一种环保型耐高温耐久性阻燃纤维及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种环保型耐高温耐久性阻燃纤维及其制备方法，所述环保型耐高温耐久性阻燃纤维的原料包括纤维素、阻燃剂和阳离子交联剂，所述阻燃剂为硅氮系阻燃剂，其环保性、阻燃性符合国家相关要求。应用本发明的制备方法，可克服以往硅类阻燃剂易造成粘胶老化凝胶引起的纺丝停顿、因强度低和阻燃成分丢失造成的下游纺纱、织造困难及服用过程中的持久阻燃效果。该工艺生产的长丝和短丝可供用于制作服装、家居、军队防护及公共装饰使用的针、纺织品。
【专利说明】一种环保型耐高温耐久性阻燃纤维及其制备方法【技术领域】
[0001]本发明属于化纤加工领域，特别涉及一种环保型耐高温耐久性阻燃纤维及其制备方法。
【背景技术】
[0002]阻燃科学技术是人类为了适应社会发展的需要，预防和控制火灾，保护人类生命财产安全而发展起来的一门科学，是针对火灾发生和发展的规律、物质燃烧的原理，而采取抑制燃烧的科学方法。阻燃技术根据可燃材料的燃烧特性，使其转化为难燃性或不燃性材料，降低物质燃烧的速度，阻止火灾扩大。
[0003]随着社会物质文明的发展，阻燃技术日益受到人们的高度重视，早在1785年英国人就利用明矾、硼砂、硫酸亚铁混合物使纤维素纺织品和纸浆等阻燃。1913年染料科学家泊金在前人工作的基础上，提出了耐久的织物阻燃处理理念。60年代以后，随着许多国家防火法规的制订，阻燃技术在纺织品上有了较广泛的应用，但主要涉及织物的表面阻燃处理或使用卤素和磷系有机化合物阻燃剂，如Lenging (奥地利)、Polynosic (日本)HFG (日本)，这些含有机化合物阻燃剂的纤维，虽然阻燃效果较好，但对环境不友好或燃烧时会释放出大量毒气及烟雾，存在安全和环境问题。具有积极意义的是Visil (芬兰)和Ant1-fell (山东)纤维，以无机聚硅酸或其盐为阻燃成分。中国专利有《纤维素聚硅酸盐阻燃纤维及其生产方法》(专利号=ZL 94110065.0 ;专利权人:赵玉山、冯守知、王惠福；申请日:1994年2月3日)；《再生纤维素/纳米Si02阻燃复合材料的制备方法》(专利号:20051004231409 ;专利权人:青岛大学；申请日:2005年I月7日)。
[0004]但上述的盐类阻燃剂没有被包覆，极易造成粘胶原液加速老化，粘度剧增，因凝胶化而无法纺丝，或不能形成有效固定，在纤维的后整理、染色、织造以及针纺织品的使用过程中失去阻燃效果；另一方面，因这些阻燃剂的加入引起粘胶纤维强度降低，致下游纺纱、织造、服用困难而一直无法实现产业化。综上所述，目前急需一种能够抑制盐析效应的阻燃剂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种环保型耐高温耐久性阻燃纤维及其制备方法。其中，有别于上述技术或专利的是使用了一种能抑制盐析效应的阻燃剂，在IIIF位置后添加，保证了阻燃剂与粘胶混合后不会在纺丝工艺要求的时间内凝胶化，同时避免了废胶产生；在后整理工序通过添加阳离子交联剂，使纤维中的阻燃剂成分形成网状不可溶物，阻燃成分不易丢失，同时替代碱洗脱硫，简化了工序；对初凝丝条进行2~3次牵伸使纤维强度增大，进而实现连续化、规模化生产。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种环保型耐高温耐久性阻燃纤维，所述阻燃纤维的原料包括纤维素、阻燃剂、阳离子交联剂，所述各个原料的重量分数比为: 纤维素65?84
阻燃剂16?35
阳离子交联剂广3。
