一种导电阻燃涤纶及其制备和应用的制作方法

本发明涉及纺织纤维技术领域，具体涉及一种导电阻燃涤纶及其制备方法。

背景技术

常规纤维特别是合成纤维在加工、使用时易因良好的电绝缘性而产生静电，使其应用领域受到很大限制。纤维的导电化可减轻甚至消除静电危害，还可进一步扩大纤维的应用领域。作为一种重要的功能材料，导电纤维将越来越受到人们的重视。常用的导电纤维主要以无机导电材料为导电组分采用共混纺丝或后整理等方式制得。有机高分子导电材料特别是聚苯胺及其原位聚合现象被发现后，提供了制备导电纤维的一种新型材料与方法。采用原位聚合法制备聚苯胺导电纤维具有工艺简单、导电性能好、基质纤维力学性能保持等优点，迅速吸引了大量研究人员的关注。近30年来，以原位聚合法制备的各种导电纤维层出不穷：如早期主要以锦纶、丙纶、聚氨酯等常规合成纤维为基材制备的聚苯胺复合导电纤维；近年来以一些新型化学纤维及天然纤维—如聚酰亚胺纤维、聚甲基丙烯酸甲酯纤维、羊毛、蚕丝、棉纤维、纤维素纤维、洋麻纤维、芒果纤维、椰壳纤维、甘蔗纤维等为基材制备聚苯胺复合导电纤维也得到了研究者的重视。这些导电纤维被应用于抗静电材料、电磁屏蔽材料、ph值开关、气体传感器等领域。

将极限氧指数大于27％的纤维通常称为阻燃纤维。阻燃性能是通过降低材料在火焰中的可燃性，减缓火焰的蔓延速度，材料离开火焰后能很快地自熄。以化学纤维为原料的纺织品往往成为着火诱燃物，释放有毒有害气体，直接引火危害人体健康。尤其高层住宅和宾馆对室内用品及装饰用品的阻燃要求越来越高，发达国家早已制定了纺织品的阻燃法规和阻燃标准，阻燃纤维及纺织品的开发和应用越发受到社会的关注。

涤纶具有强度高、弹性好、保型性好、尺寸稳定性高等优异性能，由其织成的衣物经久耐穿，电绝缘性好，易洗快干，具有“洗可穿”的美称，因而被广泛应用于服装、装饰、产业等领域。但是涤纶由于内部分子排列紧密，分子间缺少亲水结构，因此回潮率很小，吸湿性能差，抗静电性不好。通常的涤纶制备方法中没有加入阻燃剂或者即便加入了阻燃剂，大部分也是卤系阻燃剂，虽然卤系阻燃剂具有较好的阻燃效果，但其燃烧时产生的氯化氢等有毒气体严重危害人们的健康。因此，迫于现实应用的需求，亟需开发一款抗静电效果好同时阻燃性能高的涤纶纤维，用于特殊服装的制备以及相应的材料领域。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种导电阻燃涤纶及其制备方法，其目的在于，提供一种导电阻燃涤纶，通过将四硫富瓦烯改性涤纶纤维，大大增强了涤纶纤维的导电性能，相较与聚苯胺/涤纶纤维，本发明制备的导电纤维具有更好的导电效果，使其具备很好的抗静电性能；通过添加制备的氮磷硼阻燃剂，阻燃效果与卤系阻燃剂效果相当甚至更优，更环保，性能更优异。

本发明提供一种导电阻燃涤纶，其特征在于，由以下重量份原料制备而成：四硫富瓦烯改性涤纶纤维120-150份、氮磷硼阻燃剂20-40份、分散剂10-15份、对甲苯磺酸1-5份、氧化剂20-30份；

所述分散剂选自脂肪酸类、脂肪族酰胺类、酯类、石蜡类、金属皂类和低分子蜡类分散剂中的一种或几种；

所述氧化剂为碱性氧化剂，选自次氯酸钠、过碳酸钠、过硼酸钠、过硼酸钾中的一种或几种。

作为本发明进一步的改进，由以下重量份原料制备而成：四硫富瓦烯改性涤纶纤维130-140份、氮磷硼阻燃剂25-35份、分散剂12-14份、对甲苯磺酸2-4份、氧化剂22-27份。

作为本发明进一步的改进，由以下重量份原料制备而成：四硫富瓦烯改性涤纶纤维137份、氮磷硼阻燃剂29份、分散剂13份、对甲苯磺酸3份、氧化剂25份。

作为本发明进一步的改进，分散剂选自己烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、液体石蜡/硬脂酸、微晶石蜡/硬脂酸钙、微晶石蜡/硬脂酸、液体石蜡//硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镉、硬脂酸镁、硬脂酸铜、乙烯－丙烯酸共聚物、乙烯－醋酸乙烯共聚物中的一种或者几种。

