专利名称：一种阻燃纤维素非织造布的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维素非织造布的制备技术，具体为一种阻燃纤维素非织造布的制备方法。
背景技术：
纤维素非织造布是一种纤维素的制品，其具有良好的皮肤接触性、穿着舒适性、生理安全性、吸湿性和易整理性以及其制品易生物分解等一系列合成纤维所无法完全具备的特性，因而被广泛应用于衣料、医疗、护理、卫生用品、化妆用品和其它工业领域。但由于纤维素非织造布遇火极易燃烧，极限氧指数通常在17左右，其燃烧会给人类社会带来火灾危险和严重的经济损失这大大的限制了其广泛应用。随着人们生活水平的不断提高，阻燃意识的不断增强，人们对纤维及其织物阻燃性的要求也越来越高。因此，生产具有良好阻燃性能的纤维素非织造布已成为不可忽视的社会问题，且愈来愈受到人们的重视。在政策和规定的促进下，阻燃纤维素的研究与开发获得了更多的关注。文献号为CN1563160A、CN101307565A、CN1098149A、CN101387013A、CN101215726A 的中国发明专利公开了解决阻燃的一些方法，就是合成新型的纤维素用阻燃剂，之后通过共混或后整理的方法制备得到具有阻燃性能的纤维素纤维。但由于采用的是粘胶纺丝方法，决定了该阻燃纤维整个生产工艺达不到节能环保要求，且添加阻燃剂后使生产工艺更为复杂，操作难度增力口。文献号为CN101608348的中国发明专利中，公开了一种阻燃纤维素纤维的制备方法，就是将阻燃剂均匀分散到离子液体后，再将纤维素溶解在其中制备阻燃纺丝液，经湿法或干湿法纺丝制备阻燃纤维素纤维。该方法虽然采用了绿色环保的离子液体作为纤维素的溶齐IJ，但是采用了常规的溶解方法，且溶解前还需加入机械搅拌使阻燃剂分散均匀，使得溶解时间过长，连续性较差，从而使整个纺丝工艺效率低下。上述所有专利中也并未涉及相关非织造布的制备方法。文献号为CN1920128A的中国发明专利中，公开了一种将惰性阻燃材料电气石和二氧化硅纳制成纳米添加剂，再与纤维素混合制成纺丝液，经喷射法制备了阻燃纤维素非织造布。该制备过程中采用的阻燃粉体为无机纳米材料，其与聚合物的相容性较差，会存在阻燃粉体分散性不佳的问题，这一缺陷也必将影响纤维的其他各项性能；而且上述阻燃粉体与纤维素分子间是以物理作用(如范德华力，分子间作用力)相结合，以致随着非织造布使用时间以及水洗次数的增加，阻燃剂流失严重，其在纤维中的含量降低；纤维阻燃效果也随之下降，阻燃时间缩短，存在一定的安全隐患。
发明内容
针对现有技术的缺陷和不足，本发明提供一种阻燃纤维素非织造布的制备方法，该制备方法于一台螺杆挤出机中同步实施纤维素的溶解、反应、共混以及熔喷成布，具有工艺简单，反应时间短，连续化程度高，应用范围广等特点。制备的阻燃纤维素非织造布热稳定性好、阻燃性能优异，并且纤维阻燃时不产生有毒气体，符合绿色环保要求。
本发明解决所述技术问题的技术方案是:设计一种阻燃纤维素非织造布的制备方法，该制备方法的具体步骤如下:1.将干燥后含水率小于0.5%的纤维素粉碎成纤维素粉末后，与阻燃剂和溶剂按一定质量比加入到高速混合机中，制成均匀的混合物，并对其进行真空干燥。所述纤维素为木浆、棉浆、半纤维素中的一种，其聚合度在400 1000之间，阻燃剂为新型无卤阻燃剂，溶剂为离子液体；所述阻燃剂与纤维素质量比为I 5: 10，纤维素与溶剂质量比为5 20: 95 80 ;所述无卤阻燃剂为新型磷系化合物，具体为5，5- 二甲基-2-磷杂-1，3- 二噁烷-2-基烯丙基磷酸酯、5，5- 二甲基-2-磷杂-1，3- 二噁烷-2-基丙烯酰胺甲氧基磷酸酯和N, N -二(5, 5- 二甲基_2_憐杂_2_硫代_1，3- 二卩惡烧_2_基)二氛基硫服。