工艺条件如下：一区155℃，二区175℃，三区175℃，四区175℃，五区175℃，六区175℃，七区175℃，模头210℃；主机螺杆转速为400rpm，喂料器螺杆转速为35rpm。然后，经水槽冷却后造粒，得到PVC复合材料的母粒。
聚酯纤维包覆步骤如下：将上述PVC复合材料的母粒与750dtex的工业聚酯纤维用单螺杆挤出机进行包覆。所述皮层PVC复合材料和芯层聚酯纤维的重量比为78:22。聚酯纤维包覆的工艺条件如下：机头温度155℃，螺杆转速60rpm，卷绕速度为120rpm。经水槽冷却后卷绕，得到阳光面料纤维。
实施例3
PVC复合材料的配方如下：PVC S-800100重量份，磷酸三聚氰胺26.7重量份，季戊四醇5.3重量份，EVA31807重量份，527UV 0.2重量份，硬脂酸2重量份，大豆油1重量份，聚乙烯蜡1重量份。
将S-800、磷酸三聚氰胺、季戊四醇和其它添加剂按照上述配比加入搅拌装置中，在室温下混合均匀；再加入EVA3180，继续搅拌得到分散均匀的PVC复合材料混合物。将PVC复合材料混合物用双螺杆挤出机进行挤出。PVC复合材料造粒的工艺条件如下：一区155℃，二区175℃，三区175℃，四区175℃，五区175℃，六区175℃，七区175℃，模头210℃；主机螺杆转速为400rpm，喂料器螺杆转速为35rpm。然后，经水槽冷却后造粒，得到PVC复合材料的母粒。
聚酯纤维包覆步骤如下：将上述PVC复合材料的母粒与750dtex的工业聚酯纤维用单螺杆挤出机进行包覆。所述皮层PVC复合材料和芯层聚酯纤维的重量比为78:22。聚酯纤维包覆的工艺条件如下：机头温度155℃，螺杆转速60rpm，卷绕速度为120rpm。经水槽冷却后卷绕，得到阳光面料纤维。
比较例1
同实施例1，将磷酸三聚氰胺16.5重量份和季戊四醇7.5重量份替换为等重量的氢氧化镁粉末。
比较例2
同实施例1，将磷酸三聚氰胺16.5重量份和季戊四醇7.5重量份替换为将磷酸三聚氰胺8.3重量份和季戊四醇3.7重量份。
比较例3
同实施例1，将磷酸三聚氰胺16.5重量份和季戊四醇7.5重量份替换为将磷酸三聚氰胺24.8重量份和季戊四醇11.2重量份。
比较例4
同实施例1，将磷酸三聚氰胺16.5重量份和季戊四醇7.5重量份替换为磷酸三聚氰胺24重量份。
比较例5
同实施例1，但不添加EVA350。
比较例6
同实施例1，将EVA3509重量份替换为等重量的EVA3185(醋酸乙烯含量为32wt％，熔融指数为43g/10min)。
比较例7
同实施例1，将EVA3509重量份替换为等重量的EVA3128(醋酸乙烯含量为8.9wt％，熔融指数为2g/10min)。
性能测试
分别针对实施例1-3和比较例1-7的PVC复合材料的母粒和阳光面料纤维进行机械性能测试。前者的测试条件如下：根据国家标准GB/T 1040.1-2006，将PVC复合材料母粒压制成II型拉伸样条，测试其抗拉强度和断裂伸长率。后者的测试条件如下：阳光面料纤维长度10cm，拉伸速度为50mm/min。测试其强度和断裂伸长率。
针对实施例1-3和比较例1-7的PVC复合材料的母粒进行极限氧指数测试。极限氧指数(LOI)的大小与阻燃性能呈正相关。测试条件如下：根据国家标准GB/T2406-2008进行测试，样条尺寸为100×10×4mm3。
结果如下表1所示：
表1
由上表可知，本发明制备方法得到的阳光面料纤维利用磷氮阻燃剂和乙烯醋酸乙烯共聚物的协同增效原理，不仅具有良好的阻燃性能，同时具有较佳的机械性能。实施例1-3与比较例1相比，本发明的阳光面料纤维的阻燃性能和机械性能显著高于等重量的氢氧化镁，以少量的阻燃剂达到高阻燃的目的。比较例2-4表明特定含量和组成的磷氮阻燃剂侧重于改善阻燃性能，但加入过量会对机械性能造成负面影响。实施例1-3和比较例5-7表明特定的乙烯醋酸乙烯共聚物侧重于改善机械性能。不希望局限于任何理论，发明人认为，乙烯醋酸乙烯共聚物的特定醋酸乙烯和熔融指数改善了其与PVC和磷氮阻燃剂之间的相互作用，从而改善了机械性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，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，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种制备高阻燃性高机械强度的阳光面料纤维的方法，所述阳光面料纤维包括芯层和皮层，所述芯层由聚酯纤维形成，所述皮层由PVC复合材料形成，PVC复合材料和聚酯纤维的重量比为(60-80):(40-20)；该方法包括PVC复合材料造粒和聚酯纤维包覆两个步骤；其特征在于，所述PVC复合材料造粒步骤包括：
将PVC基体树脂、磷氮阻燃剂和乙烯醋酸乙烯共聚物以及任选的添加剂按照一定配比进行搅拌，得到分散均匀的PVC复合材料混合物；将PVC复合材料混合物用双螺杆挤出机进行挤出，经水槽冷却后造粒，得到PVC复合材料的母粒；
其中，
所述磷氮阻燃剂为磷酸三聚氰胺盐和季戊四醇的组合物，二者的重量比为100:(30-60)；
基于PVC基体树脂的重量，所述磷氮阻燃剂的添加量为16-32wt%；
所述乙烯醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量在12-32wt%之间，熔融指数在6-40g/10min之间；
基于PVC基体树脂的重量，所述乙烯醋酸乙烯共聚物的添加量为6-12wt%；
先将所述PVC基体树脂、所述磷氮阻燃剂和任选的添加剂按照一定配比加入搅拌装置中，混合均匀；再加入所述乙烯醋酸乙烯共聚物进行搅拌；所述PVC复合材料造粒的工艺条件如下：一区150-160℃，二区170-180℃，三区170-180℃，四区170-180℃，五区170-180℃，六区170-180℃，七区170-180℃，模头200~220℃；主机螺杆转速为300-500rpm，喂料器螺杆转速为30-40rpm；将所述PVC复合材料的母粒和聚酯纤维用单螺杆挤出机进行包覆，经水槽冷却后卷绕，得到所述阳光面料纤维；机头温度150-160℃，螺杆转速50-70rpm，卷绕速度为100-140rpm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，特征在于，所述乙烯醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量在18-28wt%之间，熔融指数在8-25g/10min之间。
3.根据权利要求1-2任一项所述的制备方法所得到的阳光面料纤维。
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