CN113249813B

CN113249813B - 一种阻燃Lyocell纤维及其制备方法

Info

Publication number: CN113249813B
Application number: CN202110553706.0A
Authority: CN
Inventors: 高敏; 赵庆波; 程春祖; 徐纪刚; 迟克栋; 代欣欣; 蒋佳星
Original assignee: China Textile Academy
Current assignee: China Textile Academy
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2041-05-20
Also published as: CN113249813A

Abstract

本发明公开了一种阻燃Lyocell纤维及其制备方法，所述阻燃Lyocell纤维的制备方法是先将阻燃剂均匀分散到含水量为50wt％～80wt％的NMMO水溶液中形成分散液，然后将分散液与浓缩至含水量为15wt％～30wt％的NMMO水溶液混合均匀形成悬浊液，再将纤维素浆粕与悬浊液进行混合，并加入稳定剂和抗氧剂停留再经脱水得到预溶胀液，最后将预溶胀液减压蒸馏除水得到用于制备阻燃Lyocell纤维的纺丝原液。本发明提供的制备方法在其分散液中的阻燃剂粒径小、粒度分布均匀，与NMMO溶剂的相容性更好，既保证了阻燃剂在纺丝原液中分布的均匀性，又保证了纺丝原液良好的过滤性和可纺性，而且制得的阻燃Lyocell纤维不含卤素无毒环保，且离火自熄灭、燃烧时发烟浓度低，具有永久的阻燃性能及优异的力学性能。

Description

一种阻燃Lyocell纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于纤维制备技术领域，具体地说，涉及一种阻燃Lyocell纤维及其制备方法。

背景技术

Lyocell纤维是一种将纤维素纤维直接溶解在N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)和水的混合溶剂中进行特殊纺丝而制备的新型再生纤维素纤维，具有优异的吸湿透气性、手感良好、穿着舒适，力学性能优良，并且其生产工艺绿色环保，因而在服用、装饰等领域具有广泛的应用。然而Lyocell纤维属易燃纤维，目前已报道的Lyocell纤维阻燃改性技术主要是基于共混工艺和后整理工艺。共混工艺是将阻燃剂加入浆液或纺丝原液中纺制阻燃纤维的方法，此法工艺简单，但具有阻燃剂粒径大、阻燃剂颗粒易团聚、阻燃剂与纺丝原液的相容性差等问题。而后整理工艺是通过浸渍、焙烘、涂布、喷淋等手段使阻燃剂附着于纤维或织物上的方法，这种方法对阻燃剂要求不高，但是整理后的织物手感差，不耐水洗。

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，提供了一种阻燃Lyocell纤维及其制备方法，本发明提供的制备方法既保证了阻燃剂在纺丝原液中分布的均匀性，又保证了纺丝原液良好的过滤性和可纺性，而且制得的阻燃Lyocell纤维不含卤素无毒环保且具有永久的阻燃性能及优异的力学性能。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明的第一目的提出了一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，包括如下步骤：

S1：将阻燃剂均匀分散到含水量为50wt％～80wt％的NMMO水溶液中形成阻燃剂/NMMO分散液，然后将所述阻燃剂/NMMO分散液与浓缩至含水量为15wt％～30wt％的NMMO水溶液混合均匀，形成阻燃剂/NMMO水溶液的悬浊液；

S2：将纤维素浆粕与所述悬浊液进行混合，再加入稳定剂和抗氧剂，经脱水得到预溶胀液；

S3：将所述预溶胀液搅拌并减压蒸馏除去水分，得到阻燃剂/纤维素/NMMO水溶液三元混合体系，即得到用于制备阻燃Lyocell纤维素的纺丝原液；

S4：将所述纺丝原液经过滤、脱泡后，再经干湿法纺丝即可制备出阻燃Lyocell纤维。

在上述方案中，先将阻燃剂均匀分散在含水量较多的NMMO低浓溶剂中，可以形成均匀地预分散液，然后再与含水量较少的NMMO高浓溶剂混合，由于两次分散液的体系环境差别不大，这样既不会破坏分散液体系平衡，又有利于减少后续溶胀、溶解过程中脱水时间，节能降耗。

其中，NMMO水溶液的浓缩可通过本领域技术人员已知的离心法或通过蒸发实现。所述阻燃剂/NMMO分散液与浓缩至含水量为15wt％～30wt％的NMMO水溶液在70～100℃下进行混合，以形成阻燃剂/NMMO水溶液的悬浊液。

