CN110004509B

CN110004509B - 一种彩色阻燃纤维及其制备方法

Info

Publication number: CN110004509B
Application number: CN201910223718.XA
Authority: CN
Inventors: 徐佳威; 李振峰; 董战超; 秦丽霞; 范梅欣; 郝晓翠; 吴兴乐; 刘会兵
Original assignee: Hebei Jigao Chemical Fiber Co ltd; Hebei Aikerui Fiber Co ltd
Current assignee: Hebei Jigao Chemical Fiber Co ltd; Hebei Aikerui Fiber Co ltd
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2022-02-18
Anticipated expiration: 2039-03-22
Also published as: CN110004509A

Abstract

本发明公开了一种彩色阻燃纤维及其制备方法，包括：16～19wt％的阻燃剂和0.1～4wt％的着色剂，其余部分为人造纤维；所述阻燃剂包括磷系阻燃剂和包裹于磷系阻燃剂中的硅系阻燃剂的，硅系阻燃剂与磷洗阻燃剂的质量比为1:7～11，二者的粒径比为2～5:1。其制备方法为：所述制备方法选取纺丝原液从溶解至纺丝间的任一工序，向其中加入阻燃剂与着色剂混合液，再经纺丝、后处理制备得到所述的彩色阻燃纤维。本发明提供的彩色阻燃纤维中对阻燃剂的成分进行了充分改进，提高了硅系阻燃剂与纤维的相容性，使得该彩色阻燃纤维具有色牢度高、阻燃效果好等优点。

Description

一种彩色阻燃纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于纺织领域，具体地说，涉及一种彩色阻燃纤维及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展及人民生活水平的提高，人民的阻燃意识不断增强，同时对生活、环境的阻燃要求也越来越高，差别化的阻燃产品需求也呈现递增趋势。而纤维制品引起的火灾已成为社会中重大灾害之一，因此作为衣着服饰和家庭用品，日渐引起人们对其阻燃性的关注。目前世界各国都在严格地指定并完善有关防火安全方面的法律和法规，特别是某些重要的公共建筑如医院、宾馆、学校等室内的窗帘、地毯和装饰物都必须具备一定的防火阻燃能力。

彩色阻燃纤维开发的同时，在阻燃纤维市场引起了不小的风潮。彩色阻燃纤维倡导绿色消费，绿色经济，形成了新的产业亮点。彩色阻燃纤维将纤维素纤维与环保着色阻燃剂有机的结合在一起，利用卓越的纺前注入技术将着色阻燃剂定量加入到粘胶当中，去除了染整工序，节约能源的同时减少了污染污水排放。符合国家节能减排，低碳经济的政策。彩色阻燃纤维所采用的着色剂为环保型染料，染料中不含有偶氮类官能团，在生产过程中不需要加入甲醛类助染剂，经检测，彩色阻燃纤维不含甲醛和可分解芳香胺染料。并且其色牢度好，也具有良好的耐候性，经检测其耐水洗牢度达到4～5级。

现有的阻燃剂常使用不含卤素的阻燃剂，进一步提高了纤维制品的阻燃能力，但是由于该类阻燃剂的相容性问题，在织物经过多次水洗后可能导致阻燃成分流失，从而降低阻燃效果。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种将硅系阻燃剂和磷系阻燃剂配合使用的彩色阻燃纤维，采用特殊工艺将硅系阻燃剂包覆在磷系阻燃剂内部，形成与纤维相容性良好且有效成分不易因水洗而流失的纤维制品。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明提供了一种彩色阻燃纤维，包括：16～19wt％的阻燃剂，0.1～4wt％的着色剂，其余部分为人造纤维；所述阻燃剂包括磷系阻燃剂和包裹于磷系阻燃剂中的硅系阻燃剂的，硅系阻燃剂与磷洗阻燃剂的质量比为1:7～11，二者的粒径比为2～5:1。

