阻燃抑熔滴聚酯纤维的制备方法与流程

本发明属于功能聚酯纤维领域，涉及一种阻燃抑熔滴聚酯纤维的制备方法。

背景技术：

1、国内聚酯的大规模产业化生产始于20世纪80年代，之后随着其应用范围的扩大，聚酯产业蓬勃发展。自2014年～2018年，国内涤纶的年产量已近4000万吨，2022年更是高达6500万吨，占全国化纤总产量的80％以上。随着聚酯行业的发展，对聚酯功能化的需求也日益突出，阻燃性能作为衡量防火安全的一项重要指标，在聚酯的应用中占据十分重要的地位。据统计，2012～2021年期间，全国居住场所发生火灾共132.4万起，造成了约11634人遇难、6738人受伤，直接经济损失达77.7亿元，其中，约20％的居住场所、50％的火灾造成的死亡都是与纺织品的引燃有关。而在燃烧过程中，因熔滴带来的二次引燃更是给人们的生命和财产安全带来极大隐患。而随着科技与社会的进步，人们对环境问题日益重视，在对阻燃剂的选择上除了高效阻燃的要求外，环保性也备受关注。因此，在提高聚酯纤维阻燃性能的同时，开发使用高效、环保无毒的阻燃剂具有非常重要的实用意义。

2、现有技术中聚酯纤维的阻燃改性主要有共聚、共混及后整理三种方式，这三种方式在带来阻燃性的同时，人们对面料的舒适性和健康性也提出了新的要求，制备阻燃抑熔滴聚酯纤维也成为其功能改性研究的重要方向之一。

3、专利cn114230720a公布了一种兼具阻燃与抗熔滴功能的添加剂和制备方法及其组合物，该专利首先制备核层含氟聚合物分散液，以含氟聚合物分散液为种子，加入乙烯基单体、引发剂、链转移剂、表面活性剂，升温聚合，制得核壳结构聚合物乳液，经凝聚、离心，干燥后制得核壳结构聚合物，将其进行磺化改性，用去离子水洗涤至中性，固液分离后，干燥，得到磺化的核壳聚合物粉末，该添加剂是一种新型的环保、高效阻燃抗熔滴助剂，具有优异的阻燃、抗熔滴功能，且在聚碳酸酯、abs及其合金、聚酯中添加0.05～1.50份，可使其阻燃等级达到ul-94v-0。但该专利制备工艺复杂，添加剂也仅在薄膜及塑料制品中可用，且对纺丝加工中组件压力、出丝连续性等影响较大，不适用于产业化聚酯纤维的生产。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种阻燃抑熔滴聚酯纤维的制备方法，实现阻燃、抗熔滴、可纺的兼顾。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、阻燃抑熔滴聚酯纤维的制备方法，将聚酯、阻燃聚酯母粒和抑熔滴剂混合后进行熔融纺丝，即得阻燃抑熔滴聚酯纤维；

4、阻燃聚酯母粒为阻燃聚酯母粒a或阻燃聚酯母粒b；

5、阻燃聚酯母粒a的制备过程为：在制备聚酯的过程中，于酯化阶段，向体系中加入磷系阻燃剂，并于缩聚阶段，向体系中加入氮系阻燃剂和硅系阻燃剂，即得阻燃聚酯母粒a；

6、阻燃聚酯母粒b的制备过程为：将聚酯与ifr(膨胀型阻燃剂)熔融共混，即得阻燃聚酯母粒b；

7、磷系阻燃剂为ddp([(6-氧代-6h-二苯并[c,e][1,2]氧磷杂己环-6-基)甲基]丁二酸)、odopb(10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)、ceppa(2-羧乙基苯基次膦酸)中的一种以上；

8、氮系阻燃剂为mca(三聚氰胺氰尿酸盐)、kh550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、六方氮化硼中的一种以上；

9、硅系阻燃剂为硅酸盐、二氧化硅和poss中的一种以上；

10、抑熔滴剂为聚四氟乙烯(ptfe)、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-聚偏氟乙烯共聚物、聚六氟丙烯、四氟乙烯-聚六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-聚偏氟乙烯-聚六氟丙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯与其他可共聚的稀类不饱和单体的共聚物、磺丁基-β-环糊精(sbe-β-cd)、全氟丁基磺酸钾中的一种以上；

