CN111534874B

CN111534874B - 一种低烟抗熔融阻燃纤维的制备方法

Info

Publication number: CN111534874B
Application number: CN202010333174.5A
Authority: CN
Inventors: 马君志; 王冬; 王文华; 付少海; 刘长军; 吴亚红; 刘乐
Original assignee: Jiangnan University; Weifang Xinlong Biomaterials Co Ltd
Current assignee: Jiangnan University; Weifang Xinlong Biomaterials Co Ltd
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2020-04-24
Publication date: 2021-08-13
Anticipated expiration: 2040-04-24
Also published as: CN111534874A

Abstract

本发明提供一种低烟抗熔融阻燃纤维的制备方法，分别将高岭土分散液和有机磷系阻燃剂乳液，按比例添加到粘胶溶液，经机械研磨混合、过滤、脱泡、纺丝、精炼处理，制得阻燃低烟抗熔滴粘胶纤维，纤维干断裂强度≥2.1cN/dtex、湿断裂强度≥1.0cN/dtex、干断裂伸长≥18%，氧指数（LOI）≥28%，烟密度等级（SDR）≤10（GB/T8627）。

Description

一种低烟抗熔融阻燃纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种低烟抗熔融阻燃纤维的工艺方法，具体地说是一种硅系、磷系阻燃剂复配、协效阻燃粘胶纤维生产制备方法。

背景技术

近年来，世界各国因纺织品引起的火灾不断增加。对由火灾引起的死亡事故进行调查的结果表明，由室内装饰品及纺织品引起的火灾占第一位。研究发现：纺织品燃烧时发生熔融滴落时，滴落产生的高温熔体不仅会灼伤皮肤，并且可能会引燃周围易燃物质，造成更大火灾；可燃性纺织品燃烧时释放的有害气体对人体的危害程度大大超燃烧火焰对人们的伤害。低烟、抗熔融滴落的阻燃纤维制备技术愈来愈受到人们的重视。中国专利CN1635019公开了一种再生纤维素/SiO₂纳米复合材料的制备方法，制备了无机硅系阻燃粘胶纤维，纤维低烟不熔滴，但SiO₂添加量大，高达30%以上，纤维的物理机械性能差，适用于非织造产品，不适合纺织品应用。CN102965751公开了一种高湿模量阻燃再生纤维素纤维及其制备方法，采用高湿模量粘胶纤维生产技术，纺前注射添加15~25%焦磷酸酯类阻燃剂，精炼烘干后的纤维再用丁烷四羧酸、次磷酸钠水溶液交联处理，制备磷系阻燃粘胶纤维。制备工艺繁琐、阻燃剂添加量大、含磷高，通过高湿模量技术保证了纤维物理机械性能，其如果不进行交联处理，纤维的机械性能会明显降低，同时该方法还存在阻燃产生大量烟气的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种低烟抗熔融阻燃纤维的制备方法，

利用硅系阻燃剂良好的抑烟性，有机磷系阻燃剂阻燃高效性，采用片层结构的高岭土（化学式为2SiO₂·Al₂O₃·2H₂O）微粉与有机磷系阻燃剂的复配，制备低烟、抗熔滴阻燃粘胶纤维。同时片层结构高岭土微粉在纤维成型过程中经拉伸取向，实现改善纤维力学性能，阻隔热量传递，提升纤维阻燃性能。制备低烟、抗熔滴阻燃粘胶纤维，可满足纺织、非织造等领域应用。

为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

一种低烟抗熔融阻燃纤维的制备方法，分别将高岭土和有机磷系阻燃剂分散液，按比例添加到粘胶溶液，经机械研磨混合、过滤、脱泡、纺丝、精炼处理，制得阻燃低烟抗熔滴粘胶纤维，纤维干断裂强度≥2.1cN/dtex、湿断裂强度≥1.0cN/dtex、干断裂伸长≥18%，氧指数（LOI）≥28%，烟密度等级（SDR）≤10（GB/T8627）。

