專利名稱：一種阻燃粘膠纖維及其制備方法
技術領域：
本發明涉及纖維素粘膠纖維技術領域，尤其涉及一種阻燃粘膠纖維及其制備方法。
背景技術：
國內外阻燃粘膠纖維研究的產品主要有奧地利Ienzing公司的Viscosa FR阻燃粘膠纖維，是在紡前原液中加入含磷、氮阻燃元素的磷酸類阻燃劑；芬蘭的Kemira公司的 Visil纖維；德國Hoechest公司開發的阻燃粘膠纖維的商品名為Danufi L ；日本旭化成公司以一種或一種以上的環狀和直鏈狀化合物作為阻燃劑，按纖維量的10 40襯％添加到粘膠液中，制得具有持久耐洗性的阻燃粘膠纖維，它的吸濕和染色性好，適于與其它纖維混紡制成阻燃紡織品；日本東洋紡的波里諾西克(Polynosic)粘膠纖維，其阻燃劑為有機磷或鹵素有機化合物；日本大和紡的DR；纖維，其阻燃劑為氯化磷酸酯；美國PER Rayon永久性阻燃粘膠纖維，其阻燃劑是有機酯類等等。按粘膠纖維所使用的阻燃劑，主要分為含磷、氮、硫阻燃元素的磷酸類阻燃劑和無機硅類阻燃劑兩大類，但不管使用哪種阻燃劑制備的阻燃粘膠纖維，耐高溫性能均不理想， 且使用前者制備的阻燃粘膠纖維在燃燒時煙氣較大，且阻燃劑成本很高，使用后者制備的阻燃粘膠纖維，由于阻燃劑添加量大，導致織物的耐堿性和紡織加工性能較差，均存在一定的缺點。
發明內容
本發明所要解決的第一個技術問題是針對現有技術存在的不足，提供一種阻燃效果好、耐高溫性能顯著、紡織加工性能好的阻燃粘膠纖維。本發明所要解決的第二個技術問題是針對現有技術存在的不足，提供一種阻燃效果好、耐高溫性能顯著、紡織加工性能好的阻燃粘膠纖維的制備方法。為解決上述第一個技術問題，本發明的技術方案是
一種阻燃粘膠纖維，所述阻燃粘膠纖維主要由聚硅酸、焦膦酸酯、纖維素按下述重量比組成
聚硅酸(以SiO2計)20 55wt%
焦膦酸酯0. 5 10wt%
纖維素40 70wt%。為解決上述第二個技術問題，本發明的技術方案是 一種阻燃粘膠纖維的制備方法，包括以下步驟
(1)分別將偏硅酸鈉、焦膦酸酯溶液加入到黃化結束后的纖維素粘膠溶液中，與纖維素粘膠混合均勻，制備出阻燃紡絲粘膠溶液，以SiO2計，偏硅酸鈉加入量為纖維素粘膠中甲纖的25 60wt%，焦膦酸酯加入量為纖維素粘膠中甲纖的1 15wt%。(2)將所述阻燃紡絲粘膠溶液經含有硫酸、硫酸鋅和硫酸鈉的凝固浴紡絲成型，得到初生纖維。(3)將所述初生纖維進行水洗、脫硫、上油、干燥的后處理步驟，得到阻燃粘膠纖維。其中，所述纖維素粘膠溶液采用纖維素漿粕為原料，經過包括浸漬、壓榨、粉碎、老成、黃化步驟制備得到，分別將偏硅酸鈉、焦膦酸酯溶液加入到黃化結束后的纖維素粘膠溶液中后，再經過濾、熟成、脫泡步驟制備出阻燃紡絲粘膠溶液。作為一種技術方案，所述偏硅酸鈉溶液與所述焦磷酸酯溶液同時加入到黃化結束后的纖維素粘膠溶液中。作為另一種技術方案，所述偏硅酸鈉溶液與所述焦磷酸酯溶液分別加入到黃化結束后的纖維素粘膠溶液中。