11、聚酯、阻燃聚酯母粒、抑熔滴剂的质量比为65-75:15-25:2-20；

12、阻燃聚酯母粒a中磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂的含量分别对应为0.5-1wt％(优选为0.6wt％)、1-5wt％(优选为2-3wt％)、0.5-1wt％(优选为0.5-0.7wt％)；阻燃聚酯母粒b中ifr的含量为5-20wt％(优选为15wt％)。

13、本发明的目的是解决现有技术中阻燃聚酯纤维无法兼顾阻燃、抗熔滴、可纺的问题，本发明通过控制磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂、抑熔滴剂的种类、添加量以及加入方式解决了现有技术中阻燃聚酯纤维无法兼顾阻燃、抗熔滴、可纺的问题，具体原理如下：

14、本发明的抑熔滴剂为磺酸系阻燃剂或氟系阻燃剂；当体系中同时存在磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂、磺酸系阻燃剂(或氟系阻燃剂)时，在燃烧过程中，共聚于分子链中的磷系阻燃剂由于p-o的键能较弱，首先发生断裂，生成p·及po·自由基，这些自由基可与空气中的易燃自由基(如烷烃类自由基)结合，抑制燃烧的持续发生，同时氮系阻燃剂在气相中释放出n2等不活泼气体，进一步稀释可燃气体的浓度，此为燃烧过程中气相的阻燃作用；凝聚相中，磺酸系阻燃剂的存在能够催化聚酯成炭，覆盖在聚合物表面，隔绝热量和氧气，同时硅系阻燃剂或氟系阻燃剂能够进一步增强炭层的强度和致密性，隔绝作用进一步增强；

15、本发明同时加入磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂、磺酸系阻燃剂(或氟系阻燃剂)使得聚酯的阻燃性能和抗熔滴性能优异，因此磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂、磺酸系阻燃剂(或氟系阻燃剂)的加入量无需过高，即可获得理想的阻燃、抗熔滴效果，磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂、磺酸系阻燃剂(或氟系阻燃剂)的加入量较低，有利于纺丝的顺利进行。

16、磷系阻燃剂是可以反应型阻燃剂，是参与到分子链聚合过程中，因此在聚合过程中添加，剩余阻燃剂及抑融滴剂主要是掺杂的形式分散于熔体中，若添加过多容易造成团聚影响纺丝，多种阻燃剂在体系中可以发挥协效阻燃作用，有效降低添加量，进而促进纺丝成型。

17、作为优选的技术方案：

18、如上所述的阻燃抑熔滴聚酯纤维的制备方法，聚酯、阻燃聚酯母粒、抑熔滴剂的质量比为75:20:5，或者为70:20:10，或者为65:20:15。

19、如上所述的阻燃抑熔滴聚酯纤维的制备方法，聚酯、阻燃聚酯母粒和抑熔滴剂混合前均经过干燥处理，干燥温度为116～120℃(优选为120℃)，干燥时间约为14h，干燥后含水率均小于100ppm(优选为80-90ppm)。

20、如上所述的阻燃抑熔滴聚酯纤维的制备方法，阻燃聚酯母粒a的制备步骤如下：

21、将乙二醇和对苯二甲酸打浆混合，向体系中加入磷系阻燃剂；

22、在氮气或惰性气体保护下，在30min内将体系温度由150℃升高至280℃后，保温反应1.5～2.5h；

23、向体系中加入氮系阻燃剂和硅系阻燃剂，升温至295℃，在真空度为50pa以下(优选为30pa、40pa)的条件下反应2～3h(优选为2.7～3h)，即得阻燃聚酯母粒a。

24、如上所述的阻燃抑熔滴聚酯纤维的制备方法，熔融纺丝的工艺流程包括：螺杆挤出机熔融挤出→纺丝→环吹风冷却→卷绕→成型得到原丝→原丝集束→两级牵伸→紧张热定型→卷曲→上油→松弛热定型→切断。

