本發(fā)明屬于化學(xué)纖維技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種阻燃維綸纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
維綸是聚乙烯醇縮醛纖維的商品名稱，也叫維尼綸。其性能接近棉花，有“合成棉花”之稱，是現(xiàn)有合成纖維中吸濕性最大的品種。在各類阻燃纖維中，阻燃維綸因其兼具高強(qiáng)度、阻燃和吸濕性好等優(yōu)異性能，受到業(yè)內(nèi)外廣泛關(guān)注?！熬S綸纖維是由PVA的水溶液經(jīng)濕法紡絲，再和甲醛縮合而制成的一種合成纖維?！?/p>
阻燃維綸纖維的制備主要有兩種方法，即為接枝共聚和機(jī)械混合。接枝共聚是將具有阻燃能力的單體接入到聚乙烯醇的大分子中；機(jī)械混合則是在紡織原液中加入阻燃劑。在以上的兩種方法所制備的阻燃維綸纖維為均相的混合，為了獲得較好的阻燃效果往往需要接入或共混較多的阻燃劑，較大的阻燃劑用量會(huì)對(duì)紡絲工藝以及纖維的機(jī)械性能產(chǎn)生較大的影響。在纖維的燃燒過程中，纖維表層首先受到熱的作用，若在纖維的表層分布有較多、穩(wěn)定性良好的且具有較好的阻燃效果的單體或阻燃劑，即在纖維中阻燃劑是一種非均相的分布則可以阻止燃燒的蔓延。可以認(rèn)為提高阻燃纖維表層的阻燃劑分布與用量則將有助于提高纖維的阻燃性能，也可以減少阻燃劑的用量。當(dāng)前，對(duì)于阻燃劑非均相分布的阻燃維綸纖維開發(fā)較缺乏。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服采用均相混合制備阻燃維綸纖維存在阻燃劑用量大，對(duì)纖維的機(jī)械性能影響較大的問題，本發(fā)明提供一種阻燃維綸纖維及其制備方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)實(shí)現(xiàn)的：
一種阻燃維綸纖維，所述阻燃維綸纖維的表層為阻燃整理劑與聚乙烯醇縮甲醛的混合物，所述阻燃整理劑為表面改性無機(jī)阻燃劑。
優(yōu)選地，所述表面改性無機(jī)阻燃劑的制備步驟如下：將無機(jī)阻燃劑改性液于超聲波條件下處理60～120min后得粘稠膏狀物，將所得粘稠膏狀物經(jīng)干燥、粉碎得中心粒徑為0.01～0.1μm的表面改性無機(jī)阻燃劑。
優(yōu)選地，所述無機(jī)阻燃劑改性液的原料重量百分配比為：油酸10～15份、硬酯酸10～15份、蓖麻油酸鈣15～30份、硬酯酸鈣15～30份、三聚氯氰1～5份、無機(jī)阻燃劑60～80份。
優(yōu)選地，所述無機(jī)阻燃劑三氧化二銻、氫氧化鎂和氫氧化鋁中的一種或幾種。
優(yōu)選地，超聲波的功率為250～350W，頻率為40KHz。
