一种阻燃莱赛尔纤维的制备方法与流程

本发明属于阻燃纺织品
技术领域：
,具体涉及一种阻燃莱赛尔纤维的制备方法。
背景技术：
：莱赛尔纤维是一种优异的纤维素纤维，其具有天然纤维的吸湿性和舒适性，具有合成纤维强度高等优点。莱赛尔纤维的制备方法是采用n-甲基吗啉-n-氧化物(简称：nmmo)为溶剂直接溶解纺丝浆粕，经干喷-湿纺纺丝工艺制备得到。莱赛尔纤维的生产过程对环境无污染，其可自然降解，被称为21世纪革命性纤维和纺织原料。但是，由于莱赛尔纤维的主要原料是纤维素，其阻燃效果很差。文献调研发现，纤维素的阻燃性能的研究报道较多，如：中国专利申请号201610596273.6公布了一种提高有机硅氮阻燃纤维耐洗涤性能的方法，中国专利申请号201320427300.9公布了一种阻燃纤维浸胶帆布。然而，莱赛尔纤维阻燃性能的研究鲜有报道。目前，用于织物的阻燃剂种类很多，其中，有机磷阻燃剂具有很多优点，含有磷系阻燃剂的高聚物被燃烧时，阻燃剂受热分解生成磷的含氧酸，这类酸能催化含羟基化合物的脱水成炭，降低材料的质量损失速度和可燃物的生成量，而磷则大部分残留于碳层中。碳层本身难燃，隔热，隔氧，可使燃烧窒息。磷的含氧酸多系粘稠状的半固态物质，可在材料表面形成一层覆盖于焦炭层的液膜，这能降低焦炭层不被继续氧化，有利于提高材料的阻燃性。但是，有机磷阻燃剂与纤维素纤维的结合比较困难，即使将有机磷阻燃剂附着于纤维素纤维表面，织物经过多次水洗，有机磷阻燃剂也可能脱落，从而，织物的阻燃效果会严重削弱。莱赛尔纤维具有优异的性能，其在很多领域应用广泛，但是，具有阻燃性能的莱赛尔纤维几乎未见报道，如果将其赋予阻燃的性能，其一定会在更多的领域得到广泛应用。技术实现要素：本发明的目的是克服以往技术的不足，提供一种阻燃莱赛尔纤维的制备方法。磷酸三(2，3-二溴丙基)酯是一种优良的有机阻燃剂，本发明将磷酸三(2，3-二溴丙基)酯与纤维素同时溶解于有机溶剂nmmo中，然后进行纺丝制备莱赛尔纤维，本制备方法克服了阻燃剂与纤维素纤维的结合力弱的缺点，实现了阻燃剂与纤维素纤维的均匀共混。本发明制备的莱赛尔纤维具有阻燃的功能，应用前景广阔。本发明所述的一种阻燃莱赛尔纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：(1)纺丝液的制备：将质量分数为50～55％的nmmo的水溶液减压蒸馏至85～90％的nmmo水溶液，将磷酸三(2，3-二溴丙基)酯与棉浆粕(山东银鹰化纤有限公司生产)溶于nmmo水溶液，其中，磷酸三(2，3-二溴丙基)酯与棉浆粕的质量比为1︰25～30，棉浆粕的质量(g)与nmmo水溶液体积(ml)的浴比为1︰15～20，在反应釜中于105～125℃真空搅拌溶解3～4小时，制得质量分数为15～18％的均匀纺丝液；(2)莱赛尔纤维的纺丝：将步骤(1)处理后的纺丝液加入螺杆挤压机，在90～120℃下进一步溶解，然后过滤，进入纺丝系统，其中，气隙长度为7～9cm，纺丝速度为45～50m/min，喷丝板孔径为40～115μm，孔毛细管长400～800μm；喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入凝固浴槽，凝固成形，凝固浴浓度为15～18％的nmmo的水溶液，凝固浴温度为0～8℃；莱赛尔纤维纺丝设备流程图如图1所示；(3)纤维的醇洗：将步骤(2)处理后的纤维浸入浓度为82～88