所述离子液体为由阳离子和阴离子组成，阳离子为取代基是氢、C1-C6的烷基、乙稀基、丙稀基、丁稀基、轻乙基、轻丙基、烧氧基中的一种或几种的烧基季按尚子、烧基季磷离子、烷基咪唑离子、烷基吡啶离子、烷基吗啉离子；阴离子为卤素离子、BF4' PF4' SCN_、CN' OCN' CNO' CF3SO3' CFCOO' CH3COO' (CF3SO2)具或(CF3SO2) 2CF 中的一种。作为优选方案所述离子液体为氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑([AMM]C1)、氯化1-丁基-3-甲基咪唑([BMM]C1)、氯化1-乙基-3-甲基咪唑([EMM]C1)和醋酸1-乙基-3-甲基咪唑([EMM]Ac中的一种。所述真空干燥温度为80°C，时间为4h。体系含水量对离子液体的溶解性能影响很大；在干燥过程中，纤维素在离子液体的作用下先发生溶胀，有利于其在之后过程中快速溶解在离子液体中。(2).在干燥后的混合物中加入I 2 〖％的缚酸剂，缚酸剂的加入一方面可以中和反应副产物，促进反应向正方向进行，另一方面可以用于调节体系酸碱度，防止纤维素降解。通过强制喂料系统将含有缚酸剂的混合物送入双螺杆挤出机中，同步实施纤维素的溶解、反应和共混，具体为在双螺杆挤出机中，纤维素溶解在离子液体中，并与阻燃剂共混并发生反应，得到阻燃纤维素纺丝溶液；所述双螺杆挤出机长径比为20 95，螺杆机的进料段、熔融段和计量段的温度分别为80 110°C、90 120°C及100 130°C，转速为10 30转/分。所述缚酸剂为碳酸钾。上述过程中各参数的变化依据纤维素浓度以及阻燃剂添加量而变化。通常在纤维素浓度一定时，双螺杆挤出机转速随阻燃剂添加量的增加而减小；螺杆挤出机各段及模头温度随纤维素浓度的增加而增大。(3).纺丝溶液经过滤后送入喷丝模头，采用熔喷纺丝技术，即制得所述阻燃纤维素非织造布。所述纺丝模头温度为120 140°C。与现有技术相比，本发明的优点在于:1.本发明采用熔喷纺丝技术，以离子液体为溶剂，将纤维素和阻燃剂的溶解、反应、共混、挤出、成网融为一体，实现了连续化生产，该制备方法操作简单，工艺流程短，生产效率高，工业化易实施。2.本发明阻燃纤维素非织造布热稳定性好、阻燃性能优异，且阻燃剂不易流失。非织造布阻燃时不产生有毒和腐蚀性气体， 符合绿色环保要求，体现了无卤、低烟、低毒等特 点。
具体实施方法下面结合实施例进一步说明本发明。本发明设计一种阻燃纤维素非织造布的制备方法，该制备方法的具体步骤如下:1.纤维素、溶剂和阻燃剂的预混合一将干燥后含水率小于0.5%的纤维素粉碎成纤维素粉末后，与阻燃剂和溶剂按一定质量比加入到高速混合机中，制成均匀的混合物，并对其进行真空干燥。所述纤维素为木浆、棉浆、半纤维素中的一种，其聚合度在400 1000之间；所述阻燃剂是磷酰氯化合物，为5，5- 二甲基-2-磷杂-1，3- 二噁烷-2-基烯丙基磷酸酯、5，5- 二甲基-2-磷杂-1，3- 二噁烷-2-基丙烯酰胺甲氧基磷酸酯和N，N' - 二(5，5- 二甲基-2-磷杂-2-硫代-1,3- 二B,惡烧-2-基)二氨基硫脲；溶剂是尚子液体，为氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑([AMM] Cl)、氯化1-丁基-3-甲基咪唑([BMM] Cl)、氯化1-乙基-3-甲基咪唑([EMM]C1)和醋酸1-乙基-3-甲基咪唑([EMM]Ac)中的一种；所述阻燃剂与纤维素质量比为I 5: 10，纤维素与溶剂质量比为5 20: 95 80，优选8 20: 92 80;所述真空干燥温度为80°C，时间为4h。