阻燃劑的選擇與使用對(duì)阻燃維綸的制備至關(guān)重要。在常用的阻燃劑中，鹵系、磷系阻燃劑以其阻燃效果好、不影響材料物化性能而得到廣泛的應(yīng)用。然而，鹵系、磷系阻燃劑最為重要的缺點(diǎn)為聚合物在燃燒時(shí)發(fā)煙量大、易放出腐蝕性氣體和有害性氣體，容易造成二次危害，雖可達(dá)到阻燃作用，但所釋放的氣體將對(duì)人體產(chǎn)生重大的傷害。因此，以三氧化二銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂為代表的無機(jī)阻燃劑在應(yīng)用時(shí)是依靠化學(xué)分解吸熱以及釋放出水而起到阻燃作用的，以其無毒性、不腐蝕、分解后生成產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生二次危害。三氧化二銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂等無機(jī)阻燃劑直接與紡絲進(jìn)行混合，雖可以達(dá)到阻燃，但其用量較大，分散效果欠佳。
在本發(fā)明中，發(fā)明人對(duì)三氧化二銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂等無機(jī)阻燃劑進(jìn)行表面改性，使表面有機(jī)化，大大提高了與聚乙烯醇的相容性，在提高維綸纖維阻燃性能的同時(shí)，也對(duì)維綸的力學(xué)性能有了明顯的改善，對(duì)于提高維綸的綜合性能具有重要的意義。在對(duì)三氧化二銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂等無機(jī)阻燃劑進(jìn)行表面改性時(shí)，超聲波對(duì)改性的順利進(jìn)行至關(guān)重要。
一種阻燃維綸纖維的制備方法，制備步驟如下：
1)維綸紡絲原液的準(zhǔn)備：將經(jīng)過水洗后的聚乙烯醇溶于80～95℃水中，得到維綸紡絲原液(1)；
2)紡絲：由計(jì)量泵輸出的維綸紡絲原液(1)經(jīng)噴絲板(2)噴出后，進(jìn)入紡絲甬道(3)，攜帶有表面改性無機(jī)阻燃劑的工業(yè)氮?dú)庥扇腼L(fēng)口(4)進(jìn)入紡絲甬道(3)，由出風(fēng)口(5)吹出，由紡絲甬道(3)而出的維綸紡絲原液(1)被引入凝固浴(6)中固化成型，即得聚乙烯醇纖維；
3)后處理：聚乙烯醇纖維經(jīng)導(dǎo)絲輥(7)、熱壓輥(8)、縮甲醛處理浴(9)、水洗浴(10)、干燥輥(11)，收集得到阻燃維綸纖維(12)。
優(yōu)選地，所述維綸紡絲原液(1)中聚乙烯醇的重量百分比濃度為18～22％。
優(yōu)選地，所述工業(yè)氮?dú)庵斜砻娓男詿o機(jī)阻燃劑的濃度為500～2000mg/L，通氣量為0.1～0.3m3/min；所述熱壓輥(8)的溫度為100～120℃，壓力為0.5～1.0MPa。
優(yōu)選地，所述凝固浴(6)為濃度420～450g/L的硫酸鈉；所述縮甲醛處理浴(9)包括50～70g/L甲醛，230～240g/L硫酸、70～80g/L硫酸鈉。
優(yōu)選地，所述紡絲甬道(3)為圓柱形，長(zhǎng)度為25～35cm，直徑為20～40cm；所述入風(fēng)口(4)頂端低于噴絲板(2)出絲口水平位置1～3cm，所述出風(fēng)口(5)底端高于紡絲甬道(3)最低端1～3cm。