％的乙醇溶液，浸入时间为3～4小时，溶液温度为室温，浴比1︰15～20；(4)纤维的漂白：将步骤(3)处理后的纤维浸入浓度为0.1～0.3g/l的漂白剂溶液(名称：强氯精，山东佳洁净水处理科技有限公司生产)，浸入时间为2～4小时，溶液温度为50～55℃，浴比1︰15～20；(5)纤维的水洗：将步骤(4)处理后的纤维浸入85～95℃的热水中，时间为2～3小时，浴比1︰20～25；(6)纤维的上油：将步骤(5)处理后的纤维浸入0.5～1g/l的油浴溶液(型号：hy-101，杭州华亚化工有限公司生产)，油浴温度为85～90℃，时间为2～4小时，浴比1︰20～25；(7)纤维的烘干：将步骤(6)处理后的纤维经过烘干处理后得到莱赛尔纤维。本发明具有如下显著特点：(1)本发明制备的莱赛尔纤维的干断裂强度介于43～45cn/tex之间，其干断裂伸长率介于13.5％～15％之间；其湿断裂强度介于31.5～33cn/tex之间，其纤维湿断裂伸长率介于15％～17％之间，其主要强力性能与市场采购的莱赛尔纤维的强力性能接近。本发明制备的纤维素纤维是一个合格的莱赛尔纤维。(2)本发明将纤维素与磷酸三(2，3-二溴丙基)酯在nmmo水溶液中均匀混合，制备为莱赛尔纤维。磷酸三(2，3-二溴丙基)酯是一种优良的阻燃剂，制备的莱赛尔纤维也具有优异的阻燃性能。(3)本发明制备的莱赛尔纤维的初始极限氧指数达到了33％以上，属于难燃材料范围；经过20次水洗后，其极限氧指数没有明显下降，仍然达到了32％以上；其阻燃效果仍然没有明显削弱，表明阻燃剂与纤维素结合力很强。本发明方法制备的莱赛尔纤维具有较强的阻燃性，全部生产工艺简单，价格低廉，生产过程对环境污染小。附图说明图1莱赛尔纤维纺丝设备流程图(1.纺丝流体；2.导丝辊；3.凝固浴；4.导丝辊；5.卷绕辊；6.喷丝头；7.导管；8.计量泵；9.静态混合器；10.过滤器；11.计量区；12.排气孔；13.螺杆；14.料斗；15.搅拌叶；16.悬浮液)具体实施方式以下所述实施例详细说明了本发明。实施例1本实施例的一种阻燃莱赛尔纤维的制备方法，所述制备方法包含如下步骤：(1)纺丝液的制备：将质量分数为50.4％的nmmo的水溶液减压蒸馏至86.7％的nmmo水溶液，将磷酸三(2，3-二溴丙基)酯与棉浆粕(山东银鹰化纤有限公司生产)溶于nmmo水溶液，其中，磷酸三(2，3-二溴丙基)酯与棉浆粕的质量比为1︰25，棉浆粕的质量(g)与nmmo水溶液体积(ml)的浴比为1︰15，在反应釜中于105℃真空搅拌溶解3.5小时，制得质量分数为15.8％的均匀纺丝液；(2)莱赛尔纤维的纺丝：将步骤(1)处理后的纺丝液加入螺杆挤压机，在90℃下进一步溶解，然后过滤，进入纺丝系统，其中，气隙长度为7cm，纺丝速度为45m/min，喷丝板孔径为40μm，孔毛细管长400μm；喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入凝固浴槽，凝固成形，凝固浴浓度为15％的nmmo的水溶液，凝固浴温度为0℃；莱赛尔纤维纺丝设备流程图如图1所示；(3)纤维的醇洗：将步骤(2)处理后的纤维浸入浓度为82％的乙醇溶液，浸入时间为3.5小时，溶液温度为室温，浴比1︰16；(4)纤维的漂白：将步骤(3)处理后的纤维浸入浓度为0.1g/l的漂白剂溶液(名称：强氯精，山东佳洁净水处理科技有限公司生产)，浸入时间为2小时，溶液温度为50℃，浴比1︰15；(5)纤维的水洗：将步骤(4)处理后的纤维浸入85℃的热水中，时间为2小时，浴比1︰20；(6)纤维的上油：将步骤(5)处理后的纤维浸入0.5g/l的油浴溶液(型号：hy-101，杭州华亚化工有限公司生产)，油浴温度为85℃，时间为2小时，浴比1︰20；(7)纤维的烘干：将步骤(6)处理后的纤维经过烘干处理后得到莱赛尔纤维a。