2.阻燃纤维素纺丝溶液的制备——在干燥后的混合物中加入I 2wt%的缚酸齐U，缚酸剂的加入一方面可以中和反应副产物，促进反应向正方向进行，另一方面可以用于调节体系酸碱度，防止纤维素降解。通过强制喂料系统将含有缚酸剂的混合物送入双螺杆挤出机中，同步实施纤维素的溶解、反应和共混，具体为在双螺杆挤出机中，纤维素溶解在离子液体中，并与阻燃剂共混并发生反应，得到阻燃纤维素纺丝溶液；所述双螺杆挤出机长径比为20 95，螺杆机的进料段、熔融段和计量段的温度分别为80 110°C、90 120°C及100 130°C，转速为10 30转/分，以保证混合物在螺杆机总有充足的停留时间，使纤维素充分溶解并与阻燃剂反应完全，所述缚酸剂为碳酸钾。3.阻燃非织造布的成形与后处理一纺丝溶液经过滤后送入喷丝模头，采用熔喷纺丝技术，即制得所述阻燃纤维素非织造布。所述纺丝模头温度为120 140°C ;所述熔喷纺丝技术具体包括挤出、热风拉伸、收集成网、凝固、水洗和热定型。在申请人检索的范围内，在现有非织造布制造技术中，尚未发现将纤维素溶解、共混、反应以及熔喷技术相结合的方法制备阻燃纤维素非织造布的技术。本发明创新点表现在以离子液体为溶剂，将纤维素和阻燃剂的溶解、反应、共混、挤出、熔喷和成网融为一体，实现了连续化生产。非织造布的阻燃性能通过最低极限氧浓度(L0I值)表示，该数值在XY-75型极限氧指数测定仪上进行，参照GB2406-80的方法测定。本发明未述及之处适用于现有技术。以下给出本发明的具体实施例，这些具体实施例仅用于进一步详细描述本发明，本申请的权利要求保护范围不受具体实施例的限制。实施例1将粉碎的聚合度为600的棉浆、5，5- 二甲基-2-磷杂-1，3_ 二噁烷_2_基烯丙基磷酸酯和[AMM]Cl离子液体按照10: 5: 90的比例在高速混合机中搅拌均匀，并对其进行真空干燥，干燥温度为80°C，时间为4h ;在干燥后的混合物中加入2wt%的碳酸钾；将含有碳酸钾的混合物喂入长径比为50的双螺杆挤出机，同步实施纤维素的溶解、反应和共混，得到阻燃纤维素纺丝溶液；挤出机进料段、熔融段以及计量段以及纺丝模头温度分别为80°C、9(TC及10(TC，螺杆转速为25转/分；纺丝溶液经过滤后送入喷丝模头，纺丝模头温度为120°C，；经挤出、热风对溶液拉伸细化、在接收装置上收集成网、凝固、水洗和热定型，即制得所述阻燃纤维素非织造布。经测试，所得阻燃非织造布的直径分布为0.6 8.7 μ m，极限氧指数(LOI)为32。实施例2将粉碎的聚合度为900的木浆、5，5- 二甲基_2_磷杂-1，3_ 二噁烷_2_基丙烯酰胺甲氧基磷酸酯和[BMM] Cl离子液体按照20: 2: 80的比例在高速混合机中搅拌均匀，并对其进行真空干燥，干燥温度为80°C，时间为4h ;在干燥后的混合物中加入lwt%的碳酸钾；将含有碳酸钾的混合物喂入长径比为95的双螺杆挤出机，同步实施纤维素的溶解、反应和共混，得到阻燃纤维素纺丝溶液；挤出机进料段、熔融段以及计量段以及纺丝模头温度分别为110°C、12(TC及130°C，螺杆转速为10转/分；纺丝溶液经过滤后送入喷丝模头，纺丝模头温度为140°C，；经挤出、热风对溶液拉伸细化、在接收装置上收集成网、凝固、水洗和热定型，即制得所述阻燃纤维素非织造布。