傳統(tǒng)利用濕法紡絲設(shè)備制備得的維綸為腰圓形的皮芯結(jié)構(gòu)，其組分相同。在本發(fā)明中，發(fā)明人設(shè)計(jì)將表面改性無機(jī)阻燃劑與維綸紡絲原液表層的聚乙烯醇進(jìn)行混合，越到纖維表面，表面改性無機(jī)阻燃劑的濃度越高。本發(fā)明所采用的無機(jī)阻燃劑表面經(jīng)過了有機(jī)化改性，與聚乙烯醇混合效果良好。本發(fā)明所制得的維綸纖維表層雖摻有表面改性無機(jī)阻燃劑，但其主體仍為聚乙烯醇，故維綸纖維表層性能與芯層聚乙烯醇相似，受外力的響應(yīng)也相似，縮甲醛處理后也相似。與傳統(tǒng)的無機(jī)阻燃劑在共混紡絲的均勻分散不同，本發(fā)明著重于將表面改性無機(jī)阻燃劑填充于表層的聚乙烯醇中。使其阻燃性能得到充分的發(fā)揮，大大提高了無機(jī)阻燃劑的直接阻燃效果，即在纖維與火源直接接觸時(shí)即被遏制。因此，可以在取得良好阻燃效果時(shí)，大大減少無機(jī)阻燃劑的用量。
在本發(fā)明中，阻燃維綸纖維采用普通濕法紡絲設(shè)備進(jìn)行紡絲，只需要增加紡絲甬道可以達(dá)到紡制阻燃維綸纖維的目的。紡絲甬道的使用是本發(fā)明得以實(shí)現(xiàn)的重要區(qū)域。本發(fā)明所使用的氣體為工業(yè)氮?dú)?，其它惰性氣體也同樣適用。工業(yè)氮?dú)饪拷鼑娊z板，攜帶有表面改性無機(jī)阻燃劑，在通過紡絲甬道時(shí)，工業(yè)氮?dú)馀c維綸紡絲原液接觸的同時(shí)，表面改性無機(jī)阻燃劑隨之粘附至維綸紡絲原液的表面并與維綸紡絲原液表層的聚乙烯醇進(jìn)行快速混合。隨著維綸紡絲原液在凝固浴中固化成型，表面改性無機(jī)阻燃劑在維綸纖維的表層得到固定，形成一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的阻燃維綸纖維。
本發(fā)明的有益效果在于：
1)在超聲波的輔助下，利用油酸、硬酯酸、蓖麻油酸鈣、硬酯酸鈣、三聚氯氰對(duì)無機(jī)阻燃劑進(jìn)行有機(jī)化表面改性，使所得表面改性無機(jī)阻燃劑與聚乙烯醇及其縮甲醛產(chǎn)物都具有良好的相容性；
2)將表面改性無機(jī)阻燃劑粉末粘附至維綸紡絲原液的表面，并與維綸紡絲原液表層的聚乙烯醇進(jìn)行快速混合，隨著維綸紡絲原液固化成型以及縮甲醛處理，表面改性無機(jī)阻燃劑在維綸纖維的表層得到固定，形成一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的阻燃維綸纖維，表面改性無機(jī)阻燃劑分布于維綸纖維的表面，具有良好的阻燃效果；
3)將表面改性無機(jī)阻燃劑填充于維綸纖維的表層，使其阻燃性能得到充分的發(fā)揮，大大提高了無機(jī)阻燃劑的直接阻燃效果，即在纖維與火源直接接觸時(shí)即被遏制，可以在取得良好阻燃效果時(shí)，大大減少無機(jī)阻燃劑的用量。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
圖中，1-維綸紡絲原液，2-噴絲板，3-紡絲甬道，4-入風(fēng)口，5-出風(fēng)口，6-凝固浴，7-導(dǎo)絲輥，8-熱壓輥，9-縮甲醛處理浴，10-水洗浴，11-干燥輥，12-阻燃維綸纖維。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1
本實(shí)施例一種阻燃維綸纖維，該阻燃維綸纖維的表層為阻燃整理劑與聚乙烯醇縮甲醛的混合物，其中，阻燃整理劑為表面改性無機(jī)阻燃劑。
