CN113818105B - 一种改性膨胀型阻燃纤维素纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改性膨胀型阻燃纤维素纤维的制备方法，包括制备膨胀型阻燃体系、制备阻燃粘胶纤维；本发明所用聚磷酸铵本身具有酸源和气源的特性，纤维素纤维可提供充足的碳源，通过溶胶凝胶法改性聚磷酸铵将聚磷酸铵加入到纤维的同时还提供了大量的硅元素，达到多元素协同阻燃的效果；本发明所制备的阻燃纤维阻燃剂加入量少，同时可达到一定的阻燃效果。极限氧指数≥27%，离火续燃时间≤7S，垂直燃烧损毁长度≤150mm；水洗50次后极限氧指数≥25%，离火续燃时间≤10S，垂直燃烧损毁长度≤200mm。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻燃纤维素纤维及其制备方法，属于纺织技术领域。
背景技术
粘胶纤维是纤维素纤维中产量最大的纤维品种，具有柔软、舒适、抗静电、易着色等一系列优点，是各种服装和日用纺织品中必不可少的原料，常与棉、毛或各种合成纤维混纺。然而其作为主要的纺织用纤维原料，极易导致火灾，也是火灾中造成伤亡的最常涉及的因素之一。目前市场上生产的阻燃纤维素纤维主要以磷系和硅系为主，生产工艺主要为共混添加法，存在阻燃剂品种单一、添加量较大且易流失等问题。
聚磷酸铵(APP)是膨胀型阻燃剂(IFRS)的重要组成部分。磷含量和氮含量都很高，在低于炭化剂和发泡剂分解温度下可以生成磷酸，因此可以作为许多有机聚合物阻燃的酸源和发泡剂。但聚磷酸铵存在不易与纤维结合，耐久性差等缺点。
中国专利CN101362836A发明了一种微胶囊包裹聚磷酸铵的制备方法，以聚磷酸铵为芯材，以环氧树脂微胶囊包裹聚磷酸铵。该方法制得的微胶囊成本较高且无法在纤维素纤维中应用。
中国专利CN108823667A以DDPS、聚硼硅氧烷、硅溶胶分散剂和碳二酰胺为原料经共混工艺制得多元素协效阻燃剂并通过共混法加入粘胶原液中制备阻燃粘胶纤维。该专利通过共混法制备阻燃粘胶纤维，纺丝及精炼过程中存在流失问题。
中国专利CN101492881A将经过蜜胺、单一硅烷或者环氧树脂改性的聚磷酸铵被硅烷偶联剂包覆，加入非离子表面活性剂、水、粘合剂和水性封闭性聚氨酯经分散研磨得到改性聚磷酸铵的水性涂胶层，并将该水性涂胶层用于织物的整理。该方法工艺流程复杂，在大线生产过程中不易实现。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种改性膨胀型阻燃纤维素纤维的制备方法，实现以下发明目的：提高阻燃效果；耐水洗性能好，保证机械强度。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种改性膨胀型阻燃纤维素纤维的制备方法，包括制备膨胀型阻燃体系、制备阻燃粘胶纤维。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
1、膨胀型阻燃体系的建立
称取质量配比为1:2~6：10~20的TEOS、有机溶剂、油浴液于容器中，在室温下搅拌10~30min，加入一定量的醋酸调节pH至4~5；加入一定量的聚磷酸铵后将溶液升温至40℃~70℃继续搅拌10~30min，得到含有改性聚磷酸铵、聚磷酸铵和TEOS的膨胀型阻燃体系。该体系中TEOS可在聚磷酸铵表面水解缩合形成致密的层状结构，并能与聚磷酸铵表面的羟基发生反应，形成新的Si-O-P 键。
上述步骤中的聚磷酸铵为I型聚磷酸铵，聚合度为45-55；
所述聚磷酸铵的加入量为TEOS质量的1~2倍；