经测试，所得阻燃非织造布的直径分布为3.1 15.4 μ m，极限氧指数(LOI)为27。实施例3将粉碎的聚合度为400的半纤维素、5，5-二甲基-2-磷杂-1，3-二噁烷-2-基丙烯酰胺甲氧基磷酸酯和[EMM] Ac离子液体按照15: 5: 85的比例在高速混合机中搅拌均匀，并对其进行真空干燥，干燥温度为80°C，时间为4h ;在干燥后的混合物中加入1.5wt%的碳酸钾；将含有碳酸钾的混合物喂入长径比为20的双螺杆挤出机，同步实施纤维素的溶解、反应和共混，得到阻燃纤维素纺丝溶液；挤出机进料段、熔融段以及计量段以及纺丝模头温度分别为100°C、110°C及120°C，螺杆转速为15转/分；纺丝溶液经过滤后送入喷丝模头，纺丝模头温度为130°C，；经挤出、热风对溶液拉伸细化、在接收装置上收集成网、凝固、水洗和热定型，即制得所述阻燃纤维素非织造布。经测试，所得阻燃非织造布的直径分布为0.4 5.9 μ m，极限氧指数(LOI)为31。实施例4将粉碎的聚合度为600的木浆、N，N'-二(5，5_ 二甲基_2_磷杂_2_硫代_1，3_ 二噁烷-2-基)二氨基硫脲和[EMM] Cl离子液体按照20: 10: 80的比例在高速混合机中搅拌均匀，并对其进行真空干燥，干燥温度为80°C，时间为4h ;在干燥后的混合物中加入2wt%的碳酸钾；将含有碳酸钾的混合物喂入长径比为40的双螺杆挤出机，同步实施纤维素的溶解、反应和共混，得到阻燃纤维素纺丝溶液；挤出机进料段、熔融段以及计量段以及纺丝模头温度分别为100°C、120°C及130°C，螺杆转速为20转/分；纺丝溶液经过滤后送入喷丝模头，纺丝模头温度为140°C，；经挤出、热风对溶液拉伸细化、在接收装置上收集成网、凝固、水洗和热定型，即制得所述阻燃纤维素非织造布。经测试，所得阻燃非织造布的直径分布为7.3 16.8 μ m，极限氧指数(LOI)为30。实施例5
将粉碎的聚合度为600的棉浆、5，5-二甲基-2-磷杂-1，3-二噁烷-2-基烯丙基磷酸酯和[EMIM]Ac离子液体按照8: 2: 92的比例在高速混合机中搅拌均匀，并对其进行真空干燥，干燥温度为80°C，时间为4h ;在干燥后的混合物中加入lwt%的碳酸钾；将含有碳酸钾的混合物喂入长径比为80的双螺杆挤出机，同步实施纤维素的溶解、反应和共混，得到阻燃纤维素纺丝溶液；挤出机进料段、熔融段以及计量段以及纺丝模头温度分别为80°C、100°C及120°C，螺杆转速为15转/分；纺丝溶液经过滤后送入喷丝模头，纺丝模头温度为140°C，；经挤出、热风对溶液拉伸细化、在接收装置上收集成网、凝固、水洗和热定型，即制得所述阻燃纤维素非织造布。经测试，所得阻燃非织造布的直径分布为0.2 3.4 μ m，极限氧指数(LOI)为29。
权利要求
1.一种阻燃纤维素非织造布的制备方法，所述方法包括如下步骤: (1)将干燥后含水率小于0.5%的纤维素粉碎成纤维素粉末后，与阻燃剂和溶剂按一定质量比加入到高速混合机中，制成均匀的混合物，并对其进行真空干燥，所述纤维素为木浆、棉浆、半纤维素中的一种，其聚合度在400 1000之间，所述阻燃剂为新型无卤阻燃剂，所述溶剂为离子液体；所述阻燃剂与纤维素质量比为I 5: 10，所述纤维素与溶剂质量比为5 20: 95 80 ; (2)在干燥后的所述混合物中加入I 2wt%的缚酸剂，送入双螺杆挤出机，含有缚酸剂的上述混合物在挤出机中经溶解、反应和共混，得到阻燃纤维素纺丝溶液； (3)所述纺丝溶液经过滤后送入喷丝模头，采用熔喷纺丝技术，制得所述阻燃纤维素非织造布。