表面改性無機(jī)阻燃劑的制備步驟如下：稱取油酸10Kg、硬酯酸10Kg、蓖麻油酸鈣15Kg、硬酯酸鈣15Kg、三聚氯氰1Kg、三氧化二銻60Kg并進(jìn)行混合，得到無機(jī)阻燃劑改性液。該所得無機(jī)阻燃劑改性液于超聲波條件下(功率為250W，頻率為40KHz)處理60min后得粘稠膏狀物，將所得粘稠膏狀物經(jīng)干燥、粉碎得中心粒徑為0.01μm的表面改性無機(jī)阻燃劑。
結(jié)合附圖1，本實(shí)施例一種阻燃維綸纖維的制備步驟如下：
1)維綸紡絲原液的準(zhǔn)備：將經(jīng)過水洗后的聚乙烯醇溶于80℃水中，得到維綸紡絲原液1；該維綸紡絲原液1中聚乙烯醇的重量百分比濃度為18％；
2)紡絲：由計(jì)量泵輸出的維綸紡絲原液1經(jīng)噴絲板2噴出后，進(jìn)入紡絲甬道3，攜帶有表面改性無機(jī)阻燃劑的工業(yè)氮?dú)庥扇腼L(fēng)口4進(jìn)入紡絲甬道3，由出風(fēng)口5吹出，由紡絲甬道3而出的維綸紡絲原液1被引入凝固浴6中固化成型，即得聚乙烯醇纖維；在紡絲過程中，工業(yè)氮?dú)庵斜砻娓男詿o機(jī)阻燃劑的濃度為500mg/L，通氣量為0.1m3/min；紡絲甬道3為圓柱形，長(zhǎng)度為25cm，直徑為20cm；入風(fēng)口4頂端低于噴絲板2出絲口水平位置1cm，所述出風(fēng)口5底端高于紡絲甬道3最低端1cm；
3)后處理：聚乙烯醇纖維經(jīng)導(dǎo)絲輥7、熱壓輥8、縮甲醛處理浴9、水洗浴10、干燥輥11，收集得到阻燃維綸纖維12；其中，熱壓輥8的溫度為100℃，壓力為0.5MPa；凝固浴6為濃度420g/L的硫酸鈉；縮甲醛處理浴9包括50g/L甲醛，230g/L硫酸、70g/L硫酸鈉。
根據(jù)GB/T 5454-1997《紡織品燃燒性能試驗(yàn)氧指數(shù)法》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)阻燃維綸纖維進(jìn)行試驗(yàn)氧指數(shù)法的測(cè)試，測(cè)得其氧指數(shù)法為30.7％，表明其阻燃性較好。
實(shí)施例2
本實(shí)施例一種阻燃維綸纖維，該阻燃維綸纖維的表層為阻燃整理劑與聚乙烯醇縮甲醛的混合物，其中，阻燃整理劑為表面改性無機(jī)阻燃劑。
表面改性無機(jī)阻燃劑的制備步驟如下：稱取油酸15Kg、硬酯酸15Kg、蓖麻油酸鈣30Kg、硬酯酸鈣30Kg、三聚氯氰5Kg、氫氧化鎂80Kg并進(jìn)行混合，得到無機(jī)阻燃劑改性液。該所得無機(jī)阻燃劑改性液于超聲波條件下(功率為350W，頻率為40KHz)處理120min后得粘稠膏狀物，將所得粘稠膏狀物經(jīng)干燥、粉碎得中心粒徑為0.1μm的表面改性無機(jī)阻燃劑。
結(jié)合附圖1，本實(shí)施例一種阻燃維綸纖維的制備步驟如下：
1)維綸紡絲原液的準(zhǔn)備：將經(jīng)過水洗后的聚乙烯醇溶于95℃水中，得到維綸紡絲原液1；該維綸紡絲原液1中聚乙烯醇的重量百分比濃度為22％；
2)紡絲：由計(jì)量泵輸出的維綸紡絲原液1經(jīng)噴絲板2噴出后，進(jìn)入紡絲甬道3，攜帶有表面改性無機(jī)阻燃劑的工業(yè)氮?dú)庥扇腼L(fēng)口4進(jìn)入紡絲甬道3，由出風(fēng)口5吹出，由紡絲甬道3而出的維綸紡絲原液1被引入凝固浴6中固化成型，即得聚乙烯醇纖維；在紡絲過程中，工業(yè)氮?dú)庵斜砻娓男詿o機(jī)阻燃劑的濃度為2000mg/L，通氣量為0.3m3/min；紡絲甬道3為圓柱形，長(zhǎng)度為35cm，直徑為40cm；入風(fēng)口4頂端低于噴絲板2出絲口水平位置3cm，所述出風(fēng)口5底端高于紡絲甬道3最低端3cm；