优选地，在所述步骤S1中，加入NaOH调节阻燃剂/NMMO水溶液悬浊液的pH到10.5～11.5之间。

作为本发明的一种实施方式，在所述步骤S1之前，还包括表面包覆处理步骤，采用聚合物对阻燃剂进行表面包覆处理；所述聚合物的用量为所述阻燃剂质量的5～50％；

通过采用高分子聚合物对阻燃剂进行表面包覆处理得到的阻燃剂颗粒间具有强大的位阻和静电斥力，因此该阻燃剂可以均匀稳定的分散在NMMO水溶液中，与NMMO溶剂具有较好的相容性，不需要再额外添加表面活性剂，因此不会对NMMO溶剂造成污染，有利于NMMO的回收利用。并且制备得到的纺丝原液也具有良好的过滤性和可纺性，从而降低了阻燃剂的加入对Lyocell纤维的力学性能的影响。

优选地，所述阻燃剂为N,N-二(2-硫代-5,5-二甲基-1,3,2-二氧磷杂环己基)乙二胺。

作为本发明的一种实施方式，所述表面包覆处理步骤包括：将所述阻燃剂与溶解在溶剂中的聚合物充分混合，使所述阻燃剂均匀分散0.5～12h后再进行研磨，制备出具有X50小于1μm和X99小于10μm粒径分布的阻燃剂；

在上述过程中，通过研磨可以制备出粒径小的阻燃剂颗粒，确保了阻燃剂有效渗入到纤维内部，提高了阻燃剂的掺入率。此外，聚合物在阻燃剂的表面包覆大大提高了阻燃剂与纤维的结合牢度，防止了在凝固水洗阶段阻燃剂从纤维内部渗出，提高了纤维的耐水洗性能。

优选地，所述表面包覆处理步骤采用超声分散或机械搅拌的方式以使所述阻燃剂均匀分散。

具体地，可以借助湿磨或干磨进行研磨制备得到所述阻燃剂。

作为本发明的一种实施方式，所述溶剂为纯水、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中的至少一种；

所述聚合物为采用自由基聚合制备的共聚物，所述共聚物的分子链中含有丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、苯乙烯及乙氧基中的至少一种；

优选地，所述共聚物的分子量位于1000～20000之间。

作为本发明的一种实施方式，在所述步骤S1中，所述阻燃剂/NMMO分散液在乳化机、高速分散机、砂磨机或球磨机中的任一设备制备得到；所述阻燃剂/NMMO分散液中的阻燃剂具有X50小于0.5μm和X99小于5.0μm的粒径分布。

通过在阻燃剂/NMMO分散液中进一步研磨，可以使阻燃剂的粒径变得更小，更有利于阻燃剂的高度分散，避免因阻燃剂产生团聚现象的出现而带来阻燃剂与NMMO体系相容性差的问题，从而导致制备的纤维阻燃性能下降。

作为本发明的一种实施方式，在所述步骤S2中，所述抗氧剂为没食子酸正丙酯，所述稳定剂为羟胺；

所述纤维素浆粕为聚合度400～1300的棉浆或木浆；或者，所述纤维素浆粕为聚合度为400～1300的棉浆粕和聚合度为400～1300的木浆粕的混合；

优选地，所述纤维素浆粕与所述阻燃剂/NMMO水溶液的悬浊液的质量比为5～10:100；

更优选地，所述纤维素浆粕与所述阻燃剂/NMMO水溶液的悬浊液的质量比为7～10:100。

作为本发明的一种实施方式，在所述步骤S2中，将纤维素浆粕与所述悬浊液在预混合器中混合，再加入稳定剂和抗氧剂并在所述预混合器中停留后，经脱水得到预溶胀液；

所述预混合器内的温度为60～100℃，脱水压力为5～20kPa，所述预混合器中停留时间为10～90min；

优选地，所述预混合器内的温度为65～95℃，脱水压力为5～15kPa，所述预混合器中停留时间为20～60min；

更优选地，所述预混合器内的温度为70～90℃，脱水压力为8～15kPa，所述预混合器中停留时间为25～50min。

作为本发明的一种实施方式，在所述步骤S3中，将所述预溶胀液加入到溶解装置中搅拌并减压蒸馏除去水分；

所述溶解装置的脱水温度为90～120℃，脱水压力为5～12kPa。

本发明的第二目的提出了一种阻燃Lyocell纤维，由上述任一项所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法制备得到；