上述方案中，现有技术中用于粘胶纤维的添加型阻燃剂与粘胶纤维间多无化学键，且相容性不佳，并且在多次水洗后会导致阻燃剂流失，使得织物的阻燃效果无法满足要求。本发明的工作人员意外地发现，在混合使用磷系阻燃剂和硅系阻燃剂时，按照一定的方法处理可形成磷系阻燃剂包覆硅系阻燃剂的状态，使二者之间产生协同作用，有效提高了阻燃剂与纤维的相容性，使得单独使用易水洗流失的两种阻燃剂与纤维结合更加稳固，在多次水洗后纤维制品仍保持良好的阻燃性。

本发明的进一步方案为：所述彩色阻燃纤维的极限氧指数为28～33％。

上述方案中，极限氧指数是指聚合物在氧和氮混合气体中当刚能支撑其燃烧时氧的体积分数浓度，氧指数低表示材料容易燃烧，一般认为氧指数低于22％的属于易燃材料，氧指数在22～27％区间的属可燃材料，氧指数大于27％的属难燃材料。本发明的由于使用磷系阻燃剂和硅系阻燃剂的复配，极大提高了纤维的极限氧指数，使得纤维具有离火即熄、燃烧时无滴落物、不阴燃等特征。

本发明还提供了一种彩色阻燃纤维的制备方法，所述制备方法选取纺丝原液从溶解至纺丝间的任一工序，向其中加入阻燃剂与着色剂混合液，再经纺丝、后处理制备得到所述的彩色阻燃纤维，所述阻燃剂是由如下方法制备的：

(1)将有机硅阻燃剂包覆无机硅阻燃剂反应1～2h；

(2)将步骤(1)中混合处理后的硅阻燃剂研磨成粉状，之后加入碱液调节pH为8～10；

(3)在步骤(2)进行的同时取研磨好的磷阻燃剂溶解于溶剂中，并按磷阻燃剂重量的0.2～0.5wt％加入表面活性剂混匀；

(4)将步骤(2)中的硅阻燃剂溶液与步骤(3)中的磷阻燃剂溶液混合反应2～3h，冷却、过滤并洗涤反应产物后干燥，即得阻燃剂粉末。

根据上述制备方法，所述步骤(3)中磷阻燃剂的，所述步骤(2)中粉状硅阻燃剂的平均粒径为0.4～0.6μm，所述步骤(2)中粉状阻燃剂的平均粒径为0.6～1.1μm。

上述制备方法中，取无机硅和有机硅的混合反应物，采用碱处理使其表面的有机硅氧化合物产生自聚合形成聚有机硅氧化合物，之后与被表面活性剂修饰的磷阻燃剂混合反应，同时由于控制磷系阻燃剂的粒径较小且加入量较多，因此最后形成以硅系阻燃剂为中心，磷系阻燃剂为外围的包覆结构。

根据上述制备方法，有机硅阻燃剂与磷阻燃剂的质量比为1:40～60。

上述制备方法中，当有机硅阻燃剂含量持续上升时，粘胶溶液的体系粘度会急剧增长，不利于后续纺丝，因此控制有机硅阻燃剂的加入量以保证粘胶溶液的纺丝性能。

根据上述制备方法，所述有机硅阻燃剂选自有机硅偶联剂，优选为MMCA或KH-550，所述无机硅阻燃剂选自二氧化硅，凹凸棒土或蒙脱土中的一种；所述磷阻燃剂选自聚磷酸铵，三聚氰胺聚磷酸盐，或磷酸酯中的一种。

上述制备方法中，KH-550为γ-丙基三乙氧基硅烷，MMCA为日本UNC公司开发的高分子偶联剂，是在聚硅氧烷主链上接有可水解的和有机活性官能团的高分子化合物。有机硅阻燃剂由于主链上含有硅氧键，并且硅原子直接连有有机基团，因此在燃烧时会产生Si-C阻隔层，从而发挥阻燃效果。