以下是对上述技术方案的进一步改进：

本发明采用高岭土（化学式为2SiO₂·Al₂O₃·2H₂O）微粉与有机磷系阻燃剂的协效阻燃，制备低烟抗熔滴阻燃粘胶纤维，满足纺织、非织造等领域应用。

1、高岭土分散液制备：采用卧式砂磨机将粒径≤2um的高岭土粉体进行预分散处理，分散液各组分含量分别为：高岭土5-20%，分散剂1-4%，水76-93%。分散剂选择硅烷偶联剂、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。

2、阻燃粘胶液的配制：预分散好的高岭土分散液、磷系阻燃剂乳液，加入到粘胶中，各组分的添加量，按高岭土对粘胶中纤维素含量的0.5-10%，优选为1.2-9.1%，磷系阻燃剂对粘胶中纤维素含量的10-14.5%，混合后阻燃粘胶的指标为：总固含量9.0-10.5%，氢氧化钠4.0-6.0%，粘度30-60s，熟成度10-20 ml（15％氯化铵），优选为14-18ml，网值≥100 ml（200目Ni网）；

磷系阻燃剂选用NDL-02阻燃剂。

所述磷系阻燃剂乳液，有效成分为30%；

所述粘胶中，纤维素含量为8-9%；

所述混合采用机械搅拌加外循环方式；过滤选用KKF滤机，滤网烧结金属毡，网孔≤20um；脱泡采取连续脱泡，脱泡真空度≥0.09MPa。

3、纺丝、精炼后处理工艺同普通粘胶纤维，根据粘胶具体指标进行对应调整。纺丝工序要求酸浴组成为：硫酸100-130g/L，优选为110-125 g/L，硫酸钠280-360g/L，优选为310-360 g/L，硫酸锌10-12g/L。酸浴温度40-50℃，优选为45-50℃，精炼脱硫选用亚硫酸钠或硫氢化钠，浓度2-6 g/L，优选为4-5g/L，温度75-85℃。

与现有技术相比，本发明取得以下有益效果：

本发明制制备的阻燃低烟抗熔滴粘胶纤维，纤维干断裂强度为2.16-2.26cN/dtex、湿断裂强度为1.02-1.16cN/dtex、干断裂伸长率为18.2-20.8%，氧指数（LOI）为28.2-29.2%，烟密度等级（SDR）为4-8（GB/T8627）。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：一种低烟抗熔融阻燃纤维的制备方法

包括以下步骤：

1、粘胶液制备：同常规粘胶纤维制备，选用溶解木浆，经浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解等工序制成粘胶溶液。

2、高岭土分散液制备：称取高岭土粉体50g、硅烷偶联剂KH-560 10g、六偏磷酸钠5g、去离子水680g，混合搅拌均匀，采用卧式砂磨机，转速2000r/min研磨，每半小时取粒径测试，D90≤2um时，停止研磨。

3、阻燃粘胶液配制：取制备好的粘胶溶液50Kg，其中纤维素含量8.2%，取NDL-02阻燃剂乳液（有效成分30%）1.9 Kg（阻燃剂有效成分占粘胶中纤维素含量的13.9%），以及上一步骤制得的高岭土分散液，循环搅拌混合。测指标为：总固含量9.0%，氢氧化钠4.6%，粘度36s，熟成度18 ml，网值125 ml。

4、纺丝：混合后的阻燃粘胶，过滤、脱泡后，进行纺丝，酸浴组成为：硫酸125g/L，硫酸钠356g/L，硫酸锌11.6g/L，酸浴温度49℃。

5、后处理：精炼脱硫选用亚硫酸钠，浓度5g/L，温度78℃，再经水洗、上油、烘干，得阻燃粘胶纤维。

阻燃粘胶纤维干断裂强度2.18cN/dtex、湿断裂强度1.02cN/dtex、干断裂伸长率19.8%，氧指数（LOI）28.2%，烟密度等级（SDR）8。

实施例2：

1、粘胶液制备：同常规粘胶纤维制备，选用木、棉溶解浆原料，经浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解等工序制成粘胶溶液。