所述阻燃Lyocell纤维包括纤维素基体以及分散在纤维素基体内的阻燃剂，所述阻燃剂为所述阻燃Lyocell纤维的15wt％～50wt％；优选地，所述阻燃剂为所述阻燃Lyocell纤维的15wt％～35wt％；更优选地，所述阻燃剂为所述阻燃Lyocell纤维的15wt％～25wt％。

作为本发明的一种实施方式，所述阻燃Lyocell纤维的单丝纤度为1.0～2.2dtex，干态断裂强度为2.5～4.2CN/dt_ex，干态断裂伸长率为5～18％，湿态断裂强度为2.0～3.5CN/dt_ex，湿态断裂伸长率为10～20％；

所述阻燃Lyocell纤维的极限氧指数值不低于28％。

通过本发明提供的制备方法制备的阻燃Lyocell纤维在水洗阶段经过多次洗涤之后，极限氧指数值仍能够达到28％以上，其在水洗过程中阻燃剂的损失较少，依然能够起到良好的阻燃效果。

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：

本发明提供的制备方法通过采用高分子聚合物对阻燃剂进行表面包覆处理得到的阻燃剂颗粒间具有强大的位阻和静电斥力，因此该阻燃剂可以均匀稳定的分散在NMMO水溶液中，与NMMO溶剂具有较好的相容性，避免了阻燃剂颗粒间产生团聚或絮凝现象，制备得到的纺丝原液也具有良好的过滤性能和纺丝性能，从而降低了阻燃剂的加入对Lyocell纤维力学性能的影响。此外，本发明提供的制备方法不需要再额外添加表面活性剂，因此不会对NMMO溶剂造成污染，有利于NMMO的回收利用。

本发明提供的制备方法可以得到粒径较小的阻燃剂颗粒，能够确保阻燃剂有效渗入到纤维内部，提高了阻燃剂的掺入率，更有利于阻燃剂在纤维中的均匀分散。

本发明提供的制备方法通过采用聚合物在阻燃剂的表面包覆大大提高了阻燃剂与纤维的结合牢度，防止了在凝固水洗阶段阻燃剂从纤维内部渗出；制备出的阻燃Lyocell纤维在水洗阶段洗涤30次后仍能达到28％以上的极限氧指数值，其在水洗过程中阻燃剂的损失较少，具有良好的耐洗性能以及持久的阻燃效果。

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，下面对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。

实施例1

本实施例中，制备阻燃Lyocell纤维的具体步骤如下：

表面包覆处理步骤：首先将0.04kg的甲基丙烯酸异辛酯-甲基丙烯酸乙酯-苯乙烯充分溶解在2kg乙醇中，再加入0.4kg阻燃剂并进行高速分散混合。将混合后的溶液进行超声分散2h，再经球磨仪研磨至具有X99小于10μm的粒径分布的阻燃剂。

S1:将经过表面包覆处理的阻燃剂均匀分散到2.6kg含水量为50wt％的NMMO水溶液中，利用砂磨机进一步研磨分散形成阻燃剂/NMMO分散液，其中分散液中阻燃剂具有X50小于0.5μm和X99小于2.0μm的粒径分布。然后将分散液与9.3kg浓缩至含水量为20wt％的NMMO水溶液在85℃下混合均匀，形成阻燃剂/NMMO水溶液悬浊液。再加入NaOH调节悬浊液的pH为11.0。

S2:将1.064kg聚合度为550的木浆作为纤维素浆粕与上述过程制备得到的悬浊液在预混合器中混合，并加入没食子酸正丙酯和羟胺，在预混合器中停留40min后经脱水得到预溶胀液；其中，预混合器的温度为85℃，脱水压力为10kPa，搅拌轴转速为100r/min。

S3：将上述过程制备得到的预溶胀液转移至溶解釜中，在真空状态下进行脱水溶解，搅拌轴转速为200r/min，脱水温度为103℃，脱水压力为8kPa，直至纤维素溶解完全。然后降低搅拌轴的转速至50r/min，并使溶解釜的温度降至98℃，30min后停止搅拌和抽真空，得到了淡棕色的纺丝原液。其中，纺丝原液中纤维素浆粕的含量为8.67wt％，NMMO含量为76wt％，水含量为11.86wt％，阻燃剂含量为3.47wt％。