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述无卤阻燃剂为新型磷系化合物，具体为5, 5- _■甲基_2_憐杂-1，3- _Λ惡烧~2~基稀丙基憐酸酷、5, 5- _■甲基_2_憐杂-1，3- _Λ惡烧_2_基丙稀酸胺甲氧基憐酸酷和N, N - 二(5, 5_ 二甲基_2_憐杂_2_硫代-1, 3_ 二B,惡烧-2-基)二氨基硫服。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述离子液体由阳离子和阴离子组成，阳尚子为取代基是氧、C1 C6的烧基、乙稀基、丙稀基、丁稀基、轻乙基、轻丙基、烧氧基中的一种或几种的烷基季铵离子、烷基季磷离子、烷基咪唑离子、烷基吡啶离子、烷基吗啉离子；阴离子为卤素离子、BF4' PFp SCN' CN' OCN' CNO' CF3SO3' CFCOO' CH3COO' (CF3SO2)具或(CF3SO2)2CF 中的一种。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于:所述离子液体的阳离子为烷基咪唑离子和烷基吗啉离子，阴离子为卤素离子或醋酸根离子。
5.如权利要求4所 述的方法，其特征在于:所述离子液体是氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑([ΑΜΙΜ] Cl)、氯化1-丁基-3-甲基咪唑([BMM] Cl)、氯化1-乙基-3-甲基咪唑([EMM]Cl)和醋酸1-乙基-3-甲基咪唑([EM頂]Ac中的一种。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(I)中所述真空干燥的温度为80°C，时间为4ho
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述缚酸剂为碳酸钾。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述双螺杆挤出机的长径比为20 95，螺杆机的进料段、熔融段和计量段的温度分别为80 110°C、90 120°C及100 130°C，转速为10 30转/分。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述纺丝模头的温度为120 140°C。
全文摘要
本发明公开一种阻燃纤维素非织造布的制备方法。该方法包括如下步骤1.将阻燃剂、纤维素、溶剂按一定的质量比混合均匀后，经双螺杆挤出机进行纤维素的溶解、反应、共混，得到阻燃纤维素纺丝溶液；所述阻燃剂为新型无卤阻燃剂，纤维素为木浆、棉浆、半纤维素中的一种，溶剂为离子液体；所述阻燃剂与纤维素质量比为1～5∶10，纤维素与溶剂质量比为5～20∶95～80；2.纺丝溶液经过滤后送入喷丝模头，采用熔喷纺丝技术，制备得到阻燃纤维素非织造布。该制备方法操作简便且流程短，工业化易实施。获得的阻燃纤维素非织造布热稳定性好、阻燃性能优异，其阻燃时不产生有毒气体，符合绿色环保要求。
文档编号D04H1/4258GK103173932SQ201310089070
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者程博闻, 陆飞, 宋俊, 纪秀杰, 王乐军, 高磊 申请人:天津工业大学