所述有机溶剂为乙醇、正丁醇、异丁醇中的一种或多种；
所述油浴液中油剂浓度为5~15g/L；油剂为常规粘胶纤维用油剂，包含润滑剂、乳化剂、抗静电剂。
2、阻燃粘胶纤维的制备
将上述体系中加入精炼工段未上油的纤维，继续搅拌20~60min后，经压榨，在100℃下烘烤2小时，然后在140℃下烘烤2小时得到阻燃纤维。该过程经过140℃高温烘烤能进一步增加TEOS层状结构的附着效果。
上述步骤所用纤维为常规粘胶短丝纤维，加入纤维浴比为1:20~40；压榨后所得废液经过过滤，补充元素后可继续回用至系统中。
本发明以聚磷酸铵为原料，以正硅酸四乙酯（TEOS）为前驱体，采用溶胶-凝胶法制备了表面改性聚磷酸铵，TEOS在聚磷酸铵表面水解缩合形成致密的层状结构，并能与聚磷酸铵表面的羟基发生反应，形成新的 Si-O-P键，达到硅、氮、磷多元素协同阻燃效果。该反应为不完全反应，反应结束后还存在一定量的聚磷酸铵与TEOS，可与改性聚磷酸铵达到协同阻燃的效果。
以改性聚磷酸铵、聚磷酸铵和TEOS为阻燃剂，和油浴液混合，制备了膨胀型阻燃体系。将该体系加入粘胶纤维，在上油过程中处理粘胶纤维，纤维烘干过程中在100摄氏度下烘烤2小时，然后在140摄氏度下烘烤2小时得到阻燃粘胶纤维。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
1、本发明所用聚磷酸铵本身具有酸源和气源的特性，纤维素纤维可提供充足的碳源，通过溶胶凝胶法改性聚磷酸铵将聚磷酸铵加入到纤维的同时还提供了大量的硅元素，达到多元素协同阻燃的效果。
2、本发明所制备的阻燃纤维阻燃剂加入量少，同时可达到一定的阻燃效果。极限氧指数≥27%，离火续燃时间≤7S，垂直燃烧损毁长度≤150mm；水洗50次后极限氧指数≥25%，离火续燃时间≤10S，垂直燃烧损毁长度≤200mm；
优选为：极限氧指数为27.3-29.1%，离火续燃时间为5.9-6.8S，垂直燃烧损毁长度为122-143mm；水洗50次后极限氧指数为25.6-27.4%，离火续燃时间为7.7-8.9S，垂直燃烧损毁长度为169-183mm。
3、本发明所有过程均可在生产线精炼、烘干过程中进行，操作简单，无需改造设备，因此成本低易实现。
4、本发明制备的粘胶纤维，干断裂强度为2.57-2.66cN/dtex，湿断裂强度为1.21-1.27cN/dtex，干断裂伸长率为16.4-16.8%。
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。
实施例1
1、膨胀型阻燃体系的制备
称取质量配比为1:6：20的TEOS、有机溶剂、油浴液于容器中，在室温下搅拌30min，加入一定量的醋酸调节pH至4，加入2倍TEOS质量的聚磷酸铵后将溶液升温至70℃继续搅拌30min，得到含有改性聚磷酸铵、聚磷酸铵和TEOS的膨胀型阻燃体系。
所述有机溶剂为乙醇，所述油浴液中油剂浓度为10g/L；
所述聚磷酸铵是I型聚磷酸铵，聚合度为50。
2、阻燃粘胶纤维的制备
将上述体系中加入精炼工段未上油的纤维，浴比1:20，继续搅拌60min后，经压榨，调整烘干工艺为：100℃下烘烤2小时，然后在140℃下烘烤2小时得到阻燃纤维。
制备的阻燃纤维指标为：
规格3.33dtex×60mm，干断裂强度2.66cN/dtex，湿断裂强度1.27cN/dtex，干断裂伸长率16.8%；极限氧指数27.3%，离火续燃时间6.8S，垂直燃烧损毁长度143mm；水洗50次后极限氧指数25.6%，离火续燃时间8.9S，垂直燃烧损毁长度183mm。
实施例2
1、膨胀型阻燃体系的建立