实施例2本实施例的一种阻燃莱赛尔纤维的制备方法，所述制备方法包含如下步骤：(1)纺丝液的制备：将质量分数为52.6％的nmmo的水溶液减压蒸馏至88.7％的nmmo水溶液，将磷酸三(2，3-二溴丙基)酯与棉浆粕(山东银鹰化纤有限公司生产)溶于nmmo水溶液，其中，磷酸三(2，3-二溴丙基)酯与棉浆粕的质量比为1︰30，棉浆粕的质量(g)与nmmo水溶液体积(ml)的浴比为1︰20，在反应釜中于125℃真空搅拌溶解4小时，制得质量分数为17.6％的均匀纺丝液；(2)莱赛尔纤维的纺丝：将步骤(1)处理后的纺丝液加入螺杆挤压机，在100℃下进一步溶解，然后过滤，进入纺丝系统，其中，气隙长度为8cm，纺丝速度为48m/min，喷丝板孔径为65μm，孔毛细管长500μm；喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入凝固浴槽，凝固成形，凝固浴浓度为17.3％的nmmo的水溶液，凝固浴温度为6℃；莱赛尔纤维纺丝设备流程图如图1所示；(3)纤维的醇洗：将步骤(2)处理后的纤维浸入浓度为84％的乙醇溶液，浸入时间为3.5小时，溶液温度为室温，浴比1︰18；(4)纤维的漂白：将步骤(3)处理后的纤维浸入浓度为0.2g/l的漂白剂溶液(名称：强氯精，山东佳洁净水处理科技有限公司生产)，浸入时间为4小时，溶液温度为55℃，浴比1︰19；(5)纤维的水洗：将步骤(4)处理后的纤维浸入90℃的热水中，时间为2.5小时，浴比1︰23；(6)纤维的上油：将步骤(5)处理后的纤维浸入0.8g/l的油浴溶液(型号：hy-101，杭州华亚化工有限公司生产)，油浴温度为88℃，时间为2.5小时，浴比1︰23；(7)纤维的烘干：将步骤(6)处理后的纤维经过烘干处理后得到莱赛尔纤维b。实施例3本实施例的一种阻燃莱赛尔纤维的制备方法，所述制备方法包含如下步骤：(1)纺丝液的制备：将质量分数为54.9％的nmmo的水溶液减压蒸馏至87.6％的nmmo水溶液，将磷酸三(2，3-二溴丙基)酯与棉浆粕(山东银鹰化纤有限公司生产)溶于nmmo水溶液，其中，磷酸三(2，3-二溴丙基)酯与棉浆粕的质量比为1︰26，棉浆粕的质量(g)与nmmo水溶液体积(ml)的浴比为1︰20，在反应釜中于105℃真空搅拌溶解3小时，制得质量分数为16.6％的均匀纺丝液；(2)莱赛尔纤维的纺丝：将步骤(1)处理后的纺丝液加入螺杆挤压机，在100℃下进一步溶解，然后过滤，进入纺丝系统，其中，气隙长度为9cm，纺丝速度为50m/min，喷丝板孔径为115μm，孔毛细管长800μm；喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入凝固浴槽，凝固成形，凝固浴浓度为17.9％的nmmo的水溶液，凝固浴温度为8℃；莱赛尔纤维纺丝设备流程图如图1所示；(3)纤维的醇洗：将步骤(2)处理后的纤维浸入浓度为83.7％的乙醇溶液，浸入时间为3小时，溶液温度为室温，浴