S4：将上述过程制备得到的纺丝原液经过滤、脱泡后，再经干湿法纺丝工艺制得阻燃剂含量为28.5％的阻燃Lyocell纤维。

实施例2

本实施例中，制备阻燃Lyocell纤维的具体步骤如下：

表面包覆处理步骤：首先将0.0675kg的苯乙烯-马来酸酐充分溶解在2kg水中，再加入0.45kg阻燃剂并进行高速分散混合。将混合后的溶液进行超声分散5h，再经球磨磨至具有X99小于10μm的粒径分布的阻燃剂。

S1:将经过表面包覆处理的阻燃剂均匀分散到3.175kg含水量为50wt％的NMMO水溶液中，利用砂磨机进一步研磨分散形成阻燃剂/NMMO分散液，其中分散液中阻燃剂具有X50小于0.5μm和X99小于5.0μm的粒径分布。然后将分散液与10.829kg浓缩至含水量为22wt％的NMMO水溶液在80℃下混合均匀，形成阻燃剂/NMMO水溶液悬浊液。再加入NaOH调节悬浊液的pH为11.2。

S2:将1.368kg聚合度为620的木浆作为纤维素浆粕与上述过程制备得到的悬浊液在预混合器中混合，并加入没食子酸正丙酯和羟胺，在预混合器中停留40min后经脱水得到预溶胀液；其中，预混合器的温度为90℃，脱水压力为9.5kPa，搅拌轴转速为100r/min。

S3：将上述过程制备得到的预溶胀液转移至溶解釜中，在真空状态下进行脱水溶解，搅拌轴转速为300r/min，脱水温度为105℃，脱水压力为8kPa，直至纤维素溶解完全。然后降低搅拌轴的转速至50r/min，并使溶解釜的温度降至100℃，30min后停止搅拌和抽真空，得到了淡棕色的纺丝原液。其中，纺丝原液中纤维素浆粕的含量为9.68wt％，NMMO含量为75.54wt％，水含量为11.39wt％，阻燃剂含量为3.39wt％。

S4：将上述过程制备得到的纺丝原液经过滤、脱泡后，再经干湿法纺丝工艺制得阻燃剂含量为25.9％的阻燃Lyocell纤维。

实施例3

本实施例中，制备阻燃Lyocell纤维的具体步骤如下：

表面包覆处理步骤：首先将0.081kg的苯乙烯-丙烯酸丁酯充分溶解在1.5kg水中，再加入0.45kg阻燃剂并在高速分散机上分散2h，再经球磨磨至具有X99小于10μm的粒径分布的阻燃剂。

S1:将经过表面包覆处理的阻燃剂均匀分散到3.675kg含水量为60wt％的NMMO水溶液中，利用砂磨机进一步研磨分散形成阻燃剂/NMMO分散液，其中分散液中阻燃剂具有X50小于0.5μm和X99小于1.0μm的粒径分布。然后将分散液与10.832kg浓缩至含水量为18wt％的NMMO水溶液在90℃下混合均匀，形成阻燃剂/NMMO水溶液悬浊液。再加入NaOH调节悬浊液的pH为10.8。

S2:将1.596kg聚合度为670的木浆作为纤维素浆粕与上述过程制备得到的悬浊液在预混合器中混合，并加入没食子酸正丙酯和羟胺，在预混合器中停留40min后经脱水得到预溶胀液；其中，预混合器的温度为88℃，脱水压力为9kPa，搅拌轴转速为100r/min。

S3：将上述过程制备得到的预溶胀液转移至溶解釜中，在真空状态下进行脱水溶解，搅拌轴转速为300r/min，脱水温度为106℃，脱水压力为7.2kPa，直至纤维素溶解完全。然后降低搅拌轴的转速至50r/min，并使溶解釜的温度降至100℃，40min后停止搅拌和抽真空，得到了淡棕色的纺丝原液。其中，纺丝原液中纤维素浆粕的含量为10.26wt％，NMMO含量为75.83wt％，水含量为10.83wt％，阻燃剂含量为3.08wt％。

