CN109208111A - 一种聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纤维制备技术领域,具体涉及一种聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维及其制备方法,所述制备方法包括如下步骤:(1)将氧化石墨烯的粉体溶于水,在80‑95℃下超声分散1‑2h,得到氧化石墨烯溶液;(2)将增塑剂、氧化石墨烯溶液和阻燃剂混匀,得混合液;(3)将混合液与聚乙烯醇保温混合,得阻燃聚乙烯醇;(4)将阻燃聚乙烯醇经熔融纺丝得聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维。本发明的有益效果在于:本发明提供的聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法中,采用将氧化石墨烯分散溶解,阻燃剂加入到塑化剂中,混合得到的混合液被PVA吸收,熔融加工,所得纤维在阻燃的同时还提高了纤维本身的力学性能、赋予了该纤维材料较高的韧性、拉伸强度、耐热水性和抗静电性。
Description
技术领域
本发明涉及纤维制备技术领域,具体涉及一种聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维及其制备方法。
背景技术
聚乙烯醇(PVA)是可从天然气制备的通用高分子材料,其多羟基强氢键的特点使其具有优良的可溶性、生物相容性、阻隔性、耐溶剂性及力学性能。聚乙烯醇具有良好的成纤性、成膜性、粘接性、生物降解性和环境友好性能,在纤维、薄膜、粘合剂和生物医学材料等领域具有广泛用途。然而,聚乙烯醇纤维易于燃烧,阻燃性能差,其极限氧指数(LOI)只有18.5左右,这些缺陷严重影响了其应用。因此,研制、开发和生产阻燃聚乙烯醇纤维已是我国化学纤维制造业的一个重要课题。
现有技术中,关于聚乙烯醇-石墨烯复合的相关产品比较多,但一般制作出的产品中石墨烯含量会比较低,并且石墨烯颗粒分散不均匀,颗粒大小不均一,容易发生层间团聚,影响产品性能。
CN103436977A公开了一种阻燃熔纺高强高模聚乙烯醇及其制备方法,采用将可溶性阻燃剂加入到塑化剂中,含阻燃剂的复合塑化剂溶液被PVA吸收溶胀后,即可实现PVA的熔融加工,同时又可赋予PVA纤维由内至外的本体阻燃,且稳定存在无渗出,无须进行后道处理,对纤维本身力学性能无负面影响。由于添加了水溶性阻燃剂,阻燃剂以分子状态存在于聚乙烯醇链间,避免了因粉体颗粒分散问题导致纤维强度受到影响。但是,由于在纺丝中添加了大量的水溶性阻燃剂和复合增塑剂,它们阻碍了聚乙烯醇分子链间产生氢键,并降低了纤维的拉伸强度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:本发明的目的在于提供一种阻燃的基础上,力学性能好的聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维及其制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:提供一种聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,包括如下步骤:
(1)将氧化石墨烯的粉体溶于水,在80-95℃下超声分散1-2h,得到氧化石墨烯溶液;
(2)将增塑剂、氧化石墨烯溶液和阻燃剂混匀,得混合液;
(3)将混合液与聚乙烯醇保温混合,得阻燃聚乙烯醇;
(4)将阻燃聚乙烯醇经熔融纺丝得聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维。
进一步的,上述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法中,所述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维包括以下重量份的原料制备而成:聚乙烯醇30-40份,增塑剂3-10份、阻燃剂3-10份和氧化石墨烯0.5-10份。
进一步的,上述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法中,所述步骤(1)中的氧化石墨烯和水的质量比为1:3-5。
进一步的,上述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法中,所述阻燃剂选自三聚氰胺多聚磷酸盐、硫酸铵、磷酸胍、三聚氰胺中的一种。
进一步的,上述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法中,所述步骤(2)具体为:将阻燃剂进行粉碎得到的固体阻燃剂微粉,用增塑剂浸泡润湿,然后进行研磨分散得阻燃剂浆,所得阻燃剂浆再与氧化石墨烯溶液混匀得混合液。
进一步的,上述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法中,所述混合液中固体颗粒直径小于1微米。