比1︰20；(4)纤维的漂白：将步骤(3)处理后的纤维浸入浓度为0.3g/l的漂白剂溶液(名称：强氯精，山东佳洁净水处理科技有限公司生产)，浸入时间为4小时，溶液温度为52℃，浴比1︰19；(5)纤维的水洗：将步骤(4)处理后的纤维浸入89℃的热水中，时间为3小时，浴比1︰25；(6)纤维的上油：将步骤(5)处理后的纤维浸入0.8g/l的油浴溶液(型号：hy-101，杭州华亚化工有限公司生产)，油浴温度为87℃，时间为3小时，浴比1︰24；(7)纤维的烘干：将步骤(6)处理后的纤维经过烘干处理后得到莱赛尔纤维c。实施例4本实施例的一种阻燃莱赛尔纤维的制备方法，所述制备方法包含如下步骤：(1)纺丝液的制备：将质量分数为52.8％的nmmo的水溶液减压蒸馏至88.9％的nmmo水溶液，将磷酸三(2，3-二溴丙基)酯与棉浆粕(山东银鹰化纤有限公司生产)溶于nmmo水溶液，其中，磷酸三(2，3-二溴丙基)酯与棉浆粕的质量比为1︰27，棉浆粕的质量(g)与nmmo水溶液体积(ml)的浴比为1︰17，在反应釜中于109℃真空搅拌溶解39小时，制得质量分数为17％的均匀纺丝液；(2)莱赛尔纤维的纺丝：将步骤(1)处理后的纺丝液加入螺杆挤压机，在110℃下进一步溶解，然后过滤，进入纺丝系统，其中，气隙长度为8cm，纺丝速度为48m/min，喷丝板孔径为65μm，孔毛细管长600μm；喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入凝固浴槽，凝固成形，凝固浴浓度为17％的nmmo的水溶液，凝固浴温度为3℃；莱赛尔纤维纺丝设备流程图如图1所示；(3)纤维的醇洗：将步骤(2)处理后的纤维浸入浓度为85％的乙醇溶液，浸入时间为3小时，溶液温度为室温，浴比1︰19；(4)纤维的漂白：将步骤(3)处理后的纤维浸入浓度为0.2g/l的漂白剂溶液(名称：强氯精，山东佳洁净水处理科技有限公司生产)，浸入时间为3小时，溶液温度为55℃，浴比1︰18；(5)纤维的水洗：将步骤(4)处理后的纤维浸入92℃的热水中，时间为2小时，浴比1︰24；(6)纤维的上油：将步骤(5)处理后的纤维浸入0.6g/l的油浴溶液(型号：hy-101，杭州华亚化工有限公司生产)，油浴温度为89℃，时间为3小时，浴比1︰24；(7)纤维的烘干：将步骤(6)处理后的纤维经过烘干处理后得到莱赛尔纤维d。实施例5本实施例的一种阻燃莱赛尔纤维的制备方法，所述制备方法包含如下步骤：(1)纺丝液的制备：将质量分数为54.8％的nmmo的水溶液减压蒸馏至89％的nmmo水溶液，将磷酸三(2，3-二溴丙基)酯与棉浆粕(山东银鹰化纤有限公司生产)溶于nmmo水溶液，其中，磷酸三(2，3-二溴丙基)酯与棉浆粕的质量比为1︰29，棉浆粕的质量(g)与nmmo水溶液体积(ml)的浴比为1︰19，在反应釜中于109℃真空搅拌溶解4小时，制得质量分数为18％的均匀纺丝液；(2)莱赛尔纤维的纺丝：将步骤(1)处理后的纺丝液加入螺杆挤压机，在100℃下进一步溶解，然后过滤，进入纺丝系统，其中，气隙长度为8cm，纺丝速度为47m/min，喷丝板孔径为80μm，孔毛细管长700μm；喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入凝固浴槽，凝固成形，凝固浴浓度为16.4％的nmmo的水溶液，凝固浴温度为7℃；莱赛尔纤维纺