作为本发明进一步的改进，四硫富瓦烯改性涤纶纤维由以下方法制备：以hcl为掺杂酸，将四硫富瓦烯与hcl以物质的量的比为1:1比例混合配制成hcl/四硫富瓦烯混合溶液，添加引发剂，得到混合溶液；将涤纶纤维在连续运行过程中浸轧在混合溶液中，纱线被引离浸轧区后静置于室温环境下，使纱线表面的混合液体在非液相环境下氧化聚合，5-6h后得到导电的四硫富瓦烯改性涤纶纤维。

作为本发明进一步的改进，引发剂选自过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过硫酸钠、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或几种。

作为本发明进一步的改进，氮磷硼阻燃剂由以下方法制备：在反应釜中加入磷酸铵，搅拌加热温度达到90℃时，加入催化剂、硼酸或硼砂，继续搅拌；持续升温至135℃，保温反应10min后停止加热，得到氮磷硼阻燃剂。

作为本发明进一步的改进，催化剂由氯化锡、硫酸铜、氯化钾按质量比1：(0.5-1)：(2-5)比例混合均匀而成。

本发明进一步保护一种上述导电阻燃涤纶的制备方法，按照以下步骤制备：

步骤一、碱减量处理：将四硫富瓦烯改性涤纶纤维单丝放入质量浓度为200g/l的naoh溶液中，放置在70℃的恒温水浴锅里粗化处理60-90min，取出后用去离子水充分清洗，然后在60℃下干燥至恒定质量；

步骤二、将氮磷硼阻燃剂、对甲苯磺酸和氧化剂加热到150℃、干燥6-10h后，送入螺杆挤压机，在螺杆挤压机加热熔融，泵入混料机；再将碱减量处理后的四硫富瓦烯改性涤纶纤维单丝和分散剂在150-170℃的条件下烘干10h后，加入混料机，与氮磷硼阻燃剂、对甲苯磺酸和氧化剂混合均匀后进行熔融纺丝，得到导电阻燃涤纶。

作为本发明进一步的改进，纺丝的工艺条件为螺杆挤出机i-v区设定温度分别为280℃、284℃、290℃、293℃、285℃，熔体管道温度为293℃；预过滤器温度为285℃，纺丝箱温度为285℃；计量泵转速为30-40r/min，规格为10ml/r，泵供量为4200-4400g/min；纺丝速度为800-820m/min；上油量为0.7-0.8％。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明制备的四硫富瓦烯改性涤纶纤维，作为导电性能很好的有机体结构——四硫富瓦烯，在涤纶纤维表面聚合生成四硫富瓦烯，大大增强了涤纶纤维的导电性能，相较与聚苯胺/涤纶纤维，本发明制备的导电纤维具有更好的导电效果，使其具备很好的抗静电性能；

2.本发明在原材料中添加的无卤阻燃材料，通过本发明方法制备得到的涤纶纤维，阻燃效果与卤系阻燃剂效果相当甚至更优，完美替代了卤系阻燃剂，更环保，性能更优异；

综上，本发明制备的涤纶纤维，不仅具有涤纶材料本身固有的强度高、弹性好、保型性好、尺寸稳定性高等优异性能，同时，抗静电效果佳，阻燃性能好，因此，可以应用到特殊服装等领域中，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为导电阻燃涤纶的制备工艺图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。

实施例1导电阻燃涤纶的制备

原料组成：四硫富瓦烯改性涤纶纤维120份、氮磷硼阻燃剂20份、己烯基双硬脂酰胺10份、对甲苯磺酸1份、次氯酸钠20份；

四硫富瓦烯改性涤纶纤维由以下方法制备：以hcl为掺杂酸，将四硫富瓦烯与hcl以物质的量的比为1:1比例混合配制成hcl/四硫富瓦烯混合溶液，添加过氧化月桂酰，得到混合溶液；将涤纶纤维在连续运行过程中浸轧在混合溶液中，纱线被引离浸轧区后静置于室温环境下，使纱线表面的混合液体在非液相环境下氧化聚合，5h后得到导电的四硫富瓦烯改性涤纶纤维。

氮磷硼阻燃剂由以下方法制备：在反应釜中加入磷酸铵，搅拌加热温度达到90℃时，加入催化剂(由氯化锡、硫酸铜、氯化钾按质量比1：0.7：3.5比例混合均匀而成)、硼酸或硼砂，继续搅拌；持续升温至135℃，保温反应10min后停止加热，得到氮磷硼阻燃剂。