根据上述制备方法，所述步骤(1)中的反应包括在无机硅阻燃剂中缓慢添加有机硅阻燃剂，添加耗时为10min，有机硅阻燃剂的加入量为无机硅阻燃剂的6～15wt％，之后静置反应1～2h。

上述制备方法中，由于采用有机硅偶联剂作为有机硅阻燃剂，而无机硅阻燃剂则采用了二氧化硅等，因此在步骤(1)中二者接触可发生一定程度的反应，实现对无机硅阻燃剂的表面改性，形成有机硅包覆无机硅的结构，在此基础上研磨成粉，以便于下一步与磷系阻燃剂复配。

根据上述制备方法，所述步骤(3)中的溶剂为醇水溶液，其中乙醇与水的质量比为1:11～13，所述表面活性剂选自脂肪酸甘油酯，聚山梨酯，聚氧乙烯脂肪酸酯或聚氧乙烯脂肪醇醚中的一种。

根据上述制备方法，所述纺丝原液为粘胶溶液，其粘度为35～49s，甲纤含量为8.5～9.2％，含碱量为4.5～5.8％，熟成度为8～11ml，粘胶溶液包括依次序进行的浸渍、老成、黄化、溶解、过滤、脱泡、纺丝、水洗、脱硫工艺，在溶解、过滤、脱泡中任一工序加入步骤(4)所述的阻燃剂粉末与着色剂的混合液并混合均匀，阻燃剂粉末占所述甲纤含量的2～5wt％。

上述制备方法中，本发明的相关工作人员发现，采用特定参数范围内的粘胶溶液，可使着色剂和阻燃剂的附着效果更好，因此对粘胶溶液的粘度、甲纤含量、含碱量和熟成度进行了进一步的限定；并且，着色阻燃剂采用了纺前注射生产工艺加入到纺丝原液中，从而可免去制造过程中的印染等复杂工艺，减少了“三废”的排放，制得的纤维色泽鲜艳、亮丽、柔和，耐水洗、防日晒、色牢度大、热稳定性能好。

根据上述制备方法，将研磨后的着色剂与所述阻燃剂粉末合并加入碱液调配得粘度不大于6s的混合液，混合液的pH为7～8.5，将所述混合液加入粘胶溶液中，混合液与粘胶溶液的质量比为5～10:100；所述混合液中阻燃剂含量为200～230g/L，着色剂含量为14～19g/L；优选的，着色剂与阻燃剂粉末的混合液经过滤后加入粘胶溶液中。

上述制备方法中，将阻燃剂和着色剂先混合形成碱性混合液，之后再并入纺丝原液，可以进一步提高二者与纺丝原液的相容性，提高阻燃剂和着色剂在纤维上的附着力。

根据上述制备方法，研磨后的着色剂平均粒径为0.7～1.6μm，所述着色剂选自黑色、藏青、米黄、鹅黄或大红中的一种。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本发明提供的彩色阻燃纤维选用复配的硅系阻燃剂和磷系阻燃剂，经特定工艺将硅系阻燃剂包覆于磷系阻燃剂中，提高了阻燃剂的耐水洗性，使得纤维在多次水洗后仍保持良好的阻燃性能；

2.本发明提供的彩色阻燃纤维所使用的硅系阻燃剂包括一定比例配制的有机硅阻燃剂和无机硅阻燃剂，其中有机硅阻燃剂选自硅烷偶联剂，进一步增强了无机硅阻燃剂和磷系阻燃剂之间的界面效应，使二者结合更为紧密；

3.本发明提供的彩色阻燃纤维在制备过程中将阻燃剂和着色剂以碱液混合并且在纺前工序注入纺丝原液中，提高了阻燃剂和着色剂与成品纤维间的相容性和附着力。

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的实施例1～4为阻燃剂的制备方法，实施例5～8为分别应用了实施例1～4的彩色阻燃纤维。