丝设备流程图如图1所示；(3)纤维的醇洗：将步骤(2)处理后的纤维浸入浓度为86％的乙醇溶液，浸入时间为4小时，溶液温度为室温，浴比1︰18；(4)纤维的漂白：将步骤(3)处理后的纤维浸入浓度为0.2g/l的漂白剂溶液(名称：强氯精，山东佳洁净水处理科技有限公司生产)，浸入时间为3小时，溶液温度为55℃，浴比1︰20；(5)纤维的水洗：将步骤(4)处理后的纤维浸入90℃的热水中，时间为2小时，浴比1︰25；(6)纤维的上油：将步骤(5)处理后的纤维浸入1g/l的油浴溶液(型号：hy-101，杭州华亚化工有限公司生产)，油浴温度为90℃，时间为4小时，浴比1︰25；(7)纤维的烘干：将步骤(6)处理后的纤维经过烘干处理后得到莱赛尔纤维e。性能评价实例：对本发明中上述具体实施例1～5制备得到的莱赛尔纤维a、b、c、d、e进行强力性能测试，测试方法参考gb/t-24218.3-2010《纺织品、非织造布试验方法第3部分：断裂强力和断裂伸长率的测定》，采用favimat-bobot2全自动单纤维万能测试仪测定试样的强力性能，测试试样不少于30根，取测试平均值。测试结果如表1所示，其中，莱赛尔纤维a、b、c、d、e简称纤维a、b、c、d、e，采购的莱赛尔纤维来自于绍兴丹澳纺织品有限公司。表1莱赛尔纤维a、b、c、d、e和采购的莱赛尔纤维的力学性能项目纤维a纤维b纤维c纤维d纤维e采购的莱赛尔纤维干断裂强度(cn/tex)44.344.844.943.743.647.3干断裂伸长率(％)14.614.814.714.913.812.9湿断裂强度(cn/tex)31.732.832.132.932.335.2湿断裂伸长率(％)15.416.316.815.916.714.1从表1可见，莱赛尔纤维干断裂强度介于43～45cn/tex之间，其略低于采购的莱赛尔纤维，莱赛尔纤维干断裂伸长率介于13.5％～15％之间，其略高于采购的莱赛尔纤维；莱赛尔纤维湿断裂强度介于31.5～33cn/tex之间，其低于采购的莱赛尔纤维，莱赛尔纤维湿断裂伸长率介于15％～17％之间，其略高于采购的莱赛尔纤维。从力学性能的测试结果来看，本发明制备的莱赛尔纤维的主要力学性能与绍兴丹澳纺织品有限公司的莱赛尔纤维比较接近，由此可见，本发明制备的纤维素纤维是一种合格的莱赛尔纤维。为了更好地检测本发明中制备的莱赛尔纤维的阻燃性，将本发明中上述具体实施例1～5制备得到的莱赛尔纤维a、b、c、d、e和采购的莱赛尔纤维的阻燃性能进行测试，测试方法采用氧指数测试方法，即按照gb/t5454-1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》，参照gb/t20944.1-2007耐洗色牢度试验机洗涤方法对纤维进行标准洗涤。测试结果如表2所示。表2莱赛尔纤维a、b、c、d、e和采购的莱赛尔纤维在不同水洗次数的阻燃测试结果极限氧指数loi是阻燃材料重要指标之一，普通粘胶纤维的氧指数不到20％，十分容易燃烧，一般极限氧指数大于28％的材料均属难燃材料。由表2可见，本发明制备的莱赛尔纤维的初始极限氧指数达到了33％以上，属于难燃材料范围；经过20次水洗后，其极限氧指数没有明显下降，仍然达到了32％以上；而采购的莱赛尔纤维的极限氧指数均较低，只有13.4％。阻燃性能实验测试表明：本发明制备的莱赛尔纤维具有很好的阻燃效果，是一种合格的阻燃纤维。当前第1页12