导电阻燃涤纶以下方法制备：

步骤一、碱减量处理：将四硫富瓦烯改性涤纶纤维单丝放入质量浓度为200g/l的naoh溶液中，放置在70℃的恒温水浴锅里粗化处理60min，取出后用去离子水充分清洗，然后在60℃下干燥至恒定质量；

步骤二、将氮磷硼阻燃剂、对甲苯磺酸和次氯酸钠加热到150℃、干燥6h后，送入螺杆挤压机，在螺杆挤压机加热熔融，泵入混料机；再将碱减量处理后的四硫富瓦烯改性涤纶纤维单丝和己烯基双硬脂酰胺在150℃的条件下烘干10h后，加入混料机，与氮磷硼阻燃剂、对甲苯磺酸和氧化剂混合均匀后进行熔融纺丝，得到导电阻燃涤纶；

纺丝的工艺条件为螺杆挤出机i-v区设定温度分别为280℃、284℃、290℃、293℃、285℃，熔体管道温度为293℃；预过滤器温度为285℃，纺丝箱温度为285℃；计量泵转速为30r/min，规格为10ml/r，泵供量为4200g/min；纺丝速度为800m/min；上油量为0.7％。

实施例2导电阻燃涤纶的制备

原料组成：四硫富瓦烯改性涤纶纤维150份、氮磷硼阻燃剂40份、液体石蜡//硬脂酸钙15份、对甲苯磺酸5份、过碳酸钠30份；

四硫富瓦烯改性涤纶纤维由以下方法制备：以hcl为掺杂酸，将四硫富瓦烯与hcl以物质的量的比为1:1比例混合配制成hcl/四硫富瓦烯混合溶液，添加偶氮二异丁腈，得到混合溶液；将涤纶纤维在连续运行过程中浸轧在混合溶液中，纱线被引离浸轧区后静置于室温环境下，使纱线表面的混合液体在非液相环境下氧化聚合，5-6h后得到导电的四硫富瓦烯改性涤纶纤维。

氮磷硼阻燃剂由以下方法制备：在反应釜中加入磷酸铵，搅拌加热温度达到90℃时，加入催化剂(由氯化锡、硫酸铜、氯化钾按质量比1：0.5：2比例混合均匀而成)、硼酸或硼砂，继续搅拌；持续升温至135℃，保温反应10min后停止加热，得到氮磷硼阻燃剂。

导电阻燃涤纶以下方法制备：

步骤一、碱减量处理：将四硫富瓦烯改性涤纶纤维单丝放入质量浓度为200g/l的naoh溶液中，放置在70℃的恒温水浴锅里粗化处理90min，取出后用去离子水充分清洗，然后在60℃下干燥至恒定质量；

步骤二、将氮磷硼阻燃剂、对甲苯磺酸和过碳酸钠加热到150℃、干燥10h后，送入螺杆挤压机，在螺杆挤压机加热熔融，泵入混料机；再将碱减量处理后的四硫富瓦烯改性涤纶纤维单丝和液体石蜡//硬脂酸钙在170℃的条件下烘干10h后，加入混料机，与氮磷硼阻燃剂、对甲苯磺酸和氧化剂混合均匀后进行熔融纺丝，得到导电阻燃涤纶；

纺丝的工艺条件为螺杆挤出机i-v区设定温度分别为280℃、284℃、290℃、293℃、285℃，熔体管道温度为293℃；预过滤器温度为285℃，纺丝箱温度为285℃；计量泵转速为40r/min，规格为10ml/r，泵供量为4400g/min；纺丝速度为820m/min；上油量为0.8％。

实施例3导电阻燃涤纶的制备

原料组成：四硫富瓦烯改性涤纶纤维137份、氮磷硼阻燃剂29份、硬脂酸镉13份、对甲苯磺酸3份、过硼酸钾25份；

四硫富瓦烯改性涤纶纤维由以下方法制备：以hcl为掺杂酸，将四硫富瓦烯与hcl以物质的量的比为1:1比例混合配制成hcl/四硫富瓦烯混合溶液，添加过氧化苯甲酸叔丁酯，得到混合溶液；将涤纶纤维在连续运行过程中浸轧在混合溶液中，纱线被引离浸轧区后静置于室温环境下，使纱线表面的混合液体在非液相环境下氧化聚合，5-6h后得到导电的四硫富瓦烯改性涤纶纤维。