实施例1

本实施例中，阻燃剂的制备方法如下：

(1)在二氧化硅中缓慢添加MMCA，添加耗时为10min，MMCA的加入量为二氧化硅的6wt％，MMCA与二氧化硅的质量比为1:7，之后静置反应2h；

(2)将步骤(1)中混合处理后的硅阻燃剂研磨成平均粒径为0.5μm的粉末，之后加入碱液调节pH为10；

(3)在步骤(2)进行的同时取研磨成平均粒径为0.1μm的聚磷酸铵溶解于乙醇:水＝1:11的醇水溶液中，MMCA与聚磷酸铵的质量比为1:50，并按聚磷酸铵重量的0.2wt％加入聚山梨酯混匀；

(4)将步骤(2)中的硅阻燃剂溶液与步骤(3)中的磷阻燃剂溶液混合反应3h，冷却、过滤并洗涤反应产物后干燥，即得阻燃剂粉末。

实施例2

(1)在蒙脱土中缓慢添加KH-550，添加耗时为10min，KH-550的加入量为蒙脱土的15wt％，KH-550与蒙脱土的质量比为1:11，之后静置反应1h；

(2)将步骤(1)中混合处理后的硅阻燃剂研磨成平均粒径为0.4μm的粉末，之后加入碱液调节pH为8；

(3)在步骤(2)进行的同时取研磨成平均粒径为0.2μm的三聚氰胺聚磷酸盐溶解于乙醇:水＝1:13的醇水溶液中，KH-550与三聚氰胺聚磷酸盐的质量比为1:40，并按三聚氰胺聚磷酸盐重量的0.5wt％加入聚山梨酯混匀；

(4)将步骤(2)中的硅阻燃剂溶液与步骤(3)中的磷阻燃剂溶液混合反应2h，冷却、过滤并洗涤反应产物后干燥，即得阻燃剂粉末。

实施例3

(1)在凹凸棒土中缓慢添加KH-550，添加耗时为10min，KH-550的加入量为凹凸棒土的11wt％，KH-550与凹凸棒土的质量比为1:9，之后静置反应1.4h；

(2)将步骤(1)中混合处理后的硅阻燃剂研磨成平均粒径为0.6μm的粉末，之后加入碱液调节pH为9；

(3)在步骤(2)进行的同时取研磨成平均粒径为0.3μm的磷酸酯溶解于乙醇:水＝1:12的醇水溶液中，KH-550与磷酸酯的质量比为1:60，并按磷酸酯重量的0.35wt％加入聚山梨酯混匀；

(4)将步骤(2)中的硅阻燃剂溶液与步骤(3)中的磷阻燃剂溶液混合反应2.5h，冷却、过滤并洗涤反应产物后干燥，即得阻燃剂粉末。

实施例4

本实施例中，阻燃剂的制备方法如下：

(3)在步骤(2)进行的同时取研磨成平均粒径为0.3μm的聚磷酸铵溶解于乙醇:水＝1:11的醇水溶液中，MMCA与聚磷酸铵的质量比为1:50，并按聚磷酸铵重量的0.2wt％加入聚山梨酯混匀；

实施例5

本实施例将实施例1的阻燃剂与着色剂制成混合液在纺前加入纺丝原液中，包括如下步骤：

(1)选取研磨后平均粒径为0.7μm的着色剂，所述着色剂为黑色；

(2)将实施例1的阻燃剂与步骤(1)的着色剂合并后加入碱液调配成粘度为5s的混合液，混合液的pH为7，混合液中阻燃剂含量为200g/L，着色剂含量为19g/L

(3)将步骤(2)中经过滤的混合液在溶解步骤加入粘胶溶液中，混合液与粘胶溶液的质量比为5:100，阻燃剂粉末占所述甲纤含量的2wt％；

(4)对步骤(3)中加入混合液的粘胶溶液进行纺丝得到彩色阻燃纤维。

实施例6

本实施例将实施例2的阻燃剂与着色剂制成混合液在纺前加入纺丝原液中，包括如下步骤：

(1)选取研磨后平均粒径为1.6μm的着色剂，所述着色剂为大红；

(2)将实施例2的阻燃剂与步骤(1)的着色剂合并后加入碱液调配成粘度为6s的混合液，混合液的pH为8.5，混合液中阻燃剂含量为230g/L，着色剂含量为14g/L