进一步的,上述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法中,所述增塑剂选自丙三醇、丙二醇、聚乙二醇、丁二醇的水溶液中的一种,所述增塑剂的溶质质量百分数为20-50%。
进一步的,上述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法中,所述步骤(3)中保温混合是指30-50℃搅拌混合均匀。
进一步的,上述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法中,所述步骤(4)的熔融纺丝中,熔融温度90℃-160℃,牵伸温度为110℃-230℃,牵伸倍数为2-5倍。
本发明的另一技术方案为提供一种上述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法制备的聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维。
本发明的有益效果在于:本发明提供的聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维,其制备工艺简单、成本低廉,阻燃效果佳、力学性能好。该聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法中,采用将氧化石墨烯分散溶解,阻燃剂加入到塑化剂中,然后混合得到的含阻燃剂和氧化石墨烯的混合液,被PVA吸收溶胀后,即可实现PVA的熔融加工,同时又可赋予PVA纤维由内至外的本体阻燃,还提高纤维本身力学性能、赋予了该纤维材料较高的韧性、拉伸强度、耐热水性和抗静电性。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果,以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于:采用将氧化石墨烯分散溶解,阻燃剂加入到塑化剂中,混合得到的含阻燃剂和氧化石墨烯的混合液被PVA吸收溶胀后,即可实现PVA的熔融加工,得到阻燃性能和力学性能好的聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维。
实施例1
一种聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,所述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维包括以下重量份的原料制备而成:聚乙烯醇30-40份,增塑剂3-10份、阻燃剂3-10份和氧化石墨烯0.5-10份。
包括如下步骤:
(1)将氧化石墨烯粉体分散在水中,缓慢加热,在80-95℃下超声分散1-2h,得到氧化石墨烯溶液;所述氧化石墨烯和水的质量比为1:3-5。
(2)将阻燃剂进行粉碎得到的固体阻燃剂微粉,用增塑剂浸泡润湿,然后进行研磨分散得阻燃剂浆,所得阻燃剂浆再与氧化石墨烯溶液混匀得混合液。所述阻燃剂选自三聚氰胺多聚磷酸盐、硫酸铵、磷酸胍、三聚氰胺中的一种。所述混合液中固体颗粒直径小于1微米。所述增塑剂选自丙三醇、丙二醇、聚乙二醇、丁二醇的水溶液中的一种,所述增塑剂的溶质质量百分数为20-50%。
(3)将混合液与聚乙烯醇30-50℃搅拌混合均匀,得阻燃聚乙烯醇;
(4)将阻燃聚乙烯醇经熔融纺丝聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维,熔融温度90℃-160℃,牵伸温度为110℃-230℃,牵伸倍数为2-5倍。
上述所得聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维在阻燃的基础上,进一步翻倍提升纤维的力学性能,同时赋予了该纤维材料较高的韧性、拉伸强度、耐热水性和抗静电性。
氧化石墨烯与PVA进行很好的相容,氧化石墨烯与聚乙烯醇分子形成氢键,干扰聚乙烯醇分子间氢键的形成,增加强度的同时,减少对聚乙烯醇提高结晶度的影响(常温下不水溶解,高温溶解)。与此同时,以增塑剂和水补充增塑,降低熔融温度,既能满足纤维高温水溶性的要求、又能够适合在普通挤出机和纺丝机上加工的目的。
实施例2
一种聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,包括如下步骤:
(1)将氧化石墨烯粉体1kg份分散在3kg水中,缓慢加热,在80℃下超声分散1h,得到氧化石墨烯溶液;
(2)将三聚氰胺多聚磷酸盐3kg进行粉碎得到的固体阻燃剂微粉,用3kg溶质质量百分数为20%的丙三醇水溶液浸泡润湿,然后进行研磨分散得阻燃剂浆,所得阻燃剂浆再与4kg氧化石墨烯溶液混匀得混合液。所述混合液中固体颗粒直径小于1微米。
(3)将混合液与聚乙烯醇30-50℃搅拌混合均匀,得阻燃聚乙烯醇;
(4)将阻燃聚乙烯醇经熔融纺丝得聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维。所述熔融纺丝的熔融温度90℃-160℃,牵伸温度为110℃-230℃,牵伸倍数为2-5倍。
实施例3
一种聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,包括如下步骤:
