一种阻燃聚酯纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属聚酯工业丝制备技术领域，涉及一种阻燃聚酯纤维及其制备方法，特别是一种含不饱和双键以及缩聚催化剂采用乙二醇镁和乙二醇锑的混合物的聚酯以及阻燃聚酯纤维及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚对苯二甲酸乙二醇酯具有高模量、高强度，耐热性及保形性良好等优点，广泛应用于纤维和非纤维领域，与人们的生产、生活关系密切。随着聚酯材料在民用建筑、家居用品、电子电器等领域的应用，对其安全性能，特别是阻燃性能提出更高的要求。磷系阻燃剂在聚酯中依据固相的成炭和质量保留机制以及部分气相阻燃机制，不仅降低材料的热释放速率，具有较好的阻燃性，而且也降低腐蚀和有毒气体以及烟的释放量，因而可以克服卤系阻燃剂的许多缺点。目前用于PET聚酯的无卤阻燃剂主要是磷系阻燃剂，而这类阻燃剂实现阻燃作用的一个重要途径是靠促进PET熔滴，使着火部分离开火源、增加燃烧的PET表面的质量损耗和热损耗达到阻燃的目的。可是，在很多应用领域(如军服和防护服等)，必须避免熔滴的产生，因此采用传统的含磷阻燃剂对聚酯进行阻燃就不可避免地遇到抗熔滴难于解决的问题。
[0003]阻燃PET的抗熔滴改性主要分为共混和共聚两种方法。共混方法主要是添加抗熔滴剂，通过改善聚合物熔体以及燃烧炭层的物理结构来改善PET的熔滴性能。共聚方法主要有采用反应型兼具阻燃和抗熔滴功能阻燃剂，如引入无机纳米材料，与磷元素的共同作用使复合材料的成炭能力增加，增强PET阻燃和抗熔滴性能；
[0004]紫外光交联是一种环保型节能加工方式。在受到紫外光照射后发生光化学反应，从而引起聚合交联。由于它具有节省能源、既安全又不污染环境、生产效率高，适合流水线生产等众多优点，因此获得迅速的发展。
[0005]本发明采用2-羧乙基苯基次磷酸(CEPPA)为阻燃剂，在聚酯中引入不饱和双键，并在纤维纺制过程中完成交联反应，使纤维在阻燃的基础上具有抗熔滴的性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种阻燃聚酯纤维及其制备方法，是一种含不饱和双键、阻燃剂以及缩聚催化剂采用乙二醇镁和乙二醇锑的混合物的聚酯以及阻燃聚酯纤维及其制备方法。本发明采用乙二醇镁和乙二醇锑的混合物为缩聚催化剂，主要的是热降解系数很小，将热降解减少到最低，同时也保证了聚酯生产过程中不饱和双键的稳定性。
[0007]本发明的一种阻燃聚酯纤维，所述阻燃聚酯纤维是由阻燃聚酯纺丝并经紫外光照射而得，阻燃聚酯纤维的极限氧指数值大于30，纤维在阻燃的基础上具有良好的抗熔滴性能。阻燃聚酯为对苯二甲酸、不饱和二元酸和乙二醇经酯化反应完成后加入阻燃剂2-羧乙基苯基次膦酸乙二酯，并在乙二醇镁和乙二醇锑的混合物催化作用下缩聚制得，再经切粒得到聚酯切片。
[0008]所述阻燃聚酯一个大分子链中平均含有I?6个由不饱和二元酸分子所提供的不饱和双键。
[0009 ] 所述乙二醇镁的分子式为Mg (OCH2CH2OH) 2。
[0010]本发明利用阻燃剂2-羧乙基苯基次膦酸来提高聚酯的阻燃性能，利用聚酯中所含的不饱和双键在紫外光照射下，双键打开形成交联点，形成一定量的网络结构，提高了聚纤维的耐热温度，提高了聚酯纤维的抗熔滴性能；由于交联是在纤维成型后才进行的，对聚酯结构规整性、结晶性没有破坏，保持了聚酯的优良性能。
[0011]不饱和聚酯是相对于饱和聚酯而言的，其分子结构中含有非芳香族的不饱和键，不饱和聚酯分子一般为长链型分子结构。不饱和聚酯的长链分子之间可发生交联反应形成结构复杂的庞大的网状分子。网状分子的结构大概分为三类:均匀的连续网状结构;不均匀的连续网状结构，即由密度较小的链型分子将密度较大的网状结构互相连接起来;不连续的网状结构，高密度的连续网状结构分散在未键合的组分中间。通常的不饱和聚酯发生交联反应后，以生成不均匀的连续网状结构为主。不饱和聚酯交联后其力学性能、耐热性能、耐化学性能、阻燃性能将有较幅度的提高。选择交联是在纤维制备完成后，通过紫外光引发的方式进行，保证了聚酯的双键在加工过程的稳定。