作為一種優選，所述偏硅酸鈉溶液在黃化結束后與溶解水一同加入到纖維素粘膠溶液中，所述焦磷酸酯溶液加入到黃花結束至紡絲前的纖維素粘膠溶液中。所述的凝固浴的組成為硫酸100 130g/L，硫酸鋅10 50g/L，硫酸鈉300 350g/L，酸浴溫度為45 60°C。其中，在粘膠制備過程中，粘膠的組成可以控制為α -纖維素含量7 10wt%，堿含量(以NaOH計)4 7wt%，粘膠粘度可以控制為30 80s (落球法)。上述技術方案中，偏硅酸鈉、焦膦酸酯溶液與纖維素粘膠的共混可以在幾個不同的環節實施，一是在纖維素粘膠黃化結束后與溶解水一同加入，偏硅酸鈉、焦膦酸酯溶液與粘膠混合均勻后，經過濾、脫泡、熟成等工序，進入紡絲。或者分別在黃花結束后至紡絲前的任一工序分別加入，或者在粘膠紡絲前經注射泵注入，通過靜態、動態或動靜態混合的方式，達到與粘膠混合均勻的目的，與粘膠混合后，立即進入紡絲工序。由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是
1、本發明采用偏硅酸鈉和焦磷酸酯作為復合阻燃劑制備阻燃粘膠纖維，偏硅酸鈉溶液進入含硫酸、硫酸鋅、硫酸鈉的凝固浴后，在硫酸的作用下，聚合成為聚硅酸，纖維素磺酸酯再生為纖維素，焦膦酸酯在纖維素和聚硅酸之間均勻分布，同時再生出來。聚硅酸阻燃纖維素的阻燃機理是在加熱條件下，含聚硅酸的粘膠纖維逐漸失去物理及化學結合水和其它熱解氣體，除這些揮發性氣體外，吸熱的變化也導致熱降。聚硅酸的作用在于阻熱，使纖維免于燃燒，有效的把纖維素隔開并阻止火焰的蔓延。纖維素的脫水是通過在幾個連續的酯化過程的酯化路線來進行的，聚硅酸分子的位阻效應對任何可能的再酯化反應產生影響。纖維素通過硅酸的強烈的脫水作用同時引發焦碳的形成，并在競爭性降解反應中阻礙焦油的生成。同時，纖維素和聚硅酸相結合而導致結構的變化，從而引發氫鍵的再分配，聚硅酸的一個重要作用在于其與纖維素單體單元及水分子的氫鍵結合，阻礙了熱解過程中揮發性物質的逸出及焦炭的形成。隨硅酸含量的增加，纖維素與硅酸間氫鍵增加。這種結合能影響到在隨后的纖維素熱解中的化學轉化過程，降低纖維的可燃性并當火源移去時有自熄的作用。焦膦酸酯類磷系阻燃劑受熱分解生成磷的含氧酸，能催化含羥基化合物脫水成炭，在材料表面生成焦炭層，降低材料的質量損失速度和可燃物的生成量。有機磷系阻燃劑熱解所形成的氣態產物中含有Po ·，可以抑制H ·及· OH的產生，抑制燃燒鏈式反應。本申請人長期致力于阻燃粘膠纖維的研究開發，通過對硅、磷的協同阻燃分析研究表明，含有聚硅酸和焦膦酸酯的阻燃粘膠纖維在受熱過程中，焦膦酸酯分解為粘稠狀聚磷酸，與聚硅酸形成連續、致密的炭層，阻隔了熱、氧的傳遞并減少了可燃性氣體的揮發，燃燒時聚硅酸在凝聚相發揮阻燃作用，有效地延緩熱量、氧氣以及可燃氣體的傳遞。由于硅、磷的協同效應，少量的磷酸類阻燃元素與硅酸協同作用，得到的纖維阻燃效果更好，從而獲得了比單純加入聚硅酸或者焦磷酸酯一種阻燃劑時更好的阻燃效果。本發明制備的阻燃粘膠纖維在 800°C、聚硅酸的加入量(以Si02計)為甲纖的40wt%、焦磷酸酯的不同加入量時的灼燒殘渣含量