[0007]进一步的，所述纤维素的聚合度为600?800。
[0008]进一步的，所述阳离子交联剂的离子形式为Ti4+、RN3+、Al3+、Ca2+的一种或几种的混合物。
[0009]本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的:
一种环保型耐高温耐久性阻燃纤维的制备方法，所述方法包括以下步骤:
1)粘胶原液的制备按传统粘胶原液制备方法，将纤维素经碱液津泽、压榨、粉碎、老成、磺化、一道过滤、二道过滤、三道过滤、脱泡等工序，制备成纺丝用粘胶原液，即IIIF胶；
2)阻燃剂注射液的制备按照分散剂:10%碱液:阻燃剂=(0.05?0.0769):(0.2?0.23): (0.59?0.69)的体积比例进行调配，配制好的阻燃剂注射液保持处于搅拌状态；
3)阻燃剂纺前注射将步骤I)、步骤2)制备得到的IIIF胶和阻燃剂注射液混合，所述IIIF胶和阻燃剂注射液体积比为:
IIIF 胶69 ?79
阻燃剂注射液 31?21 ;
将所述阻燃剂注射液注入喷丝头前动态和静态混合器，混合后得到阻燃粘胶；
4)纺丝将步骤3)中得到的阻燃粘胶由喷丝头喷出得到纺丝，所述纺丝经酸浴得到阻燃纤维初产品，其中，喷头孔径为0.045?0.065mm,喷头牵伸50?60%，塑化牵伸50?100% ；
5)精练所述阻燃纤维初产品分别经过一道水洗、二道水洗，固化脱硫、三道水洗、上油，即得到所述环保型耐高温耐久性阻燃纤维；
进一步的，所述步骤I中的IIIF胶的组成为:
甲纤8.1?9.8%
氢氧化钠5.4?7.8% ；
所述IIIF胶的粘度40?60秒，熟成度14?16ml (10%氯化铵)。
[0010]进一步的，所述步骤2所述分散剂为聚乙烯醇，所述碱液为氢氧化钠溶液。
[0011]进一步的，所述步骤3中阻燃剂的添加方式为纺前注射，采用注射机或压缩空气将阻燃剂注射液注入喷丝头前动态和静态混合器混胶，所述阻燃粘胶的组成为:
甲纤 9?9.5%
碱7.8 ?8.1% ；
所述阻燃粘胶的粘度>27S，熟成度(15%NH4C1) 8、ml。
[0012]进一步的，所述步骤4中的酸浴溶液中的原料包括硫酸、硫酸钠、硫酸锌，所述各个原料的重量分数比为:
硫酸70?145
硫酸钠220?350
硫酸锌14?90 ；
所述酸浴温度为36°C?55°C。[0013]进一步的，所述步骤5中所述固化脱硫中，所用浴液的原料包括软水、阳离子交联剂和亚硫酸氢钠，所述各个原料的重量分数比为:
软水0.66
阳离子交联剂 0.33 亚硫酸氢钠0.01;
所述步骤5中所述固化脱硫的温度为75~90--C，时间为8~15分钟。
[0014]本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的:
一种环保型耐高温耐久性阻燃纤维的应用，所述阻燃纤维用于制作针织品，优选用于服装、家居、军工防护品及公共装饰。
[0015]本发明与现有技术相比的有益效果为:
1、本发明所述的阻燃纤维成型后，干断裂强度≥1.85cn/dtex，含水8%~15%，1200--C有氧条件下仍能维持纤维形状，高温条件下无熔融滴落物，丝织物可形成屏蔽保护层，极限氧指数LOI≥28% ；
2、本发明所述的阻燃纤维的制备方法相比现有技术，工艺更加精简，减除了碱洗脱硫工序，降低了加工成本，更加环保；
3、本发明所述的阻燃纤维，结构为交叉网络大分子，能够适应酸、碱和多种复杂环境，所述阻燃纤维的强度高、耐高温，耐洗涤，适宜于针、纺织品的制造。
[0016]
【具体实施方式】
[0017]实施例1
