一种具有阻燃功能的再生低熔点聚酯复合纤维及其制备方法与流程

本发明属于低熔点聚酯复合纤维领域，涉及一种低熔点聚酯复合纤维及其制备方法，特别是涉及一种具有阻燃功能的再生低熔点聚酯复合纤维及其制备方法。

背景技术：

1、随着非织造行业的快速发展，非织造专用低熔点聚酯复合纤维越来越受到学术界和产业界的重视。低熔点聚酯复合纤维一般以皮芯结构的形式存在，皮层和芯层分别为低熔点聚酯和常规聚酯，皮层熔点低于芯层，且相容性好，非织造加工过程中皮层熔融起粘合作用，芯层保持原有的结构形态，具有热熔粘合温度低、粘合迅速、粘结强度高的特点，可替代化学粘合剂，绿色环保、安全性好，目前主要应用于仿丝棉、无胶棉、硬质棉、隔音板、棕榈床垫、汽车内饰、体育用品、医用卫生等领域。国内外对该纤维进行了大量的开发和研究。然而，市场上对于功能性低熔点聚酯复合纤维的产品却较少，纺织品具有阻燃性已成为一些国家的强制性要求，特别是公共汽车内的纺织品以及小孩和老人房间里的家用纺织品一定要具有阻燃功能。但到目前为止，仅有少量关于阻燃低熔点聚酯复合纤维方面的报道，扬州天富龙集团股份有限公司公开了一种一种再生有色阻燃低熔点聚酯复合纤维及其制备方法(cn202111336183.0)，通过将活性磷系阻燃剂与再生聚酯切片进行熔融共混造粒，然后进行纺丝，制得了阻燃低熔点聚酯复合纤维；宁波华星科技有限公司公开了一种阻燃低熔点共聚酯复合物及其制备方法(zl202110815121.1)，还公开了一种阻燃低熔点聚酯纤维及其制备方法(cn202110813935.1)，均是将复合阻燃剂和阻燃协同剂通过熔融共混的方式加入到低熔点共聚酯中实现低熔点聚酯或其纤维的阻燃功能。熔融共混的方式将阻燃剂引入到低熔点聚酯复合纤维中存在阻燃剂分散不均匀，且小分子的阻燃剂析出的问题。扬州富威尔复合材料有限公司公开了一种阻燃低熔点聚酯纤维及其制备方法(zl201710018844.2)，该纤维的皮层为低熔点聚酯，芯层为阻燃聚酯，该发明将阻燃剂2-羟乙基苯基次磷酸作为反应单体之一引入到pet的分子链中，制得阻燃聚酯，而一般而言，外层低熔点聚酯阻燃会产生比较好的效果。

2、目前市面上的低熔点聚酯几乎均含有间苯二甲酸(ipa)，且含量达到30％以上，对应的低熔点聚酯复合纤维也具有较好的性能。但使用ipa存在以下问题，首先，ipa的成本高；其次，高温时ipa易环化形成熔点高达325℃的环化物，纺丝时不熔融，增加了过滤网的更换次数，降低了效率，增加了成本；再次，ipa链段刚性较大，含量较高的低熔点聚酯的黏度对温度较敏感，可纺性差，纤维成形不良。因此，需要寻找ipa的替代物，以解决ipa存在的问题。

3、另外，再生聚酯纤维的使用与国家的“碳达标、碳中和”国家战略密切相关，已成为了一种责任和时尚，国际知名纺织服装品牌均在行动。因此，通过化学法回收聚酯，并合成低熔点聚酯将是低熔点聚酯复合纤维领域发展的趋势。

技术实现思路

1、本发明针对具有阻燃功能的低熔点聚酯复合纤维产品少，结合常规低熔点聚酯纺丝过程中存在的问题以及绿色低碳的发展趋势，开发出一种具有阻燃功能的再生低熔点聚酯复合纤维，并提供了其制备方法。

2、具有阻燃功能的再生低熔点聚酯复合纤维，其特征是：具有阻燃功能的再生低熔点聚酯复合纤维为皮芯结构纤维，皮层为阻燃再生低熔点聚酯，芯层为聚对苯二甲酸乙二醇酯。

3、所述阻燃再生低熔点聚酯由对苯二甲酸链段、间苯二甲酸链段、乙二醇链段、2-甲基-1,3-丙二醇链段、二甘醇链段和阻燃剂链段组成；

4、所述的阻燃剂剂链段对应的阻燃剂为二元醇系列，具体为反式环己二醇异丁基笼形倍半硅氧烷(结构式ⅰ)，1,2-丙二醇异丁基笼形倍半硅氧烷(结构式ⅱ)、tmp二羟基异丁基笼形倍半硅氧烷(结构式ⅲ)或二硅醇异丁基化笼形倍半硅氧烷(结构式ⅳ)，结构式ⅰ、ⅱ、ⅲ和ⅳ中的r均为异丁基；

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6、

7、所述低熔点聚酯的软化点为120～150℃，玻璃化转变温度为大于62℃；所述低熔点聚酯的特性黏度为0.6～0.7dl/g。

8、所述的一种具有阻燃功能的再生低熔点聚酯复合纤维，其特征在于，所述具有阻燃功能的再生低熔点聚酯复合纤维的断裂强度≥3.5cn/dtex，极限氧指数大于28；所述皮芯结构的复合比为40～60：60～40。

