一種環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維及其制備方法，所述環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維的原料包括纖維素、阻燃劑和陽離子交聯(lián)劑，所述阻燃劑為硅氮系阻燃劑，其環(huán)保性、阻燃性符合國家相關(guān)要求。應(yīng)用本發(fā)明的制備方法，可克服以往硅類阻燃劑易造成粘膠老化凝膠引起的紡絲停頓、因強(qiáng)度低和阻燃成分丟失造成的下游紡紗、織造困難及服用過程中的持久阻燃效果。該工藝生產(chǎn)的長絲和短絲可供用于制作服裝、家居、軍隊(duì)防護(hù)及公共裝飾使用的針、紡織品。
【專利說明】一種環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維及其制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化纖加工領(lǐng)域，特別涉及一種環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]阻燃科學(xué)技術(shù)是人類為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，預(yù)防和控制火災(zāi)，保護(hù)人類生命財(cái)產(chǎn)安全而發(fā)展起來的一門科學(xué)，是針對火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律、物質(zhì)燃燒的原理，而采取抑制燃燒的科學(xué)方法。阻燃技術(shù)根據(jù)可燃材料的燃燒特性，使其轉(zhuǎn)化為難燃性或不燃性材料，降低物質(zhì)燃燒的速度，阻止火災(zāi)擴(kuò)大。
[0003]隨著社會(huì)物質(zhì)文明的發(fā)展，阻燃技術(shù)日益受到人們的高度重視，早在1785年英國人就利用明礬、硼砂、硫酸亞鐵混合物使纖維素紡織品和紙漿等阻燃。1913年染料科學(xué)家泊金在前人工作的基礎(chǔ)上，提出了耐久的織物阻燃處理理念。60年代以后，隨著許多國家防火法規(guī)的制訂，阻燃技術(shù)在紡織品上有了較廣泛的應(yīng)用，但主要涉及織物的表面阻燃處理或使用鹵素和磷系有機(jī)化合物阻燃劑，如Lenging (奧地利)、Polynosic (日本)HFG (日本)，這些含有機(jī)化合物阻燃劑的纖維，雖然阻燃效果較好，但對環(huán)境不友好或燃燒時(shí)會(huì)釋放出大量毒氣及煙霧，存在安全和環(huán)境問題。具有積極意義的是Visil (芬蘭)和Ant1-fell (山東)纖維，以無機(jī)聚硅酸或其鹽為阻燃成分。中國專利有《纖維素聚硅酸鹽阻燃纖維及其生產(chǎn)方法》(專利號=ZL 94110065.0 ;專利權(quán)人:趙玉山、馮守知、王惠福；申請日:1994年2月3日)；《再生纖維素/納米Si02阻燃復(fù)合材料的制備方法》(專利號:20051004231409 ;專利權(quán)人:青島大學(xué)；申請日:2005年I月7日)。
[0004]但上述的鹽類阻燃劑沒有被包覆，極易造成粘膠原液加速老化，粘度劇增，因凝膠化而無法紡絲，或不能形成有效固定，在纖維的后整理、染色、織造以及針紡織品的使用過程中失去阻燃效果；另一方面，因這些阻燃劑的加入引起粘膠纖維強(qiáng)度降低，致下游紡紗、織造、服用困難而一直無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。綜上所述，目前急需一種能夠抑制鹽析效應(yīng)的阻燃劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維及其制備方法。其中，有別于上述技術(shù)或?qū)＠氖鞘褂昧艘环N能抑制鹽析效應(yīng)的阻燃劑，在IIIF位置后添加，保證了阻燃劑與粘膠混合后不會(huì)在紡絲工藝要求的時(shí)間內(nèi)凝膠化，同時(shí)避免了廢膠產(chǎn)生；在后整理工序通過添加陽離子交聯(lián)劑，使纖維中的阻燃劑成分形成網(wǎng)狀不可溶物，阻燃成分不易丟失，同時(shí)替代堿洗脫硫，簡化了工序；對初凝絲條進(jìn)行2~3次牽伸使纖維強(qiáng)度增大，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、規(guī)模化生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維，所述阻燃纖維的原料包括纖維素、阻燃劑、陽離子交聯(lián)劑，所述各個(gè)原料的重量分?jǐn)?shù)比為: 纖維素65?84