2、高岭土分散液制备：称取高岭土粉体400g、三聚磷酸钠20g、十二烷基苯磺酸钠20g、去离子水1560g，混合搅拌均匀，采用卧式砂磨机，转速2000 r/min研磨，每半小时取粒径测试，D90≤2um时，停止研磨。

3、阻燃粘胶液配制：取制备好的粘胶溶液50Kg，其中纤维素含量8.8%，NDL-02阻燃剂乳液（有效成分30%）1.8Kg（阻燃剂有效成分占对粘胶中纤维素含量的12.3%，），以及上一步骤制得的高岭土分散液液，循环搅拌混合。测指标为：总固含量9.9%，氢氧化钠5.2%，粘度46s，熟成度15 ml，网值110 ml。

4、纺丝：混合后的阻燃粘胶，过滤、脱泡后，进行纺丝，酸浴组成为：硫酸115g/L，硫酸钠350g/L，硫酸锌10.6g/L，酸浴温度46℃。

5、后处理：精炼脱硫选用亚硫酸钠，浓度4g/L，温度82℃。再经水洗、上油、烘干，得阻燃粘胶纤维。

阻燃粘胶纤维干断裂强度2.26cN/dtex、湿断裂强度1.12cN/dtex、干断裂伸长20.8%，氧指数（LOI）28.6%，烟密度等级（SDR）6。

实施例3：

1、粘胶液制备：同常规粘胶纤维制备，选用、棉浆原料，经浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解等工序制等粘胶溶液。

2、高岭土分散液制备：称取高岭土粉体400g、三聚磷酸钠20g、硅烷偶联剂KH-56010g、去离子水1780g，混合搅拌均匀，采用卧式砂磨机，转速2000 r/min研磨，每半小时取粒径测试，D90≤2um时，停止研磨。

3、阻燃粘胶液配制：取制备好的粘胶溶液50Kg，其中纤维素含量8.6%。NDL-02阻燃剂乳液（有效成分30%）1.5Kg（阻燃剂有效成分占粘胶中纤维素含量的10.5%，），以及上一步骤制得的高岭土分散液，循环搅拌混合。测指标为：总固含量9.6%，氢氧化钠5.8%，粘度42s，熟成度16 ml，网值105 ml。

4、纺丝：混合后的阻燃粘胶，过滤、脱泡后，进行纺丝，酸浴组成为：硫酸120g/L，硫酸钠320g/L ，硫酸锌11.0g/L，酸浴温度48℃。

5、后处理：精炼脱硫选用硫酸氢钠，浓度4g/L，温度80℃。再经水洗、上油、烘干，得阻燃粘胶纤维。

阻燃粘胶纤维干断裂强度2.20cN/dtex、湿断裂强度1.16cN/dtex、干断裂伸长18.6%，氧指数（LOI）28.4%，烟密度等级（SDR）5。

实施例4：

1、粘胶液制备：同常规粘胶纤维制备，选用棉、竹材等溶解浆原料，经浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解等工序制等粘胶溶液。

2、高岭土分散液制备：称取高岭土粉体350g、六偏磷酸钠30g、去离子水2020g，混合搅拌均匀，采用卧式砂磨机，转速2000 r/min研磨，每半小时取粒径测试，D90≤2um时，停止研磨。

3、阻燃粘胶液配制：取制备好的粘胶溶液50Kg，其中纤维素含量8.9%。NDL-02阻燃剂乳液（有效成分30%）2.15Kg（阻燃剂有效成分占粘胶中纤维素含量的14.5%），以及上一步骤制得的高岭土分散液液，循环搅拌混合。测指标为：总固含量10.0%，氢氧化钠5.8%，粘度56s，熟成度14 ml，网值108 ml。