一种环保型耐高温耐久性阻燃纤维，所述阻燃纤维的原料包括纤维素、阻燃剂、阳离子交联剂，所述各个原料的重量分数比为:
纤维素65~84
阻燃剂16~35
阳离子交联剂1-3。
[0018]进一步的，所述纤维素的聚合度为600~800。
[0019]进一步的，所述阻燃剂为二氧化硅杂氮化合物。
[0020]进一步的，所述阳离子交联剂的离子形式为Ti4+、RN3+、Al3+、Ca2+的一种或几种的混合物。
[0021]本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的:
一种环保型耐高温耐久性阻燃纤维的制备方法，所述方法包括以下步骤:
1)粘胶原液的制备按传统粘胶原液制备方法，将纤维素经碱液津泽、压榨、粉碎、老成、磺化、一道过滤、二道过滤、三道过滤、脱泡等工序，制备成纺丝用粘胶原液，即IIIF胶；
2)阻燃剂注射液的制备按照分散剂:10%碱液:阻燃剂=(0.05~0.0769):(0.2~0.23): (0.59~0.69)的体积比例进行调配，配制好的阻燃剂注射液保持处于搅拌状态；
3)阻燃剂纺前注射将步骤I)、步骤2)制备得到的IIIF胶和阻燃剂注射液混合，所述IIIF胶和阻燃剂注射液体积比为:IIIF 胶69 ~79
阻燃剂注射液 31~21 ;
将所述阻燃剂注射液注入喷丝头前动态和静态混合器，混合后得到阻燃粘胶；
4)纺丝将步骤3)中得到的阻燃粘胶由喷丝头喷出得到纺丝，所述纺丝经酸浴得到阻燃纤维初产品，其中，喷头孔径为0.045~0.065mm,喷头牵伸50~60%，塑化牵伸50~100% ；
5)精练所述阻燃纤维初产品分别经过一道水洗、二道水洗，固化脱硫、三道水洗、上油，即得到所述环保型耐高温耐久性阻燃纤维； 进一步的，所述步骤I中的IIIF胶的组成为:
甲纤8.1~9.8%
氢氧化钠5.4~7.8% ；
所述IIIF胶的粘度40~60秒，熟成度14~16ml (10%氯化铵)。
[0022]进一步的，所述步骤2所述分散剂为聚乙烯醇，所述碱液为氢氧化钠溶液。
[0023]进一步的，所述步骤3中阻燃剂的添加方式为纺前注射，采用注射机或压缩空气将阻燃剂注射液注入喷丝头前动态和静态混合器混胶，所述阻燃粘胶的组成为:
甲纤 9~9.5%
碱7.8 ~8.1% ；
所述阻燃粘胶的粘度>27S，熟成度(15%NH4C1) 8~9 ml。
[0024]进一步的，所述步骤4中的酸浴溶液中的原料包括硫酸、硫酸钠、硫酸锌，所述各个原料的重量分数比为:
硫酸70~145
硫酸钠220~350
硫酸锌14~90 ；
所述酸浴温度为36°C~55°C。
[0025]进一步的，所述步骤5中所述固化脱硫中，所用浴液的原料包括软水、阳离子交联剂和亚硫酸氢钠，所述各个原料的重量分数比为:
软水0.66
阳离子交联剂 0.33 亚硫酸氢钠0.01;
所述步骤5中所述固化脱硫的温度为75~90--C，时间为8~15分钟。
[0026]本实施例所用重量单位为千克,也可以为克；
本实施例中所述的各个原料均为工业级；
本实施例中所述的各组分均为市场上出售的常规产品，所述阻燃剂为新乡市长弘化工有限公司生产的硅氮系粘胶专用阻燃剂、克莱恩公司生产的Sandoflame5060或吉溧化工有限公司生产的磷系粘胶专用阻燃剂DX1212。
[0027]本实施例中，所述的环保型耐高温耐久性阻燃纤维中的各个原料可以在给出的配比范围内灵活组合，在此不--枚举。
[0028]实施例2
本实施例是在实施例1基础上的优选方案，所用原料的品质与实施例1相同，与实施例I相同部分请参照实施例1，本实施例所述方法包括以下步骤:
制备粘胶原液按传统粘胶原液制备方法，棉(木)纤维素经碱液津泽、压榨、粉碎、老成、磺化、一道过滤、二道过滤、三道过滤、脱泡等工序，制备成纺丝用粘胶原液(IIIF胶)。要求IIIF胶的组成为:甲纤8.1~9.8% ;氢氧化钠5.4~7.8%。要求IIIF胶的粘度40~60秒(落球法)；熟成度14~16ml (10%氯化铵)。再阻燃剂注射液制备按照分散剂:10%碱液:阻燃剂=(0.05~0.0769): (0.2~0.23): (0.59~0.69)的体积比例进行调配，配制好的阻燃剂注射液保持处于搅拌状态。将180L阻燃剂注射液，用注射机或压缩空气注入1000L IIIF粘胶中，经动态和静态混合器混合平衡后连脱制得纺丝胶。在硫酸110g/L，硫酸钠245g/L，硫酸锌25g/L，回酸浓度落差小于4.0，酸温55°C的酸浴中纺丝，喷头规格为1900 (孔)X0.065mm (孔径)。丝条经二次牵伸，喷头牵伸50%，塑化牵伸50%。切断，制得1.0DX36mm粘胶短丝，纤维经两道水洗后，进行交联固定，固化脱硫浴液组成为:软水:阳离子交联剂:亚硫酸氢钠= 0.66: 0.33: 0.01。固化脱硫温度为75~90--C，时间为8~15分钟。然后水洗，脱水，上油，烘干制得耐高温阻燃粘胶短丝。
[0029]得到的耐高温阻燃粘胶短丝，其干断裂强度≥1.85cn/dteX，含水8%~15%，1200--C有氧条件下仍能维持纤维形状，高温条件下无熔融滴落物，丝织物可形成屏蔽保护层，极限氧指数LOI≥28%。
[0030]实施例3
本实施例是在实施例1基础上的优选方案，所用原料的品质与实施例1相同，与实施例1相同部分请参照实施例1，本实施例所述方法包括以下步骤:
先制备粘胶原液按传统粘胶原液制备方法，棉(木)纤维素经碱液津泽、压榨、粉碎、老成、磺化、一道过滤、二道过滤、三道过滤、脱泡等工序，制备成纺丝用粘胶原液(IIIF胶)。要求IIIF胶的组成为:甲纤8.1~9.8%;氢氧化钠5.4~7.8%。要求IIIF胶的粘度40~60秒(落球法);熟成度14~16ml( 10%氯化铵)。再阻燃剂注射液制备按照分散剂:10%碱液:阻燃剂=(0.05~0.0769): (0.2~0.23): (0.59~0.69)的体积比例进行调配，配制好的阻燃剂注射液保持处于搅拌状态。将180L阻燃剂注射液，用注射机或压缩空气注入1000L IIIF粘胶中，经动态和静态混合器混合平衡后制得纺丝胶。在硫酸110g/L，硫酸钠245g/L，硫酸锌25g/L，回酸浓度落差小于2.0，酸温55°C的酸浴中纺丝，喷头孔数为24孔，单车速为73m/min。丝经牵伸，淋洗，离心，制得75D/24F丝饼。丝饼经二次压洗，交联剂溶液压洗，固化脱硫浴液组成为:软水:阳离子交联剂:亚硫酸氢钠= 0.66: 0.33:0.01。保留第一和最后一道水洗，取消脱硫、酸洗等工序，改为固化脱硫工序，时间要求>25min，液温≥75 ℃。
[0031]压洗路线___
【权利要求】
1.一种环保型耐高温耐久性阻燃纤维，其特征在于，所述阻燃纤维的原料包括纤维素、阻燃剂、阳离子交联剂，所述各个原料的重量分数比为: 纤维素65~84 阻燃剂16~35 阳离子交联剂1-3。
2.根据权利要求1所述的环保型耐高温耐久性阻燃纤维，其特征在于，所述纤维素的聚合度为600~800。