称取质量配比为1:2：10的TEOS、有机溶剂、油浴液于容器中，在室温下搅拌10min，加入一定量的醋酸调节pH至5。加入TEOS相同质量的聚磷酸铵后将溶液升温至40℃继续搅拌10min，得到含有改性聚磷酸铵、聚磷酸铵和TEOS的膨胀型阻燃体系。
该过程中所用有机溶剂为质量比为1:1的乙醇和正丁醇，所述油浴液中油剂浓度为8g/L；
所述聚磷酸铵是I型聚磷酸铵，聚合度为50。
2、阻燃粘胶纤维的制备
将上述体系中加入精炼工段未上油的纤维，浴比1:40继续搅拌30min后，经压榨，调整烘干工艺为：100℃下烘烤2小时，然后在140℃下烘烤2小时得到阻燃纤维。
制备阻燃纤维指标为：
规格3.33dtex×60mm，干断裂强度2.57cN/dtex，湿断裂强度1.21cN/dtex，干断裂伸长率16.5%；极限氧指数29.1%，离火续燃时间5.9S，垂直燃烧损毁长度122mm；水洗50次后极限氧指数27.4%，离火续燃时间7.7S，垂直燃烧损毁长度169mm。
实施例3
1、膨胀型阻燃体系的建立
称取质量配比为1:3：15的TEOS、有机溶剂、油浴液于容器中，在室温下搅拌20min，加入一定量的醋酸调节pH至4。加入1.5倍TEOS质量的聚磷酸铵后将溶液升温至60℃继续搅拌20min，得到含有改性聚磷酸铵、聚磷酸铵和TEOS的膨胀型阻燃体系。
该过程中所用的有机溶剂为质量比为1:1:1的乙醇、正丁醇和异丁醇，所述油浴液中油剂浓度为6g/L；
所述聚磷酸铵是I型聚磷酸铵，聚合度为50。
2、阻燃粘胶纤维的制备
将上述体系中加入精炼工段未上油的纤维，浴比1:30继续搅拌20min后，经压榨，调整烘干工艺为：100℃下烘烤2小时，然后在140℃下烘烤2小时得到阻燃纤维。
制备阻燃纤维指标为：
规格3.33dtex×60mm，干断裂强度2.59cN/dtex，湿断裂强度1.25cN/dtex，干断裂伸长率16.4%；极限氧指数28.4%，离火续燃时间6.1S，垂直燃烧损毁长度130mm；水洗50次后极限氧指数26.9%，离火续燃时间8.2S，垂直燃烧损毁长度172mm。
Claims (3)
1.一种改性膨胀型阻燃纤维素纤维的制备方法，其特征在于：包括制备膨胀型阻燃体系、制备阻燃粘胶纤维；
所述制备膨胀型阻燃体系，称取质量配比为1:2～6：10～20的TEOS、有机溶剂、油浴液于容器中，在室温下搅拌10～30min，加入一定量的醋酸调节pH至4～5，加入一定量的聚磷酸铵后将溶液升温至40℃～70℃继续搅拌10～30min，得到含有改性聚磷酸铵、聚磷酸铵和TEOS的膨胀型阻燃体系；
所述聚磷酸铵为I型聚磷酸铵，聚合度为45-55；
所述聚磷酸铵的加入量为TEOS质量的1～2倍；
所述油浴液中油剂浓度为5～15g/L；
所述制备阻燃粘胶纤维，是将膨胀型阻燃体系加入精炼工段未上油的纤维，继续搅拌20～60min后，经压榨，在100℃下烘烤2小时，然后在140℃下烘烤2小时得到阻燃纤维。
2.根据权利要求1所述的一种改性膨胀型阻燃纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为乙醇、正丁醇、异丁醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种改性膨胀型阻燃纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述纤维与膨胀型阻燃体系的浴比为1:20～40。
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