4、纺丝：混合后的阻燃粘胶，过滤、脱泡后，进行纺丝，酸浴组成为：硫酸112g/L，硫酸钠310g/L，硫酸锌11.5g/L，酸浴温度45℃。

5、后处理：精炼脱硫选用亚硫酸钠，浓度4g/L，温度80℃，再经水洗、上油、烘干，得阻燃粘胶纤维。

阻燃粘胶纤维干断裂强度2.16cN/dtex、湿断裂强度1.10cN/dtex、干断裂伸长率18.2%，氧指数（LOI）29.2%，烟密度等级（SDR）4。

对比例

在实施例4基础上，不加入高岭土分散液，只加入NDL-02阻燃剂，具体制备方法如下：

1、粘胶液制备：同常规粘胶纤维制备，选用棉、竹材等溶解浆原料，经浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解等工序制成粘胶溶液。

3、阻燃粘胶液配制：取制备好的粘胶溶液50Kg，其中纤维素含量8.9%。NDL-02阻燃剂乳液（有效成分30%）2.15Kg（对粘胶中纤维素含量14.5%），循环搅拌混合。测指标为：总固含量9.8%，氢氧化钠5.9%，粘度58s，熟成度15 ml，网值125 ml。

4、纺丝：混合后的阻燃粘胶，过滤、脱泡后，进行纺丝，酸浴组成为：硫酸114g/L ,硫酸钠310g/L，硫酸锌11.5g/L，酸浴温度45℃。

5、后处理：精炼脱硫选用亚硫酸钠，浓度4g/L，温度80℃。再经水洗、上油、烘干，得阻燃粘胶纤维。

阻燃粘胶纤维干断裂强度2.08cN/dtex、湿断裂强度1.06cN/dtex、干断裂伸长率18.6%，氧指数（LOI）27.2%，烟密度等级（SDR）12。

除非特殊说明，本发明采用的比例均为质量比例，采用的百分比均为质量百分比。

Claims

1.一种低烟抗熔融阻燃纤维的制备方法，其特征在于：所述纤维的氧指数≥28%，烟密度等级≤10；

所述方法，包括高岭土分散液的制备、阻燃粘胶液的配制、纺丝、后处理；

所述高岭土分散液的制备：将粒径≤2μ m 的高岭土粉体进行预分散处理，得到高岭土分散液，所述高岭土分散液，以质量百分比计，包括高岭土5-20%，分散剂1-4%，水76-93%；

所述分散剂为硅烷偶联剂、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种；

所述阻燃粘胶液的配制，将高岭土分散液、磷系阻燃剂乳液，加入到粘胶溶液中，混合得到阻燃粘胶液；所述高岭土占粘胶溶液中纤维素的质量百分比为0.5-10%；磷系阻燃剂占粘胶溶液中纤维素的质量百分比为10-14.5%；

所述磷系阻燃剂为NDL-02阻燃剂。

2.根据权利要求1所述的一种低烟抗熔融阻燃纤维的制备方法，其特征在于：所述阻燃粘胶液，总固含量9.0-10.5%，氢氧化钠4.0-6.0%，粘度30-60s，15％氯化铵下的熟成度为10-20 ml，200目Ni网下的网值≥100 ml。

3.根据权利要求1所述的一种低烟抗熔融阻燃纤维的制备方法，其特征在于：所述纺丝，酸浴组成为：硫酸100-130g/L，硫酸钠280-360g/L，硫酸锌10-12g/L，酸浴温度40-50℃。

4.根据权利要求1所述的一种低烟抗熔融阻燃纤维的制备方法，其特征在于：所述后处理，精炼脱硫选用亚硫酸钠或硫氢化钠，浓度2-6 g/L，温度75-85℃。