氮磷硼阻燃剂由以下方法制备：在反应釜中加入磷酸铵，搅拌加热温度达到90℃时，加入催化剂(由氯化锡、硫酸铜、氯化钾按质量比1：1：5比例混合均匀而成)、硼酸或硼砂，继续搅拌；持续升温至135℃，保温反应10min后停止加热，得到氮磷硼阻燃剂。

导电阻燃涤纶以下方法制备：

步骤一、碱减量处理：将四硫富瓦烯改性涤纶纤维单丝放入质量浓度为200g/l的naoh溶液中，放置在70℃的恒温水浴锅里粗化处理75min，取出后用去离子水充分清洗，然后在60℃下干燥至恒定质量；

步骤二、将氮磷硼阻燃剂、对甲苯磺酸和过硼酸钾加热到150℃、干燥8h后，送入螺杆挤压机，在螺杆挤压机加热熔融，泵入混料机；再将碱减量处理后的四硫富瓦烯改性涤纶纤维单丝和硬脂酸镉在160℃的条件下烘干10h后，加入混料机，与氮磷硼阻燃剂、对甲苯磺酸和氧化剂混合均匀后进行熔融纺丝，得到导电阻燃涤纶；

纺丝的工艺条件为螺杆挤出机i-v区设定温度分别为280℃、284℃、290℃、293℃、285℃，熔体管道温度为293℃；预过滤器温度为285℃，纺丝箱温度为285℃；计量泵转速为35r/min，规格为10ml/r，泵供量为4300g/min；纺丝速度为810m/min；上油量为0.75％。

对照例1按照专利zl201210053402.9“阻燃中空涤纶纤维生产方法”方法制备

将聚酯原料对苯二甲酸和乙二醇按1.12：1的摩尔比均匀混合后，在乙二醇锑的催化作用下，依次经酯化和缩聚反应获得聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体，聚酯熔体增压泵将聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体泵入首道静态混合器；将磷系阻燃剂加热到150℃、干燥5小时后，送入螺杆挤压机，在螺杆挤压机中分六个温度控制区，各温度控制区的加热温度为275℃、277℃、280℃、280℃、277℃、275℃，将螺杆挤压机加热熔融的阻燃剂熔体经计量泵也泵入首道静态混合器；聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体和阻燃剂熔体经首道静态混合器混合后形成的混合熔体再经混合熔体增压泵，被依次泵经熔体过滤器、二道静态混合器而送入喷丝头，混合熔体从喷丝头喷丝板的“c”型的微孔中挤出形成中空丝状细流，中空丝状细流经环吹风装置骤冷固化成中空纤维丝，环吹风装置的风温17℃，风速4m/s；所述聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体与阻燃熔体的质量比97：4；所述磷系阻燃剂为聚苯膦酸二苯砜酯；所述混合熔体进入喷丝头的压力10mpa。

对照例2按照专利zl201610209912.9“一种硫化铜/涤纶复合导电纤维的制备方法”方法制备

将20克涤纶纤维浸入1000克质量浓度为5％的乙二胺/正丙醇溶液中，在60℃反应1小时，反应完毕后，用水充分漂洗以去除未反应的乙二胺，将纤维干燥后得到胺化的涤纶纤维。

取10克上述步骤得到的胺化涤纶纤维，浸入50克质量浓度为5％的五水硫酸铜水溶液中，在60℃浸泡20分钟后，加入50克质量浓度为5％的硫代硫酸钠水溶液，升温至95℃反应0.3小时，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化铜/涤纶复合导电纤维。

测试例1性能测试

1.导电性能：将本发明实施例1-3和对照例2制得的涤纶纤维在温度为20℃，湿度为65％的条件下平衡24h之后，采用高绝缘电阻仪测量一定长度纱段的电阻。

2.力学性能：采用万能材料试验机，按照gb/t3916-2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》测试纱线断裂强力和断裂伸长率。试样夹持长度为250mm，夹头运行速度为250mm/min；初始模量按纱线伸长1％时应力的100倍计算。

3.耐干热性能：在无张力状态下采用dhl7-9097a型电热恒温鼓风干燥箱，对本发明实施例1-3和对照例1制备的涤纶材料在220℃下处理1h。将处理后的试样在恒温恒湿状态下静置24h，之后在此状态下用xl-1型纱线强伸度仪测试强力。

每个样品测试10组数据。

测试结果见表1。

表1各组涤纶材料的性能测试结果

由上表可知，本发明制备的导电阻燃涤纶，具有更高的电导率，耐干热性能更优，且力学性能较好，综合比较，本发明实施例制备的导电阻燃涤纶的性能更佳全面，更适合于特殊服装的制备。

本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。