(3)将步骤(2)中经过滤的混合液在溶解步骤加入粘胶溶液中，混合液与粘胶溶液的质量比为10:100，阻燃剂粉末占所述甲纤含量的5wt％；

实施例7

本实施例将实施例3的阻燃剂与着色剂制成混合液在纺前加入纺丝原液中，包括如下步骤：

(1)选取研磨后平均粒径为1.2μm的着色剂，所述着色剂为米黄；

(2)将实施例3的阻燃剂与步骤(1)的着色剂合并后加入碱液调配成粘度为4s的混合液，混合液的pH为8，混合液中阻燃剂含量为220g/L，着色剂含量为17g/L

(3)将步骤(2)中经过滤的混合液在溶解步骤加入粘胶溶液中，混合液与粘胶溶液的质量比为7:100，阻燃剂粉末占所述甲纤含量的4wt％；

实施例8

本实施例将实施例4的阻燃剂与着色剂制成混合液在纺前加入纺丝原液中，包括如下步骤：

(1)选取研磨后平均粒径为0.9μm的着色剂，所述着色剂为藏青；

(2)将实施例4的阻燃剂与步骤(1)的着色剂合并后加入碱液调配成粘度为3s的混合液，混合液的pH为7.5，混合液中阻燃剂含量为210g/L，着色剂含量为15g/L

(3)将步骤(2)中经过滤的混合液在溶解步骤加入粘胶溶液中，混合液与粘胶溶液的质量比为8:100，阻燃剂粉末占所述甲纤含量的5wt％；

对比例1

本对比例在实施例1的基础上，去掉硅系阻燃剂，仅采用使用表面活性剂处理的聚磷酸铵作为阻燃剂，然后将制成的阻燃剂按照实施例4的方式制成彩色阻燃纤维。

对比例2

本对比例在实施例1的基础上，去掉磷系阻燃剂，仅采用MMCA和二氧化硅反应并研磨得到的硅阻燃剂，对其进行碱处理作为阻燃剂，然后将制成的阻燃剂按照实施例4的方式制成彩色阻燃纤维。

对比例3

本对比例在实施例1的基础上，不对MMCA和二氧化硅反应并研磨得到的硅阻燃剂进行碱处理，而使用醇水溶解聚磷酸铵后不加入表面活性剂，仅将硅阻燃剂和磷阻燃剂直接混合作为阻燃剂，然后将制成的阻燃剂按照实施例4的方式制成彩色阻燃纤维。

对比例4

本对比例在实施例1的基础上，将步骤(2)中硅阻燃剂研磨成粒径为0.7μm的粉末，其他实施方式同实施例1，然后将制成的阻燃剂按照实施例4的方式制成彩色阻燃纤维。

对比例5

本对比例在实施例1的基础上，将步骤(2)中硅阻燃剂研磨成粒径为0.3μm的粉末，其他实施方式同实施例1，然后将制成的阻燃剂按照实施例4的方式制成彩色阻燃纤维。

实验例1

本发明针对彩色纤维多次水洗后的阻燃性能做出相应的实验说明，选取本发明实施例5～8和对比例1～5中制得的彩色阻燃纤维，以20次水洗为一个周期，进行5个周期的水洗实验，并对每个周期彩色阻燃纤维的续燃时间，阴燃时间，极限氧指数和色牢度进行测定，结果如下表：

由上表可知，实施例5～8制得的彩色阻燃纤维具有良好的阻燃性能，并且在多次水洗后不丧失，而对比例1～3相比实施例1更改了阻燃剂的成分和配制方法，单独使用硅系阻燃剂和磷系阻燃剂的对比例1和2在经过两个周期的水洗后，阻燃性能丧失较快，而复合使用硅系阻燃剂和磷系阻燃剂的对比例3由于没有使用本发明对二者的处理，虽然阻燃性能较对比例1和2好，但是随着周期数的增加，阻燃效果丧失也加快。而对比例4和5则是调整了硅系阻燃剂的粒径范围在本发明限定的范围之外，其阻燃效果也在2～3个周期后出现不同程度的下降。