(1)将氧化石墨烯粉体1kg份分散在4kg水中,缓慢加热,在90℃下超声分散1.5h,得到氧化石墨烯溶液;
(2)将三聚氰胺多聚磷酸盐5kg进行粉碎得到的固体阻燃剂微粉,用3-10kg溶质质量百分数为30%的丙三醇水溶液浸泡润湿,然后进行研磨分散得阻燃剂浆,所得阻燃剂浆再与5kg氧化石墨烯溶液混匀得混合液。所述混合液中固体颗粒直径小于1微米。
(3)将混合液与聚乙烯醇30-50℃搅拌混合均匀,得阻燃聚乙烯醇;
(4)将阻燃聚乙烯醇经熔融纺丝得聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维。所述熔融纺丝的熔融温度90℃-160℃,牵伸温度为110℃-230℃,牵伸倍数为2-5倍。
实施例4
一种聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,包括如下步骤:
(1)将氧化石墨烯粉体1kg份分散在5kg水中,缓慢加热,在95℃下超声分散2h,得到氧化石墨烯溶液;
(2)将三聚氰胺多聚磷酸盐10kg进行粉碎得到的固体阻燃剂微粉,用3-10kg溶质质量百分数为50%的丙三醇水溶液浸泡润湿,然后进行研磨分散得阻燃剂浆,所得阻燃剂浆再与6kg氧化石墨烯溶液混匀得混合液。所述混合液中固体颗粒直径小于1微米。
(3)将混合液与聚乙烯醇30-50℃搅拌混合均匀,得阻燃聚乙烯醇;
(4)将阻燃聚乙烯醇经熔融纺丝得聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维。所述熔融纺丝的熔融温度90℃-160℃,牵伸温度为110℃-230℃,牵伸倍数为2-5倍。
本发明上述实施例所得聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的性能测定如下表1。
表1
拉伸强度(MPa) | 水溶解温度(℃) | 极限氧指数(LOI) | |
实施例2 | 41 | 80 | 36 |
实施例3 | 53 | 70 | 38 |
实施例4 | 45 | 90 | 39 |
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将氧化石墨烯的粉体溶于水,在80-95℃下超声分散1-2h,得到氧化石墨烯溶液;
(2)将增塑剂、氧化石墨烯溶液和阻燃剂混匀,得混合液;
(3)将混合液与聚乙烯醇保温混合,得阻燃聚乙烯醇;
(4)将阻燃聚乙烯醇经熔融纺丝得聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维。
2.根据权利要求1所述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,其特征在于,所述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维包括以下重量份的原料制备而成:聚乙烯醇30-40份,增塑剂3-10份、阻燃剂3-10份和氧化石墨烯0.5-10份。
3.根据权利要求1所述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中的氧化石墨烯和水的质量比为1:3-5。
4.根据权利要求1所述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,其特征在于,所述阻燃剂选自三聚氰胺多聚磷酸盐、硫酸铵、磷酸胍、三聚氰胺中的一种。
5.根据权利要求4所述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)具体为:将阻燃剂进行粉碎得到的固体阻燃剂微粉,用增塑剂浸泡润湿,然后进行研磨分散得阻燃剂浆,所得阻燃剂浆再与氧化石墨烯溶液混匀得混合液。
6.根据权利要求5所述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,其特征在于,所述混合液中固体颗粒直径小于1微米。
7.根据权利要求1所述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,其特征在于,所述增塑剂选自丙三醇、丙二醇、聚乙二醇、丁二醇的水溶液中的一种,所述增塑剂的溶质质量百分数为20-50%。
8.根据权利要求1所述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中保温混合是指30-50℃搅拌混合均匀。
9.根据权利要求1所述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)的熔融纺丝中,熔融温度90℃-160℃,牵伸温度为110℃-230℃,牵伸倍数为2-5倍。
10.一种权利要求1-9任一项所述聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维的制备方法制备的聚乙烯醇熔融纺丝阻燃纤维。
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