25、如上所述的阻燃抑熔滴聚酯纤维的制备方法，熔融纺丝的工艺参数包括：螺杆挤出机各区温度265～290℃(优选为265-288℃)，纺丝箱体温度275～290℃，计量泵泵供量500～900g/min(优选为860-880g/min)，环吹风温度25～30℃(优选为26-28℃)，环吹风进风压500～800pa(优选为720-760pa)，卷绕速度900～1100m/min(优选为1000-1100m/min)，牵伸温度65±5℃(优选为66-68℃)，二级牵伸倍数3～4倍(优选为3.3-3.6倍)。

26、本发明通过特定的加入方式向聚酯中加入磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂、抑熔滴剂后，聚酯分子链的规整性下降，进而会影响分子量及分子量分布，具体表现为熔融加工过程中流变性能的改变，这对加工温度提出更高的要求；抑熔滴剂的加入，不仅会对喷丝组件中过滤网的要求有所更改，同时，也会影响到分子链的结晶性能，进而影响到环吹风温度和环吹风进风压。本发明通过合理控制熔融纺丝的工艺参数，保证了向聚酯中加入磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂、抑熔滴剂后熔融纺丝依然能够顺利进行。

27、如上所述的阻燃抑熔滴聚酯纤维的制备方法，螺杆挤出机1～6区温度分别对应为265℃、275℃、280℃、285℃、280℃、275℃，纺丝箱体温度为275℃；或者，螺杆挤出机1～6区温度分别对应为265℃、270℃、275℃、280℃、275℃、270℃，纺丝箱体温度为270℃；或者，螺杆挤出机1～6区温度分别对应为270℃、275℃、280℃、285℃、280℃、275℃，纺丝箱体温度为275℃。

28、如上所述的阻燃抑熔滴聚酯纤维的制备方法，纺丝所用的喷丝板中的喷丝孔为王字形、十字形、三叶形、四t形(即四个t字母均匀分布于截面)中的一种以上。

29、与常规圆形聚酯纤维相比，采用异形工艺处理后，纤维还具有较好的蓬松性、吸湿排汗性以及更高的光泽度，在赋予纤维阻燃抑融滴性的同时，进一步提高了扩大了其在服用、家纺及产业用领域的应用范围。

30、如上任一项所述的阻燃抑熔滴聚酯纤维的制备方法，阻燃抑熔滴聚酯纤维的纤度为0.89～22.22dtex(优选为1.11-22.22dtex)，断裂强度为5.3～6.0cn/dtex(优选为5.3-5.9cn/dtex)，断裂伸长率为27.1～30.7％(优选为27.3-29.5％)，卷曲数为10.4-11.9个/25mm，卷曲率为11.1-12.7％，loi达到30％以上(优选为30.1-32％)，且燃烧过程无熔滴产生。

31、有益效果：

32、(1)本发明制备的阻燃抑熔滴聚酯纤维通过控制磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂、抑熔滴剂的种类、添加量以及加入方式，使得本发明具有良好的阻燃性、抗熔滴性及良好的可纺性，制备的纤维断裂强度可达到5.8cn/dtex，断裂伸长率为28.9％，loi达到30％以上，且燃烧过程中无熔滴产生；

33、(2)本发明与常规聚酯纤维的纺丝工艺相比，阻燃抑熔滴聚酯纤维在较低的纺丝温度下即可实现良好的可纺性，纺丝温度降低了10～15℃，较低的纺丝温度不仅可以延缓抑熔滴剂的热降解，还能有效提高生产效率并降低成本；

34、(3)本发明采用的共聚-共混的改性方式可以有效解决添加剂添加造成的纤维力学性能下降及纤维制品手感舒适性差的问题；

35、(4)本发明纤维的异形截面设计，使得纤维还具有较好的蓬松性、吸湿排汗性以及更高的光泽度，可进一步提升阻燃抑融滴纤维制品的舒适度，且本发明的阻燃抑融滴性不仅可以降低服装燃烧对人体造成的二次伤害，其异形截面的设计提高了使用阻燃制品人群的舒适性能，扩大了其应用领域。