3.根据权利要求1所述的环保型耐高温耐久性阻燃纤维，其特征在于，所述阳离子交联剂的离子形式为Ti4+、RN3+、Al3+、Ca2+的一种或几种的混合物。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的环保型耐高温耐久性阻燃纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 1)粘胶原液的制备按传统粘胶原液制备方法，将纤维素经碱液津泽、压榨、粉碎、老成、磺化、一道过滤、二道过滤、三道过滤、脱泡等工序，制备成纺丝用粘胶原液，即IIIF胶； 2)阻燃剂注射液的制备按照分散剂:10%碱液:阻燃剂=(0.05~0.0769):(0.2~0.23): (0.59~0.69)的体积比例进行调配，配制好的阻燃剂注射液保持处于搅拌状态； 3)阻燃剂纺前注射将步骤I)、步骤2)制备得到的IIIF胶和阻燃剂注射液混合，所述IIIF胶和阻燃剂注射液体积比为: IIIF 胶69 ~79 阻燃剂注射液 31~21 ; 将所述阻燃剂注射液注入喷丝头前动态和静态混合器，混合后得到阻燃粘胶； 4)纺丝将步骤3)中得到的阻燃粘胶由喷丝头喷出得到纺丝，所述纺丝经酸浴得到阻燃纤维初产品，其中，喷头孔径为0.045~0.065mm，喷头牵伸50~60%，塑化牵伸50~100% ； 5)精练所述阻燃纤维初产品分别经过一道水洗、二道水洗，固化脱硫、三道水洗、上油，即得到所述环保型耐高温耐久性阻燃纤维。
5.根据权利要求4所述的环保型耐高温耐久性阻燃纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤I中的IIIF胶的组成为: 甲纤8.1~9.8% 氢氧化钠5.4~7.8% ； 所述IIIF胶的粘度40~60秒，熟成度14~16ml (10%氯化铵)。
6.根据权利要求4所述的环保型耐高温耐久性阻燃纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤2所述分散剂为聚乙烯醇，所述碱液为氢氧化钠溶液。
7.根据权利要求4所述的环保型耐高温耐久性阻燃纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3中阻燃剂的添加方式为纺前注射，采用注射机或压缩空气将阻燃剂注射液注入喷丝头前动态和静态混合器混胶，所述阻燃粘胶的组成为: 甲纤 9~9.5% 碱7.8 ~8.1% ； 所述阻燃粘胶的粘度>27S，熟成度(15%NH4C1) 8~9 ml。
8.根据权利要求4所述的环保型耐高温耐久性阻燃纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的酸浴溶液中的原料包括硫酸、硫酸钠、硫酸锌，所述各个原料的重量分数比为: 硫酸70~145 硫酸钠220~350 硫酸锌14~90 ； 所述酸浴温度为36°C~55°C。
9.根据权利要求4所述的环保型耐高温耐久性阻燃纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤5中所述固化脱硫中，所用浴液的原料包括软水、阳离子交联剂和亚硫酸氢钠，所述各个原料的重量分数比为: 软水0.66 阳离子交联剂 0.33 亚硫酸氢钠0.01 ; 所述步骤5中所述固化脱硫的温度为75~90--C，时间为8~15分钟。
10.一种如权利要求1-3任一项所述的环保型耐高温耐久性阻燃纤维的应用，其特征在于，所述阻燃纤维用于制作针、纺织品，优选用于服装、家居、军工防护品及公共装饰。
【文档编号】D01F2/08GK103789858SQ201410039251
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月27日 优先权日:2014年1月27日
【发明者】刘承修, 毕慎平 申请人:刘承修, 毕慎平