此外，由上表可知，本发明的实施例中由于采用了特殊工艺制备的阻燃剂，其色牢度在多次水洗后依然保持良好，可见通过本发明提供的方法制备的硅磷复配阻燃剂还具有保持彩色纤维色牢度的作用。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims

1.一种彩色阻燃纤维，包括：

阻燃剂 16～19wt％

着色剂 0.1～4wt％

其余部分为人造纤维；

其特征在于，所述阻燃剂包括磷系阻燃剂和包裹于磷系阻燃剂中的硅系阻燃剂的，硅系阻燃剂与磷系阻燃剂的质量比为1:7～11，二者的粒径比为2～5:1；

所述阻燃剂是由如下方法制备的：

(1)将有机硅阻燃剂包覆无机硅阻燃剂反应1～2h；

(4)将步骤(2)中的硅阻燃剂溶液与步骤(3)中的磷阻燃剂溶液混合反应2～3h，冷却、过滤并洗涤反应产物后干燥，即得阻燃剂粉末；

所述步骤(2)中粉状硅阻燃剂的平均粒径为0.4～0.6μm。

2.根据权利要求1所述的彩色阻燃纤维，其特征在于，所述彩色阻燃纤维的极限氧指数为28～33％。

3.一种彩色阻燃纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法选取纺丝原液从溶解至纺丝间的任一工序，向其中加入阻燃剂与着色剂混合液，再经纺丝、后处理制备得到所述的彩色阻燃纤维，所述阻燃剂是由如下方法制备的：

(1)将有机硅阻燃剂包覆无机硅阻燃剂反应1～2h；

所述步骤(2)中粉状硅阻燃剂的平均粒径为0.4～0.6μm。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中磷阻燃剂的平均粒径为0.1～0.3μm，所述步骤(2)中粉状阻燃剂的平均粒径为0.6～1.1μm。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，有机硅阻燃剂与磷阻燃剂的质量比为1:40～60。

6.根据权利要求3或5所述的制备方法，其特征在于，所述有机硅阻燃剂选自有机硅偶联剂，所述无机硅阻燃剂选自二氧化硅，凹凸棒土或蒙脱土中的一种；所述磷阻燃剂选自聚磷酸铵，三聚氰胺聚磷酸盐，或磷酸酯中的一种。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述有机硅阻燃剂选自MMCA或KH-550。

8.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的溶剂为醇水溶液，其中乙醇与水的质量比为1:11～13，所述表面活性剂选自脂肪酸甘油酯，聚山梨酯，聚氧乙烯脂肪酸酯或聚氧乙烯脂肪醇醚中的一种。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝原液为粘胶溶液，其粘度为35～49s，甲纤含量为8.5～9.2％，含碱量为4.5～5.8％，熟成度为8～11ml，粘胶溶液包括依次序进行的浸渍、老成、黄化、溶解、过滤、脱泡、纺丝、水洗、脱硫工艺，在溶解、过滤、脱泡中任一工序加入步骤(4)所述的阻燃剂粉末与着色剂的混合液并混合均匀，阻燃剂粉末占所述甲纤含量的2～5wt％。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，将研磨后的着色剂与所述阻燃剂粉末合并加入碱液调配得粘度不大于6s的混合液，混合液的pH为7～8.5，将所述混合液加入粘胶溶液中，混合液与粘胶溶液的质量比为5～10:100；所述混合液中阻燃剂含量为200～230g/L，着色剂含量为14～19g/L。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，着色剂与阻燃剂粉末的混合液经过滤后加入粘胶溶液中。

12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，研磨后的着色剂平均粒径为0.7～1.6μm，所述着色剂选自黑色、藏青、米黄、鹅黄或大红中的一种。