阻燃劑16?35
陽離子交聯(lián)劑廣3。
[0007]進(jìn)一步的，所述纖維素的聚合度為600?800。
[0008]進(jìn)一步的，所述陽離子交聯(lián)劑的離子形式為Ti4+、RN3+、Al3+、Ca2+的一種或幾種的混合物。
[0009]本發(fā)明的另一目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維的制備方法，所述方法包括以下步驟:
1)粘膠原液的制備按傳統(tǒng)粘膠原液制備方法，將纖維素經(jīng)堿液津澤、壓榨、粉碎、老成、磺化、一道過濾、二道過濾、三道過濾、脫泡等工序，制備成紡絲用粘膠原液，即IIIF膠；
2)阻燃劑注射液的制備按照分散劑:10%堿液:阻燃劑=(0.05?0.0769):(0.2?0.23): (0.59?0.69)的體積比例進(jìn)行調(diào)配，配制好的阻燃劑注射液保持處于攪拌狀態(tài)；
3)阻燃劑紡前注射將步驟I)、步驟2)制備得到的IIIF膠和阻燃劑注射液混合，所述IIIF膠和阻燃劑注射液體積比為:
IIIF 膠69 ?79
阻燃劑注射液 31?21 ;
將所述阻燃劑注射液注入噴絲頭前動(dòng)態(tài)和靜態(tài)混合器，混合后得到阻燃粘膠；
4)紡絲將步驟3)中得到的阻燃粘膠由噴絲頭噴出得到紡絲，所述紡絲經(jīng)酸浴得到阻燃纖維初產(chǎn)品，其中，噴頭孔徑為0.045?0.065mm,噴頭牽伸50?60%，塑化牽伸50?100% ；
5)精練所述阻燃纖維初產(chǎn)品分別經(jīng)過一道水洗、二道水洗，固化脫硫、三道水洗、上油，即得到所述環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維；
進(jìn)一步的，所述步驟I中的IIIF膠的組成為:
甲纖8.1?9.8%
氫氧化鈉5.4?7.8% ；
所述IIIF膠的粘度40?60秒，熟成度14?16ml (10%氯化銨)。
[0010]進(jìn)一步的，所述步驟2所述分散劑為聚乙烯醇，所述堿液為氫氧化鈉溶液。
[0011]進(jìn)一步的，所述步驟3中阻燃劑的添加方式為紡前注射，采用注射機(jī)或壓縮空氣將阻燃劑注射液注入噴絲頭前動(dòng)態(tài)和靜態(tài)混合器混膠，所述阻燃粘膠的組成為:
甲纖 9?9.5%
堿7.8 ?8.1% ；
所述阻燃粘膠的粘度>27S，熟成度(15%NH4C1) 8、ml。
[0012]進(jìn)一步的，所述步驟4中的酸浴溶液中的原料包括硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅，所述各個(gè)原料的重量分?jǐn)?shù)比為:
硫酸70?145
硫酸鈉220?350
硫酸鋅14?90 ；
所述酸浴溫度為36°C?55°C。[0013]進(jìn)一步的，所述步驟5中所述固化脫硫中，所用浴液的原料包括軟水、陽離子交聯(lián)劑和亞硫酸氫鈉，所述各個(gè)原料的重量分?jǐn)?shù)比為:
軟水0.66
陽離子交聯(lián)劑 0.33 亞硫酸氫鈉0.01;
所述步驟5中所述固化脫硫的溫度為75~90--C，時(shí)間為8~15分鐘。
[0014]本發(fā)明的另一目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維的應(yīng)用，所述阻燃纖維用于制作針織品，優(yōu)選用于服裝、家居、軍工防護(hù)品及公共裝飾。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果為:
1、本發(fā)明所述的阻燃纖維成型后，干斷裂強(qiáng)度≥1.85cn/dtex，含水8%~15%，1200--C有氧條件下仍能維持纖維形狀，高溫條件下無熔融滴落物，絲織物可形成屏蔽保護(hù)層，極限氧指數(shù)LOI≥28% ；