S4：将上述过程制备得到的纺丝原液经过滤、脱泡后，再经干湿法纺丝工艺制得阻燃剂含量为23％的阻燃Lyocell纤维。

实施例4

本实施例中，制备阻燃Lyocell纤维的具体步骤如下：

表面包覆处理步骤：首先将0.096kg苯乙烯-丙烯酸丁酯充分溶解在2kg水中，再加入0.48kg阻燃剂并在高速分散机上分散2h，再经球磨磨至具有X99小于10μm的粒径分布的阻燃剂。

S1:将经过表面包覆处理的阻燃剂均匀分散到5.52kg含水量为60wt％的NMMO水溶液中，利用砂磨机进一步研磨分散形成阻燃剂/NMMO分散液，其中分散液中阻燃剂具有X50小于0.5μm和X99小于2.0μm的粒径分布。然后将分散液与13.079kg浓缩至含水量为15wt％的NMMO水溶液在90℃下混合均匀，形成阻燃剂/NMMO水溶液悬浊液。再加入NaOH调节悬浊液的pH为11.5。

S2:将2.04kg聚合度为720的木浆作为纤维素浆粕与上述过程制备得到的悬浊液在预混合器中混合，并加入没食子酸正丙酯和羟胺，在预混合器中停留50min后经脱水得到预溶胀液；其中，预混合器的温度为90℃，脱水压力为10kPa，搅拌轴转速为100r/min。

S3：将上述过程制备得到的预溶胀液转移至溶解釜中，在真空状态下进行脱水溶解，搅拌轴转速为300r/min，脱水温度为105℃，脱水压力为7.5kPa，直至纤维素溶解完全。然后降低搅拌轴的转速至50r/min，并使溶解釜的温度降至100℃，40min后停止搅拌和抽真空，得到了淡棕色的纺丝原液。其中，纺丝原液中纤维素浆粕的含量为10wt％，NMMO含量为76.3wt％，水含量为11.2wt％，阻燃剂含量为2.5wt％。

S4：将上述过程制备得到的纺丝原液经过滤、脱泡后，再经干湿法纺丝工艺制得阻燃剂含量为20％的阻燃Lyocell纤维。

实施例5

本实施例中，制备阻燃Lyocell纤维的具体步骤如下：

表面包覆处理步骤：首先将0.144kg丙烯酸乙氧基乙酯聚合物充分溶解在2kg乙醇中，再加入0.48kg阻燃剂并进行高速分散混合。将混合后的溶液进行超声分散5h，再经球磨磨至具有X99小于10μm的粒径分布的阻燃剂。

S1:将经过表面包覆处理的阻燃剂均匀分散到5.52kg含水量为80wt％的NMMO水溶液中，利用砂磨机进一步研磨分散形成阻燃剂/NMMO分散液，其中分散液中阻燃剂具有X50小于0.5μm和X99小于5.0μm的粒径分布。然后将分散液与20.871kg浓缩至含水量为22wt％的NMMO水溶液在80℃下混合均匀，形成阻燃剂/NMMO水溶液悬浊液。再加入NaOH调节悬浊液的pH为11.2。

S2:将2.042kg聚合度为450的木浆和0.511kg聚合度为1200的棉浆作为纤维素浆粕与上述过程制备得到的悬浊液在预混合器中混合，并加入没食子酸正丙酯和羟胺，在预混合器中停留50min后经脱水得到预溶胀液；其中，预混合器的温度为90℃，脱水压力为9kPa，搅拌轴转速为100r/min。

S3：将上述过程制备得到的预溶胀液转移至溶解釜中，在真空状态下进行脱水溶解，搅拌轴转速为300r/min，脱水温度为105℃，脱水压力为6.8kPa，直至纤维素溶解完全。然后降低搅拌轴的转速至50r/min，并使溶解釜的温度降至100℃，30min后停止搅拌和抽真空，得到了淡棕色的纺丝原液。其中，纺丝原液中纤维素浆粕的含量为10.62wt％，NMMO含量为76.0wt％，水含量为11.26wt％，阻燃剂含量为2.12wt％。

S4：将上述过程制备得到的纺丝原液经过滤、脱泡后，再经干湿法纺丝工艺制得阻燃剂含量为16.7％的阻燃Lyocell纤维。

实施例6

本实施例中，制备阻燃Lyocell纤维的具体步骤如下：

表面包覆处理步骤：首先将0.0475kg聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物和0.0475kg苯乙烯-丙烯酸丁酯充分溶解在4kg水中，再加入0.95kg阻燃剂并进行混合。将混合后的溶液在高速分散机上分散5h，再经球磨磨至具有X99小于10μm的粒径分布的阻燃剂。