權利要求
1. 一種阻燃粘膠纖維，其特征在于所述阻燃粘膠纖維主要由聚硅酸、焦膦酸酯、纖維素按下述重量比組成
2.如權利要求1所述的阻燃粘膠纖維的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)分別將偏硅酸鈉、焦膦酸酯溶液加入到黃化結束后的纖維素粘膠溶液中，與纖維素粘膠混合均勻，制備出阻燃紡絲粘膠溶液，以SiO2計，偏硅酸鈉加入量為纖維素粘膠中甲纖的25 60wt%，焦膦酸酯加入量為纖維素粘膠中甲纖的1 15wt% ；(2)將所述阻燃紡絲粘膠溶液經含有硫酸、硫酸鋅和硫酸鈉的凝固浴紡絲成型，得到初生纖維；(3)將所述初生纖維進行水洗、脫硫、上油、干燥的后處理步驟，得到阻燃粘膠纖維。
3.如權利要求2所述的阻燃粘膠纖維的制備方法，其特征在于所述纖維素粘膠溶液采用纖維素漿粕為原料，經過包括浸漬、壓榨、粉碎、老成、黃化步驟制備得到，分別將偏硅酸鈉、焦膦酸酯溶液加入到黃化結束后的纖維素粘膠溶液中后，再經過濾、熟成、脫泡步驟制備出阻燃紡絲粘膠溶液。
4.如權利要求3所述的阻燃粘膠纖維的制備方法，其特征在于所述偏硅酸鈉溶液與所述焦磷酸酯溶液同時加入到黃化結束后的纖維素粘膠溶液中。
5.如權利要求3所述的阻燃粘膠纖維的制備方法，其特征在于所述偏硅酸鈉溶液與所述焦磷酸酯溶液分別加入到黃化結束后的纖維素粘膠溶液中。
6.如權利要求5所述的阻燃粘膠纖維的制備方法，其特征在于所述偏硅酸鈉溶液在黃化結束后與溶解水一同加入到纖維素粘膠溶液中，所述焦磷酸酯溶液加入到黃花結束至紡絲前的纖維素粘膠溶液中。
7.如權利要求2所述的阻燃粘膠纖維的制備方法，其特征在于所述的凝固浴的組成為硫酸100 130g/L，硫酸鋅10 50g/L，硫酸鈉300 350g/L，酸浴溫度為45 60°C。聚硅酸(以SiO2計) 焦膦酸酯纖維素
全文摘要
本發明公開了一種阻燃粘膠纖維及其制備方法，阻燃粘膠纖維主要由聚硅酸、焦膦酸酯、纖維素按下述重量比組成聚硅酸(以SiO2計)20～55wt%、焦膦酸酯0.5～10wt%、纖維素40～70wt%。包括以下步驟(1)分別將偏硅酸鈉、焦膦酸酯溶液加入到黃化結束后的纖維素粘膠溶液中，與纖維素粘膠混合均勻，制備出阻燃紡絲粘膠溶液。(2)將阻燃紡絲粘膠溶液經含有硫酸、硫酸鋅和硫酸鈉的凝固浴紡絲成型，得到初生纖維。(3)將初生纖維進行水洗、脫硫、上油、干燥的后處理步驟，得到阻燃粘膠纖維。本發明由于硅、磷類阻燃劑的協同作用，大大提高了阻燃纖維的阻燃效果、耐高溫性能和織物的紡織加工性能。
文檔編號D01D5/06GK102505169SQ20111032945
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者劉海洋, 葉榮明, 王可, 趙望春, 遲健, 龔瑋超 申請人:阜寧澳洋科技有限責任公司