2、本發(fā)明所述的阻燃纖維的制備方法相比現(xiàn)有技術(shù)，工藝更加精簡，減除了堿洗脫硫工序，降低了加工成本，更加環(huán)保；
3、本發(fā)明所述的阻燃纖維，結(jié)構(gòu)為交叉網(wǎng)絡(luò)大分子，能夠適應(yīng)酸、堿和多種復(fù)雜環(huán)境，所述阻燃纖維的強(qiáng)度高、耐高溫，耐洗滌，適宜于針、紡織品的制造。
[0016]
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
一種環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維，所述阻燃纖維的原料包括纖維素、阻燃劑、陽離子交聯(lián)劑，所述各個(gè)原料的重量分?jǐn)?shù)比為:
纖維素65~84
阻燃劑16~35
陽離子交聯(lián)劑1-3。
[0018]進(jìn)一步的，所述纖維素的聚合度為600~800。
[0019]進(jìn)一步的，所述阻燃劑為二氧化硅雜氮化合物。
[0020]進(jìn)一步的，所述陽離子交聯(lián)劑的離子形式為Ti4+、RN3+、Al3+、Ca2+的一種或幾種的混合物。
[0021]本發(fā)明的另一目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維的制備方法，所述方法包括以下步驟:
1)粘膠原液的制備按傳統(tǒng)粘膠原液制備方法，將纖維素經(jīng)堿液津澤、壓榨、粉碎、老成、磺化、一道過濾、二道過濾、三道過濾、脫泡等工序，制備成紡絲用粘膠原液，即IIIF膠；
2)阻燃劑注射液的制備按照分散劑:10%堿液:阻燃劑=(0.05~0.0769):(0.2~0.23): (0.59~0.69)的體積比例進(jìn)行調(diào)配，配制好的阻燃劑注射液保持處于攪拌狀態(tài)；
3)阻燃劑紡前注射將步驟I)、步驟2)制備得到的IIIF膠和阻燃劑注射液混合，所述IIIF膠和阻燃劑注射液體積比為:IIIF 膠69 ~79
阻燃劑注射液 31~21 ;
將所述阻燃劑注射液注入噴絲頭前動(dòng)態(tài)和靜態(tài)混合器，混合后得到阻燃粘膠；
4)紡絲將步驟3)中得到的阻燃粘膠由噴絲頭噴出得到紡絲，所述紡絲經(jīng)酸浴得到阻燃纖維初產(chǎn)品，其中，噴頭孔徑為0.045~0.065mm,噴頭牽伸50~60%，塑化牽伸50~100% ；
5)精練所述阻燃纖維初產(chǎn)品分別經(jīng)過一道水洗、二道水洗，固化脫硫、三道水洗、上油，即得到所述環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維； 進(jìn)一步的，所述步驟I中的IIIF膠的組成為:
甲纖8.1~9.8%
氫氧化鈉5.4~7.8% ；
所述IIIF膠的粘度40~60秒，熟成度14~16ml (10%氯化銨)。
[0022]進(jìn)一步的，所述步驟2所述分散劑為聚乙烯醇，所述堿液為氫氧化鈉溶液。
[0023]進(jìn)一步的，所述步驟3中阻燃劑的添加方式為紡前注射，采用注射機(jī)或壓縮空氣將阻燃劑注射液注入噴絲頭前動(dòng)態(tài)和靜態(tài)混合器混膠，所述阻燃粘膠的組成為:
甲纖 9~9.5%
堿7.8 ~8.1% ；
所述阻燃粘膠的粘度>27S，熟成度(15%NH4C1) 8~9 ml。
[0024]進(jìn)一步的，所述步驟4中的酸浴溶液中的原料包括硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅，所述各個(gè)原料的重量分?jǐn)?shù)比為:
硫酸70~145
硫酸鈉220~350
硫酸鋅14~90 ；
所述酸浴溫度為36°C~55°C。
[0025]進(jìn)一步的，所述步驟5中所述固化脫硫中，所用浴液的原料包括軟水、陽離子交聯(lián)劑和亞硫酸氫鈉，所述各個(gè)原料的重量分?jǐn)?shù)比為:
軟水0.66
陽離子交聯(lián)劑 0.33 亞硫酸氫鈉0.01;
所述步驟5中所述固化脫硫的溫度為75~90--C，時(shí)間為8~15分鐘。
[0026]本實(shí)施例所用重量單位為千克,也可以為克；
本實(shí)施例中所述的各個(gè)原料均為工業(yè)級；