S1:将经过表面包覆处理的阻燃剂均匀分散到1.288kg含水量为50wt％的NMMO水溶液中，利用砂磨机进一步研磨分散形成阻燃剂/NMMO分散液，其中分散液中阻燃剂具有X50小于0.5μm和X99小于5.0μm的粒径分布。然后将分散液与9.91kg浓缩至含水量为30wt％的NMMO水溶液在80℃下混合均匀，形成阻燃剂/NMMO水溶液悬浊液。再加入NaOH调节悬浊液的pH为11.0。

S2:将1.011kg聚合度为550的木浆作为纤维素浆粕与上述过程制备得到的悬浊液在预混合器中混合，并加入没食子酸正丙酯和羟胺，在预混合器中停留20min后经脱水得到预溶胀液；其中，预混合器的温度为95℃，脱水压力为15kPa，搅拌轴转速为100r/min。

S3：将上述过程制备得到的预溶胀液转移至溶解釜中，在真空状态下进行脱水溶解，搅拌轴转速为400r/min，脱水温度为105℃，脱水压力为6.2kPa，直至纤维素溶解完全。然后降低搅拌轴的转速至50r/min，并使溶解釜的温度降至98℃，30min后停止搅拌和抽真空，得到了淡棕色的纺丝原液。其中，纺丝原液中纤维素浆粕的含量为8.9wt％，NMMO含量为71.1wt％，水含量为11.1wt％，阻燃剂含量为8.9wt％。

S4：将上述过程制备得到的纺丝原液经过滤、脱泡后，再经干湿法纺丝工艺制得阻燃剂含量为50％的阻燃Lyocell纤维。

对比例1

本对比例中，制备普通Lyocell纤维的具体步骤如下：

S1:将19.97kg浓缩至含水量为20％的NMMO溶剂先用NaOH调节pH到11.0，再将2.3kg聚合度为550的木浆作为纤维素浆粕与NMMO溶剂在预混合器中混合，并加入没食子酸正丙酯和羟胺，在预混合器中停留30min后经脱水得到预溶胀液。其中，预混合器的温度为85℃，脱水压力为10kPa，搅拌轴转速为100r/min。

S2：将上述过程制备得到的预溶胀液转移至溶解釜中，在真空状态下进行脱水溶解，搅拌轴转速为200r/min，脱水温度为102℃，脱水压力为8kPa，直至纤维素溶解完全，得到均一透明的纺丝原液。其中，纺丝原液中纤维素含量为10.5wt％，NMMO含量为77.6wt％，水含量为11.9wt％。

S3：将上述过程制备得到的纺丝原液经过滤、脱泡后，再经干湿法纺丝制得Lyocell纤维。

对比例2

本对比例中，制备普通Lyocell纤维的具体步骤如下：

S1:将23.51kg浓缩至含水量为22％的NMMO溶剂先用NaOH调节pH到11.2，再将2.0kg聚合度为450的木浆和0.5kg聚合度为1200的棉浆作为纤维素浆粕与浓缩至浓度为78％的NMMO溶剂在预混合器中混合，并加入没食子酸正丙酯和羟胺，在预混合器中停留35min后经脱水得到预溶胀液。其中，预混合器的温度为80℃，脱水压力为10kPa，搅拌轴转速为100r/min。

S2：将上述过程制备得到的预溶胀液转移至溶解釜中，在真空状态下进行脱水溶解，搅拌轴转速为200r/min，脱水温度为105℃，脱水压力为7.5kPa，直至纤维素溶解完全，得到均一透明的纺丝原液。其中，纺丝原液中纤维素含量为10.1wt％，NMMO含量为78.4wt％，水含量为11.5wt％。

对比例3

本对比例中，制备阻燃Lyocell纤维的具体步骤如下：

S1:将经过表面包覆处理的阻燃剂先均匀分散到5.52kg的纯水中，利用砂磨机进一步研磨分散形成阻燃剂分散液，其中分散液中阻燃剂具有X50小于0.5μm和X99小于5.0μm的粒径分布。然后将分散液与20.871kg浓缩至含水量为22wt％的NMMO水溶液在80℃下混合均匀，形成阻燃剂/NMMO水溶液悬浊液。再加入NaOH调节悬浊液的pH为11.2。

