CN111172615A - 一种湿法纺丝制备的阻燃性纳米纤维素复合纤维及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于功能纤维制造领域，具体涉及一种碳酸钠/羧甲基纤维素与Tempo氧化的纤维素纳米纤丝混合纺丝液制备的复合阻燃纤维。该复合阻燃纤维以1％～20％的氯化钙为凝固浴，通过湿法纺丝方法制备而成，纤维中分散相粒子主要为碳酸钠/羧甲基纤维素结合物，其余为Tempo氧化的纤维素纳米纤丝，发挥阻燃作用的主要为碳酸钠。本发明提出的制备工艺路线简单、过程条件温和、生产成本低、阻燃性能好。

Description

一种湿法纺丝制备的阻燃性纳米纤维素复合纤维及其制备 工艺

技术领域

本发明属于功能纤维制造领域，具体涉及一种阻燃性纳米纤维素复合纤维及其制备工艺。

背景技术

纤维素纳米纤丝，是一种从植物纤维素分离得到的直径为5～20nm，长度几百纳米至几十微米的丝状纤维素。Tempo氧化的纤维素纳米纤丝表面带有负电荷，在较低的浓度下即为半透明或透明性凝胶，凝胶粘度较高。羧甲基纤维素是一种成本低廉且安全的纤维素衍生物，其水溶液具有增稠、成膜、黏接、水分保持、胶体保护、乳化及悬浮等作用。

有机聚合物具有易燃特性，而一般用来改善材料阻燃性能的卤系、磷系传统阻燃剂，在燃烧过程中会释放出大量的有毒有害气体。碳酸钠是一种重要的有机化工原料，在该复合纤维中用作防火剂，使纤维具有一定的防火性能。

目前，在纤维素纤维中加入阻燃剂是提高纤维素纤维阻燃防火性能的主要方法。如中国专利1(申请号为CN201910150089.2)公开了一种以蒙脱土为阻燃剂制备阻燃纤维的制备方法，该方法将蒙脱土分散液冷冻干燥后获得的纳米层组装的蒙脱土，与聚乙烯醇一起分散到水中，通过湿法纺丝方法制备而成。中国专利2(申请号为CN201711467341.X)公开了一种硅氟防火纤维布，该硅氟防火纤维布包括硅树脂层、氟树脂防粘层和无机防火纤维层，所述无机防火纤维层的一面涂覆硅树脂层，无机防火纤维层的另一面多次涂覆氟树脂防粘层。中国专利3(申请号为CN201910079417.4)公开了一种防火纤维的生产方法，通过酚醛预聚物溶于聚乙烯醇的醇溶液中，形成酚醛预聚物溶液；将聚乙二醇、磷酸盐、磷酸二氢盐、碱性化合物加入到酚醛预聚物溶液中形成纺丝原液，并将初生纤维固化处理，固化后的纤维在30～60℃的有机溶剂中浸泡，获得防火纤维。但是，上述技术方案中聚乙烯醇、氟树脂等多为有毒物，无法保障环保安全性。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的环保性问题，提供一种制备方法简单、生产成本低、使阻燃剂稳定存在于纤维中提高纤维素纤维的阻燃性能且使其顺利纺丝成形的阻燃纳米纤维素复合纤维及其制备工艺。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案概述为如下工艺，其特征步骤按顺序包括：

步骤1：取棉花纤维加入体积百分浓度为1％～5％的氢氧化钠的二甲基亚砜溶液，纤维与二甲基亚砜溶液质量比为1∶5～1∶20，常温溶解反应0.5～2小时后，加入2wt％～5wt％的氯乙酸钠，并在60～100℃条件下加热反应20～40小时；

步骤2：加入二甲基亚砜溶液质量1～5倍的水以停止反应，抽滤冲洗至滤液呈中性，将抽滤后溶液倒入1000D透析袋内，透析1～3天，经200～600bar高压均质5～10次得到羧甲基纤维素；

步骤3：将碳酸钠与上述得到的羧甲基纤维素纤维按质量比为1∶3～1∶20混合形成结合物，然后该结合物与Tempo氧化的纤维素纳米纤丝搅拌混合，超声处理20～50分钟形成纺丝溶液，并静置脱泡12小时；

步骤4：将上述静置脱泡后的纺丝溶液放入到单轴旋转纺丝管内，采用0.05～0.1mm的纺丝头，并将纺丝头喷嘴挤出到单轴流的1％～20％的氯化钙凝固浴中，通过旋转滚筒接受并干燥，得到表面凝固成型的阻燃性纳米纤维素复合纤维。

本发明提出的制备阻燃性纳米纤维素复合纤维，将碳酸钠/羧甲基纤维素溶胶与Tempo氧化的纤维素纳米纤丝的混合液进行纺丝制得阻燃复合纤维；所述碳酸钠/羧甲基纤维素的分散相粒子主要为所述碳酸钠/羧甲基纤维素结合物。以氯化钙为凝固浴，通过湿法纺丝方法制备成阻燃性复合纤维。本发明阻燃纤维的制备方法简单，反应条件温和、生产成本低，所得阻燃纤维抗拉伸强度为15～53MPa，有望作为柔性可编织阻燃材料，一定程度地增强了材料的阻燃性能。