本實(shí)施例中所述的各組分均為市場上出售的常規(guī)產(chǎn)品，所述阻燃劑為新鄉(xiāng)市長弘化工有限公司生產(chǎn)的硅氮系粘膠專用阻燃劑、克萊恩公司生產(chǎn)的Sandoflame5060或吉溧化工有限公司生產(chǎn)的磷系粘膠專用阻燃劑DX1212。
[0027]本實(shí)施例中，所述的環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維中的各個(gè)原料可以在給出的配比范圍內(nèi)靈活組合，在此不--枚舉。
[0028]實(shí)施例2
本實(shí)施例是在實(shí)施例1基礎(chǔ)上的優(yōu)選方案，所用原料的品質(zhì)與實(shí)施例1相同，與實(shí)施例I相同部分請參照實(shí)施例1，本實(shí)施例所述方法包括以下步驟:
制備粘膠原液按傳統(tǒng)粘膠原液制備方法，棉(木)纖維素經(jīng)堿液津澤、壓榨、粉碎、老成、磺化、一道過濾、二道過濾、三道過濾、脫泡等工序，制備成紡絲用粘膠原液(IIIF膠)。要求IIIF膠的組成為:甲纖8.1~9.8% ;氫氧化鈉5.4~7.8%。要求IIIF膠的粘度40~60秒(落球法)；熟成度14~16ml (10%氯化銨)。再阻燃劑注射液制備按照分散劑:10%堿液:阻燃劑=(0.05~0.0769): (0.2~0.23): (0.59~0.69)的體積比例進(jìn)行調(diào)配，配制好的阻燃劑注射液保持處于攪拌狀態(tài)。將180L阻燃劑注射液，用注射機(jī)或壓縮空氣注入1000L IIIF粘膠中，經(jīng)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)混合器混合平衡后連脫制得紡絲膠。在硫酸110g/L，硫酸鈉245g/L，硫酸鋅25g/L，回酸濃度落差小于4.0，酸溫55°C的酸浴中紡絲，噴頭規(guī)格為1900 (孔)X0.065mm (孔徑)。絲條經(jīng)二次牽伸，噴頭牽伸50%，塑化牽伸50%。切斷，制得1.0DX36mm粘膠短絲，纖維經(jīng)兩道水洗后，進(jìn)行交聯(lián)固定，固化脫硫浴液組成為:軟水:陽離子交聯(lián)劑:亞硫酸氫鈉= 0.66: 0.33: 0.01。固化脫硫溫度為75~90--C，時(shí)間為8~15分鐘。然后水洗，脫水，上油，烘干制得耐高溫阻燃粘膠短絲。
[0029]得到的耐高溫阻燃粘膠短絲，其干斷裂強(qiáng)度≥1.85cn/dteX，含水8%~15%，1200--C有氧條件下仍能維持纖維形狀，高溫條件下無熔融滴落物，絲織物可形成屏蔽保護(hù)層，極限氧指數(shù)LOI≥28%。
[0030]實(shí)施例3
本實(shí)施例是在實(shí)施例1基礎(chǔ)上的優(yōu)選方案，所用原料的品質(zhì)與實(shí)施例1相同，與實(shí)施例1相同部分請參照實(shí)施例1，本實(shí)施例所述方法包括以下步驟:
先制備粘膠原液按傳統(tǒng)粘膠原液制備方法，棉(木)纖維素經(jīng)堿液津澤、壓榨、粉碎、老成、磺化、一道過濾、二道過濾、三道過濾、脫泡等工序，制備成紡絲用粘膠原液(IIIF膠)。要求IIIF膠的組成為:甲纖8.1~9.8%;氫氧化鈉5.4~7.8%。要求IIIF膠的粘度40~60秒(落球法);熟成度14~16ml( 10%氯化銨)。再阻燃劑注射液制備按照分散劑:10%堿液:阻燃劑=(0.05~0.0769): (0.2~0.23): (0.59~0.69)的體積比例進(jìn)行調(diào)配，配制好的阻燃劑注射液保持處于攪拌狀態(tài)。將180L阻燃劑注射液，用注射機(jī)或壓縮空氣注入1000L IIIF粘膠中，經(jīng)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)混合器混合平衡后制得紡絲膠。在硫酸110g/L，硫酸鈉245g/L，硫酸鋅25g/L，回酸濃度落差小于2.0，酸溫55°C的酸浴中紡絲，噴頭孔數(shù)為24孔，單車速為73m/min。絲經(jīng)牽伸，淋洗，離心，制得75D/24F絲餅。絲餅經(jīng)二次壓洗，交聯(lián)劑溶液壓洗，固化脫硫浴液組成為:軟水:陽離子交聯(lián)劑:亞硫酸氫鈉= 0.66: 0.33:0.01。保留第一和最后一道水洗，取消脫硫、酸洗等工序，改為固化脫硫工序，時(shí)間要求>25min，液溫≥75 ℃。
[0031]壓洗路線___