S2:将2.042kg聚合度为450的木浆和0.511kg聚合度为1200的棉浆作为纤维素浆粕与上述过程制备得到的悬浊液在预混合器中混合，并加入没食子酸正丙酯和羟胺，在预混合器中停留60min后经脱水得到预溶胀液；其中，预混合器的温度为90℃，脱水压力为8.0kPa，搅拌轴转速为100r/min。

S3：将上述过程制备得到的预溶胀液转移至溶解釜中，在真空状态下进行脱水溶解，搅拌轴转速为300r/min，脱水温度为106℃，脱水压力为5.4kPa，直至纤维素溶解完全。然后降低搅拌轴的转速至50r/min，并使溶解釜的温度降至100℃，30min后停止搅拌和抽真空，得到了淡棕色的纺丝原液。其中，纺丝原液中纤维素浆粕的含量为10.71wt％，NMMO含量为76.66wt％，水含量为11.35wt％，阻燃剂含量为1.28wt％。

S4：将上述过程制备得到的纺丝原液经过滤、脱泡后，再经干湿法纺丝工艺制得阻燃剂含量为10.71％的阻燃Lyocell纤维。

实验例1

将如上实施例1～5以及对比例1～2所制备的Lyocell纤维产品进行相关性能测试，测试的相关性能如下：

(1)Lyocell纤维的单丝纤度(dtex)，测试方法：参照GB/T 14335化学纤维短纤维线密度试验方法；

(2)Lyocell纤维的干态断裂强度(CN/dtex)，测试方法：参照GB/T 14337短纤维拉伸性能试验方法；

(3)Lyocell纤维的干态断裂伸长率(％)，测试方法：参照GB/T 14337短纤维拉伸性能试验方法；

(4)Lyocell纤维的湿态断裂强度(CN/dtex)，测试方法：参照GB/T 14337短纤维拉伸性能试验方法；

(5)Lyocell纤维的湿态断裂伸长率(％)，测试方法：参照GB/T 14337短纤维拉伸性能试验方法；

(6)Lyocell纤维的极限氧指数(％)，测试方法：参照FZT 50016-2011粘胶短纤维阻燃性能试验方法

以上各性能的测试结果参见表1

表1

通过将表1的实施例1-6和对比例1-2相比可知，利用本发明制备方法制备得到的阻燃Lyocell纤维，具有良好的阻燃性能，在水洗阶段洗涤30次后仍能达到28％以上的极限氧指数值，其在水洗过程中阻燃剂的损失较少，依然能够起到良好的阻燃效果，具有一定的耐洗性以及更持久的阻燃效果。本发明提供的制备方法通过两次充分研磨可以得到粒径较小的阻燃剂颗粒，能够确保了阻燃剂有效渗入到纤维内部，提高了阻燃剂的掺入率，更有利于阻燃剂的高度分散，避免因阻燃剂产生团聚现象的出现而带来阻燃剂与NMMO体系相容性差的问题，从而导致制备的纤维阻燃性能下降。

通过将表1的实施例1-6和对比例1-2相比可知，由本发明制备方法制备得到的阻燃Lyocell纤维即使加入了阻燃剂也没有对力学性能产生较大的影响。这是由于本发明提供的制备方法通过采用聚合物在阻燃剂的表面包覆处理得到的阻燃剂颗粒间具有强大的位阻和静电斥力，因此该阻燃剂可以均匀稳定的分散在NMMO水溶液中，与NMMO溶剂具有较好的相容性，从而制备得到的纺丝原液也具有良好的过滤性和纺丝性能。因此大大提高了阻燃剂与纤维的结合牢度，防止了在凝固水洗阶段阻燃剂从纤维内部渗出从而降低了阻燃剂的加入对Lyocell纤维的力学性能的影响。

通过将表1的实施例5和对比例3相比可知，利用本发明制备方法制备得到的阻燃Lyocell纤维，其力学性能和阻燃性能更好，这是由于对比例3中的阻燃剂先与水混合形成阻燃剂分散液，由于阻燃剂分散液已经属于高度分散的平衡体系，当其再与极性的NMMO高浓溶剂混合，因体系环境的改变，会破坏分散液体系平衡，导致阻燃剂产生团聚或絮凝现象，存在相容性差、不易分散均匀等问题，从而导致制备的纤维力学性能和阻燃性能下降。