具体实施方式

参考下列实施例将更全面、更容易地理解本发明，给出实施例是为了更清楚地阐明本发明，而不是以任何方式限制本发明。

实施例1：

阻燃性纳米纤维素复合纤维的制备工艺，具体步骤如下：

步骤1：取棉花纤维加入体积百分浓度为4％的氢氧化钠的二甲基亚砜溶液，纤维与二甲基亚砜溶液质量比为1∶8，常温溶解反应1小时后，加入4wt％的氯乙酸钠，并在80℃条件下加热反应24小时；

步骤2：加入二甲基亚砜溶液质量4倍的水以停止反应，抽滤冲洗至滤液呈中性，将抽滤后溶液倒入1000D透析袋内，透析48小时，经500bar高压均质8次得到羧甲基纤维素；

步骤3：将碳酸钠与上述得到的羧甲基纤维素纤维按质量比为1∶6混合形成结合物，然后该结合物与Tempo氧化的纤维素纳米纤丝搅拌混合，超声处理45分钟形成纺丝溶液，并静置脱泡12小时；

步骤4：将上述静置脱泡后的纺丝溶液放入到单轴旋转纺丝管内，采用0.1mm的纺丝头，并将纺丝头喷嘴挤出到单轴流的18％的氯化钙凝固浴中，通过旋转滚筒接受并干燥，得到表面凝固成型的阻燃性纳米纤维素复合纤维。

实施例2：

阻燃性纳米纤维素复合纤维的制备工艺，具体步骤如下：

步骤1：取棉花纤维加入体积百分浓度为3％的氢氧化钠的二甲基亚砜溶液，纤维与二甲基亚砜溶液质量比为1∶10，常温溶解反应1小时后，加入3wt％的氯乙酸钠，并在70℃条件下加热反应24小时；

步骤2：加入二甲基亚砜溶液质量3倍的水以停止反应，抽滤冲洗至滤液呈中性，将抽滤后溶液倒入1000D透析袋内，透析36小时，经300bar高压均质7次得到羧甲基纤维素；

步骤3：将碳酸钠与上述得到的羧甲基纤维素纤维按质量比为1∶10混合形成结合物，然后该结合物与Tempo氧化的纤维素纳米纤丝搅拌混合，超声处理35分钟形成纺丝溶液，并静置脱泡12小时；

步骤4：将上述静置脱泡后的纺丝溶液放入到单轴旋转纺丝管内，采用0.05mm的纺丝头，并将纺丝头喷嘴挤出到单轴流的12％的氯化钙凝固浴中，通过旋转滚筒接受并干燥，得到表面凝固成型的阻燃性纳米纤维素复合纤维。

实施例3：

阻燃性纳米纤维素复合纤维的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：取棉花纤维加入体积百分浓度为2％的氢氧化钠的二甲基亚砜溶液，纤维与二甲基亚砜溶液质量比为1∶19，常温溶解反应90分钟后，加入3wt％的氯乙酸钠，并在65℃条件下加热反应36小时；

步骤2：加入二甲基亚砜溶液质量2倍的水以停止反应，抽滤冲洗至滤液呈中性，将抽滤后溶液倒入1000D透析袋内，透析48小时，经400bar高压均质5次得到羧甲基纤维素；

步骤3：将碳酸钠与上述得到的羧甲基纤维素纤维按质量比为1∶18混合形成结合物，然后该结合物与Tempo氧化的纤维素纳米纤丝搅拌混合，超声处理25分钟形成纺丝溶液，并静置脱泡12小时；

步骤4：将上述静置脱泡后的纺丝溶液放入到单轴旋转纺丝管内，采用0.1mm的纺丝头，并将纺丝头喷嘴挤出到单轴流的8％的氯化钙凝固浴中，通过旋转滚筒接受并干燥，得到表面凝固成型的阻燃性纳米纤维素复合纤维。

Claims (1)

1.一种湿法纺丝制备阻燃性纳米纤维素复合纤维的工艺，其特征是按顺序包括如下步骤：

步骤1：取棉花纤维加入体积百分浓度为1％～5％的氢氧化钠的二甲基亚砜溶液，纤维与二甲基亚砜溶液质量比为1∶5～1∶20，常温溶解反应0.5～2小时后，加入2wt％～5wt％的氯乙酸钠，并在60～100℃条件下加热反应20～40小时；

步骤2：加入二甲基亚砜溶液质量1～5倍的水以停止反应，抽滤冲洗至滤液呈中性，将抽滤后溶液倒入1000D透析袋内，透析1～3天，经200～600bar高压均质5～10次得到羧甲基纤维素；

步骤3：将碳酸钠与上述得到的羧甲基纤维素纤维按质量比为1∶3～1∶20混合形成结合物，然后该结合物与Tempo氧化的纤维素纳米纤丝搅拌混合，超声处理20～50分钟形成纺丝溶液，并静置脱泡12小时；

步骤4：将上述静置脱泡后的纺丝溶液放入到单轴旋转纺丝管内，采用0.05～0.1mm的纺丝头，并将纺丝头喷嘴挤出到单轴流的1％～20％的氯化钙凝固浴中，通过旋转滚筒接受并干燥，得到表面凝固成型的阻燃性纳米纤维素复合纤维。