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維，其特征在于，所述阻燃纖維的原料包括纖維素、阻燃劑、陽離子交聯(lián)劑，所述各個(gè)原料的重量分?jǐn)?shù)比為: 纖維素65~84 阻燃劑16~35 陽離子交聯(lián)劑1-3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維，其特征在于，所述纖維素的聚合度為600~800。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維，其特征在于，所述陽離子交聯(lián)劑的離子形式為Ti4+、RN3+、Al3+、Ca2+的一種或幾種的混合物。
4.一種如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 1)粘膠原液的制備按傳統(tǒng)粘膠原液制備方法，將纖維素經(jīng)堿液津澤、壓榨、粉碎、老成、磺化、一道過濾、二道過濾、三道過濾、脫泡等工序，制備成紡絲用粘膠原液，即IIIF膠； 2)阻燃劑注射液的制備按照分散劑:10%堿液:阻燃劑=(0.05~0.0769):(0.2~0.23): (0.59~0.69)的體積比例進(jìn)行調(diào)配，配制好的阻燃劑注射液保持處于攪拌狀態(tài)； 3)阻燃劑紡前注射將步驟I)、步驟2)制備得到的IIIF膠和阻燃劑注射液混合，所述IIIF膠和阻燃劑注射液體積比為: IIIF 膠69 ~79 阻燃劑注射液 31~21 ; 將所述阻燃劑注射液注入噴絲頭前動(dòng)態(tài)和靜態(tài)混合器，混合后得到阻燃粘膠； 4)紡絲將步驟3)中得到的阻燃粘膠由噴絲頭噴出得到紡絲，所述紡絲經(jīng)酸浴得到阻燃纖維初產(chǎn)品，其中，噴頭孔徑為0.045~0.065mm，噴頭牽伸50~60%，塑化牽伸50~100% ； 5)精練所述阻燃纖維初產(chǎn)品分別經(jīng)過一道水洗、二道水洗，固化脫硫、三道水洗、上油，即得到所述環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟I中的IIIF膠的組成為: 甲纖8.1~9.8% 氫氧化鈉5.4~7.8% ； 所述IIIF膠的粘度40~60秒，熟成度14~16ml (10%氯化銨)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟2所述分散劑為聚乙烯醇，所述堿液為氫氧化鈉溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟3中阻燃劑的添加方式為紡前注射，采用注射機(jī)或壓縮空氣將阻燃劑注射液注入噴絲頭前動(dòng)態(tài)和靜態(tài)混合器混膠，所述阻燃粘膠的組成為: 甲纖 9~9.5% 堿7.8 ~8.1% ； 所述阻燃粘膠的粘度>27S，熟成度(15%NH4C1) 8~9 ml。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟4中的酸浴溶液中的原料包括硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅，所述各個(gè)原料的重量分?jǐn)?shù)比為: 硫酸70~145 硫酸鈉220~350 硫酸鋅14~90 ； 所述酸浴溫度為36°C~55°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟5中所述固化脫硫中，所用浴液的原料包括軟水、陽離子交聯(lián)劑和亞硫酸氫鈉，所述各個(gè)原料的重量分?jǐn)?shù)比為: 軟水0.66 陽離子交聯(lián)劑 0.33 亞硫酸氫鈉0.01 ; 所述步驟5中所述固化脫硫的溫度為75~90--C，時(shí)間為8~15分鐘。
10.一種如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的環(huán)保型耐高溫耐久性阻燃纖維的應(yīng)用，其特征在于，所述阻燃纖維用于制作針、紡織品，優(yōu)選用于服裝、家居、軍工防護(hù)品及公共裝飾。
【文檔編號】D01F2/08GK103789858SQ201410039251
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】劉承修, 畢慎平 申請人:劉承修, 畢慎平