[0012]如上所述的一种阻燃聚酯纤维，所述阻燃聚酯纤维的线密度偏差率<0.5%，断裂强度? 3.5cN/dtex，断裂强度CV值<5.0%，断裂伸长率为33.0 ± 3.0 %，断裂伸长CV值<10.0%，条干不匀率CVS 2.00%，沸水收缩率7.5±0.5%，含油率0.90±0.20%。
[0013]如上所述的一种阻燃聚酯纤维，所述乙二醇镁和乙二醇锑的混合物中，乙二醇镁与乙二醇锑质量比为2?3:1。
[0014]本发明还提供了一种阻燃聚酯纤维的制备方法，为对苯二甲酸、不饱和二元酸和乙二醇经酯化反应完成后加入阻燃剂2-羧乙基苯基次膦酸乙二酯，并在乙二醇镁和乙二醇锑的混合物催化作用下缩聚制得聚酯，再经切粒得到聚酯切片。再经计量、挤出、冷却、上油、拉伸、热定型、卷绕和紫外光照射，制得阻燃聚酯纤维。
[0015]如上所述的一种阻燃聚酯纤维的制备方法，主要工艺为:
[0016](I)催化剂乙二醇镁的制备:
[0017]在单室电解槽内加乙二醇，支持电解质为氯化镁，金属镁块为阳极，阴极为石墨；通直流电，起始电压6?10V，阴极电流密度为150?200mA，50?60°C时电解10?12小时，电解结束后取出电极，得白色悬浊液;减压过滤，白色固体用无水乙醇洗涤，干燥后得到乙二醇儀；
[0018](2)阻燃剂的配制:
[0019]将2-羧乙基苯基次膦酸(CEPPA)和乙二醇按摩尔比1:2?3进行混合，混合物在100?120°C反应30?60min，合成2-羧乙基苯基次膦酸乙二酯(CEPPA-EG)。
[0020](3)聚酯的制备，包括酯化反应和缩聚反应:
[0021]所述酯化反应:
[0022]采用对苯二甲酸、不饱和二元酸和乙二醇作为原料，配成均匀浆料后进行酯化反应，得到酯化产物；酯化反应在氮气氛围中加压，压力控制在常压?0.3MPa，温度在250?260°C，酯化水馏出量达到理论值的90%以上为酯化反应终点；
[0023]所述缩聚反应:
[0024]包括缩聚反应低真空阶段和缩聚反应高真空阶段:
[0025]所述缩聚反应低真空阶段，在酯化产物中加入催化剂、稳定剂和紫外光引发剂，在负压的条件下开始缩聚反应，该阶段压力由常压平稳抽至绝对压力500Pa以下，温度控制在260?270°C，反应时间为30?50分钟;所述催化剂为乙二醇镁和乙二醇锑的混合物；
[0026]所述缩聚反应高真空阶段，经所述缩聚反应低真空阶段后，继续抽真空，使反应压力降至绝对压力小于lOOPa，反应温度控制在275?280°C，反应时间50?90分钟；
[0027](4)纺丝主要工艺参数:
[0028]所述挤出的温度为290?300°C;
[0029]所述冷却的风温为20?30°C;
[0030]所述卷绕的速度为4000?4600m/min。
[0031]如上所述的一种阻燃聚酯纤维的制备方法，所述乙二醇与所述对苯二甲酸的摩尔比为1.2?2.0:1。
[0032]如上所述的一种阻燃聚酯纤维的制备方法，所述乙二醇镁和乙二醇锑的混合物中，乙二醇镁与乙二醇锑质量比为2?3:1;所述催化剂用量为所述对苯二甲酸质量的
0.01 %?0.05%。采用乙二醇镁与乙二醇锑混合物作为缩聚催化剂，乙二醇镁属于比较温和的一类，其热降解系数很小，在反应过程中引发的副反应较少，减少了在加工过程中端羧基和低聚物的产生，同时也保证了聚酯生产过程中不饱和双键的稳定性。
[0033]如上所述的一种阻燃聚酯纤维的制备方法，所述稳定剂选自磷酸三苯酯、磷酸三甲酯和亚磷酸三甲酯中的一种，稳定剂用量为所述对苯二甲酸重量的0.01%?0.05%。稳定剂主要以磷酸酯为主，主要作用是在聚合过程中捕捉反应产生的自由基，减少副反应，同时也保护了不饱和双键。
[0034]如上所述的一种阻燃聚酯纤维的制备方法，所述的阻燃剂2-羧乙基苯基次膦酸(CEPPA)与对苯二甲酸摩尔比为1.5?3:100
[0035]如上所述的一种阻燃聚酯纤维的制备方法，所述的不饱和二元酸与对苯二甲酸摩尔比为I?5:100。
[0036]如上所述的一种阻燃聚酯纤维的制备方法，所述不饱和二元酸为顺丁烯二酸、反丁烯二酸、已二烯二酸中的一种。
[0037]如上所述的一种阻燃聚酯纤维的制备方法，所述紫外光引发剂为环烷酸钴、醋酸钴、环烷