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。

Claims

1.一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S4：将所述纺丝原液经过滤、脱泡后，再经干湿法纺丝即可制备出阻燃Lyocell纤维；

在所述步骤S1之前，还包括表面包覆处理步骤，采用聚合物对阻燃剂进行表面包覆处理；所述聚合物的用量为所述阻燃剂质量的5～50％。

2.根据权利要求1所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：

所述阻燃剂为N,N-二(2-硫代-5,5-二甲基-1,3,2-二氧磷杂环己基)乙二胺。

3.根据权利要求1所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：

所述表面包覆处理步骤包括：将所述阻燃剂与溶解在溶剂中的聚合物充分混合，使所述阻燃剂均匀分散0.5～12h后再进行研磨，制备出具有X50小于1μm和X99小于10μm粒径分布的阻燃剂。

4.根据权利要求3所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：

所述表面包覆处理步骤采用超声分散或机械搅拌的方式以使所述阻燃剂均匀分散。

5.根据权利要求3所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：

所述溶剂为纯水、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中的至少一种；

所述聚合物为采用自由基聚合制备的共聚物，所述共聚物的分子链中含有丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、苯乙烯及乙氧基中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：

所述共聚物的分子量位于1000～20000之间。

7.根据权利要求1所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：

在所述步骤S1中，所述阻燃剂/NMMO分散液在乳化机、高速分散机、砂磨机或球磨机中的任一设备制备得到；所述阻燃剂/NMMO分散液中的阻燃剂具有X50小于0.5μm和X99小于5.0μm的粒径分布。

8.根据权利要求1所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：

在所述步骤S2中，所述抗氧剂为没食子酸正丙酯，所述稳定剂为羟胺；

所述纤维素浆粕为聚合度400～1300的棉浆或木浆；或者，所述纤维素浆粕为聚合度为400～1300的棉浆粕和聚合度为400～1300的木浆粕的混合。

9.根据权利要求8所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：

所述纤维素浆粕与所述阻燃剂/NMMO水溶液的悬浊液的质量比为5～10:100。

10.根据权利要求9所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：

所述纤维素浆粕与所述阻燃剂/NMMO水溶液的悬浊液的质量比为7～10:100。

11.根据权利要求1所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：

在所述步骤S2中，将纤维素浆粕与所述悬浊液在预混合器中混合，再加入稳定剂和抗氧剂并在所述预混合器中停留后，经脱水得到预溶胀液；

所述预混合器内的温度为60～100℃，脱水压力为5～20kPa，所述预混合器中停留时间为10～90min。

12.根据权利要求11所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：

所述预混合器内的温度为65～95℃，脱水压力为5～15kPa，所述预混合器中停留时间为20～60min。

13.根据权利要求12所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：

所述预混合器内的温度为70～90℃，脱水压力为8～15kPa，所述预混合器中停留时间为25～50min。

14.根据权利要求1所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：

在所述步骤S3中，将所述预溶胀液加入到溶解装置中搅拌并减压蒸馏除去水分；

所述溶解装置的脱水温度为90～120℃，脱水压力为5～12kPa。

15.一种阻燃Lyocell纤维，其特征在于，由权利要求1-14任一项所述的一种阻燃Lyocell纤维的制备方法制备得到；

所述阻燃Lyocell纤维包括纤维素基体以及分散在纤维素基体内的阻燃剂，所述阻燃剂为所述阻燃Lyocell纤维的15wt％～50wt％。

16.根据权利要求15所述的一种阻燃Lyocell纤维，其特征在于：

所述阻燃剂为所述阻燃Lyocell纤维的15wt％～35wt％。

17.根据权利要求16所述的一种阻燃Lyocell纤维，其特征在于：

所述阻燃剂为所述阻燃Lyocell纤维的15wt％～25wt％。

18.根据权利要求15所述的一种阻燃Lyocell纤维，其特征在于：

所述阻燃Lyocell纤维的单丝纤度为1.0～2.2dtex，干态断裂强度为2.5～4.2CN/dtex，干态断裂伸长率为5～18％，湿态断裂强度为2.0～3.5CN/dtex，湿态断裂伸长率为10～20％；

所述阻燃Lyocell纤维的极限氧指数值不低于28％。