3)后處理：聚乙烯醇纖維經(jīng)導(dǎo)絲輥7、熱壓輥8、縮甲醛處理浴9、水洗浴10、干燥輥11，收集得到阻燃維綸纖維12；其中，熱壓輥8的溫度為120℃，壓力為1MPa；凝固浴6為濃度450g/L的硫酸鈉；縮甲醛處理浴9包括70g/L甲醛，240g/L硫酸、80g/L硫酸鈉。
根據(jù)GB/T 5454-1997《紡織品燃燒性能試驗(yàn)氧指數(shù)法》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)阻燃維綸纖維進(jìn)行試驗(yàn)氧指數(shù)法的測(cè)試，測(cè)得其氧指數(shù)法為33.2％，表明其阻燃性較好。
實(shí)施例3
本實(shí)施例一種阻燃維綸纖維，該阻燃維綸纖維的表層為阻燃整理劑與聚乙烯醇縮甲醛的混合物，其中，阻燃整理劑為表面改性無機(jī)阻燃劑。
表面改性無機(jī)阻燃劑的制備步驟如下：稱取油酸13Kg、硬酯酸12Kg、蓖麻油酸鈣20Kg、硬酯酸鈣25Kg、三聚氯氰3Kg、氫氧化鋁70Kg并進(jìn)行混合，得到無機(jī)阻燃劑改性液。該所得無機(jī)阻燃劑改性液于超聲波條件下(功率為300W，頻率為40KHz)處理90min后得粘稠膏狀物，將所得粘稠膏狀物經(jīng)干燥、粉碎得中心粒徑為0.05μm的表面改性無機(jī)阻燃劑。
結(jié)合附圖1，本實(shí)施例一種阻燃維綸纖維的制備步驟如下：
1)維綸紡絲原液的準(zhǔn)備：將經(jīng)過水洗后的聚乙烯醇溶于90℃水中，得到維綸紡絲原液1；該維綸紡絲原液1中聚乙烯醇的重量百分比濃度為20％；
2)紡絲：由計(jì)量泵輸出的維綸紡絲原液1經(jīng)噴絲板2噴出后，進(jìn)入紡絲甬道3，攜帶有表面改性無機(jī)阻燃劑的工業(yè)氮?dú)庥扇腼L(fēng)口4進(jìn)入紡絲甬道3，由出風(fēng)口5吹出，由紡絲甬道3而出的維綸紡絲原液1被引入凝固浴6中固化成型，即得聚乙烯醇纖維；在紡絲過程中，工業(yè)氮?dú)庵斜砻娓男詿o機(jī)阻燃劑的濃度為1000mg/L，通氣量為0.2m3/min；紡絲甬道3為圓柱形，長(zhǎng)度為30cm，直徑為30cm；入風(fēng)口4頂端低于噴絲板2出絲口水平位置2cm，所述出風(fēng)口5底端高于紡絲甬道3最低端2cm；
3)后處理：聚乙烯醇纖維經(jīng)導(dǎo)絲輥7、熱壓輥8、縮甲醛處理浴9、水洗浴10、干燥輥11，收集得到阻燃維綸纖維12；其中，熱壓輥8的溫度為110℃，壓力為0.8MPa；凝固浴6為濃度430g/L的硫酸鈉；縮甲醛處理浴9包括60g/L甲醛，235g/L硫酸、75g/L硫酸鈉。
根據(jù)GB/T 5454-1997《紡織品燃燒性能試驗(yàn)氧指數(shù)法》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)阻燃維綸纖維進(jìn)行試驗(yàn)氧指數(shù)法的測(cè)試，測(cè)得其氧指數(shù)法為31.9％，表明其阻燃性較好。