9、所述的一种具有阻燃功能的再生低熔点聚酯复合纤维的制备方法，其特征是包括步骤：

10、1)再生低熔点聚酯的制备

11、以回收的聚酯瓶片为原料，经螺杆挤压熔融——过滤——反应釜醇解——过滤——活性炭脱色——酯化反应——过滤——缩聚反应——再生低熔点聚酯的连续化工艺流程，制得再生低熔点聚酯；

12、(1)醇解反应

13、螺杆挤压熔融的温度为280～300℃；反应釜醇解的醇解液为乙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇和笼形倍半硅氧烷二元醇阻燃剂的混合液，醇解温度为180～220℃，压力为0.15～0.3mpa，聚酯瓶片和二元醇混合液的质量比为1～3：1，醇解时间为0.5～3小时，催化剂为醋酸锌，为聚酯瓶片重量的0.1～0.5％；

14、(2)酯化反应

15、醇解产物经在线过滤和活性炭脱色后进入酯化反应釜，除醇解产物外，还加入新的对苯二甲酸或间苯二甲酸，进行酯化反应，在氮气氛围下加压反应，加压压力为常压～0.3mpa，温度为190℃～260℃，当酯化反应中的水的馏出量的理论值的90％以上时酯化反应终止，制得酯化产物；

16、(3)缩聚反应

17、酯化产物经在线过滤后进入缩聚反应釜，在催化剂和稳定剂的作用下，在负压的条件下开始低真空阶段的缩聚反应；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℃，反应时间30～50min；然后继续抽真空，进行高真空阶段的缩聚反应，使反应压力降至绝对压力小于100pa，反应温度控制在275～280℃，反应时间50～90min，制得阻燃再生低熔点聚酯。

18、2)复合纺丝

19、前纺采用皮芯复合纺丝工艺，以所述阻燃再生低熔点聚酯为皮层，以聚对苯二甲酸乙二醇酯为芯层，皮层和芯层的纺丝温度分别260～275℃和280～290℃，纺丝速度为500～1100m/min；吹风为两道冷却环吹风；第一道环吹风温度为50℃～80℃，环吹风风速为1.0m/s～3.0m/s；第二道环吹风温为10～20℃，环吹风风速为2.0m/s～4.0m/s；两道冷却环吹风间隔30～50cm；

20、后纺采用牵伸——水洗工艺，经卷曲、切断和干燥获得具有阻燃功能的再生低熔点聚酯复合纤维；牵伸采用油浴牵伸，油浴内加入5～10wt％的亚硫酸钠，油浴的温度为65℃～75℃，牵伸倍数为2.5～3.0倍，卷曲温度50～60℃，卷曲主压0.4～0.6mpa，卷曲背压0.2～0.4mpa，卷曲数7～10个/25mm，卷曲度10～15％。

21、所述的一种具有阻燃功能的再生低熔点聚酯复合纤维的制备方法，其特征在于，所属催化剂为三氧化二锑、乙二醇锑、醋酸锑、钛酸异丙酯、钛酸四丁酯、二丁基氧化锡或2-乙基己酸亚锡，催化剂加入量为二元酸总重量的0.01～0.05％；所属稳定剂为磷酸三苯酯、磷酸三甲酯，稳定剂加入量为二元酸总重量的0.01～0.05％。

22、本发明的有益效果：

23、(1)该发明用2-甲基-1,3-丙二醇链段全部或部分替代了ipa，不使用或减少ipa的使用量，2-甲基-1,3-丙二醇链段中位于2号位碳原子上的甲基有利于聚合物的旋转，增加聚合物的流动性，降低聚合物的结晶度，具有ipa类似的作用；ipa的用量减少，可减少环化物的形成，降低再生低熔点聚酯黏度对温度的敏感性，增加低熔点聚酯的可纺性，降低成本，保证同心圆皮芯结构的稳定性，提高纤维的品质；

24、(2)该发明中2-甲基-1,3-丙二醇和笼形倍半硅氧烷二元醇阻燃剂也作为醇解剂对废弃pet瓶片进行醇解，减少了乙二醇的使用量，可减少乙醛的产生；

25、(3)该发明将熔融和醇解技术结合，将废弃pet瓶片熔融，克服了常规醇解方法中固体pet的大小对醇解反应速度的影响，增加pet和二元醇的反应速度；

26、(4)该发明不用将过量的二元醇蒸馏除去，因为首先该发明采用的是低比例二元醇用量下废弃pet的醇解方法，二元醇过量较少；其次，过量二元醇反应形成的二聚体为低熔点聚酯的反应物之一；另外，酯化反应中引入了对苯二甲酸或间苯二甲酸，以和过量的二元醇反应；因此，该发明中废弃pet的解聚——再生低熔点聚酯的聚合过程为一个连续的过程，不需要复杂的提出工序，仅需过滤掉废弃聚酯夹杂的固体颗粒物和除掉色素即可，生产效率高；

27、(5)该发明将阻燃单体直接引入到低熔点聚酯的大分子链中，功能因子分布均匀，耐久好，对可纺性无影响，制得的具有阻燃功能的再生低熔点聚酯复合纤维的极限氧指数大于28；

28、(6)多面低聚倍半硅氧烷(poss)自身即为有机-无机纳米杂化材料，除了具有阻燃功能外，因其单个分子的尺寸介于1～3纳米之间，与大多数聚合物的链段和无规线团的大小接近或相等，能在分子水平上对聚合物基体进行增强，在制备有机/无机杂化材料方面具有独特的优势，实现poss与聚合物基体间真正意义上的杂化，能够增强再生低熔点聚酯复合纤维。