一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维及其制备方法。该海藻酸钠阻燃纤维通过水溶性负载金属离子的海藻酸钠杂化材料溶于水制备纺丝原液经湿法纺丝工艺制得；所述水溶性负载金属离子的海藻酸钠杂化材料由海藻酸钠、稳定剂分子和具有阻燃效果的金属离子组成。采用本发明专利技术方法生产出的纤维具有阻燃和断裂强度高的特点。该纤维极限氧指数可以达到34％以上，纤维的拉伸强度大于3.5cN/tex，线密度为2.2～3.5dtex。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维及其制备方法，特别涉及一种采用负载金属离子的海藻酸钠杂化材料作为纺丝原料，通过湿法纺丝方法制备的海藻酸钠阻燃纤维材料。
技术介绍
在工作服装、消防员服装、布料体制、制度内饰、体制和商业地毯、运输、军事服装和床上用品等方面，纺织品阻燃性能要求都比较高。对纤维和纺织品的阻燃性能的研究也一直受到人们的关注。然而环保法规限制了某些卤系阻燃材料的选用，同时对废弃阻燃材料制品的回收再利用更是刻不容缓。今后使用的阻燃材料，必须同时满足这两方面的要求。目前对阻燃材料的环保要求已是势在必行。与此同时，更加严格的阻燃法规还要求采用一些热稳定性高、释热速率低、生烟量小和低毒的高效阻燃材料。目前发现以植物为主的生物质资源—天然纤维素及以海洋生物为主的生物质资源—海藻酸，具有储量丰富、可再生且无二次污染等优点，是人类未来理想的生物资源。而且以海洋生物为主的生物质资源—海藻酸以其优异的阻燃性能，受到了越来越多的关注。而目前传统的原液纺丝法是在纺丝时将纳米金属置于纺丝液中，制成阻燃织物，该法的最大优点在于纳米金属可均匀分散在纤维内部，耐久性好，并因溶出量少而使用安全。但是纳米金属表面能很大，易于聚集，纺丝过程中容易堵塞喷丝孔，连续生产比较困难。另外，直接加入金属材料往往会存在在纤维内部不稳定的问题，影响阻燃纤维的使用。因此解决金属纳米颗粒在海藻酸钠纤维基体中的分散性和稳定性是亟待解决的问题。r>
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有海藻酸钠阻燃纤维中，金属纳米颗粒分散性差和稳定性差的问题，提供一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维及其制备方法。本专利技术采用水溶性负载金属离子的海藻酸钠杂化材料作为制备阻燃纤维的原料，该杂化材料具有良好的水溶性，即该杂化材料能稳定的分散在水中，其水溶液是没有明显的颗粒物悬浮或沉淀的透明体系。在该杂化材料的制备过程中，通过调节体系的pH值，形成金属离子与海藻酸钠和稳定剂分子之间的离子键和配位键键合，金属离子会一直以离子态形式负载在载体海藻酸钠类物质上，并分散在水溶液中，而不添加稳定剂分子类物质稳定剂时水溶液中的金属离子易被还原。最后采用湿法纺丝工艺将该杂化材料原料制备成海藻酸钠阻燃纤维，使得本专利技术制备的负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维具有本质阻燃、断裂强度高和生物可降解等优点。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：本专利技术的一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维，其通过水溶性负载金属离子的海藻酸钠杂化材料溶于水制备纺丝原液经湿法纺丝工艺制得；所述水溶性负载金属离子的海藻酸钠杂化材料由海藻酸钠、稳定剂分子和具有阻燃效果的金属离子组成；所述水溶性负载金属离子的海藻酸钠杂化材料中，海藻酸钠的羧基、稳定剂分子的氨基和具有阻燃效果的金属离子间通过离子键和配位键键接；所述海藻酸钠和所述稳定剂分子中，羧基含量、氨基含量和羟基含量之和大于等于所述海藻酸钠和所述稳定剂分子的摩尔量之和的160％；海藻酸钠、稳定剂分子络合物中的羧基、氨基和羟基亲水性基团是保证复合络合物水溶性的主要因素，160％这个数值是保证复合络合物能够有水溶性的最低数值；所述通过离子键和配位键键接的羧基和所述通过离子键和配位键键接的氨基含量之和大于等于所述海藻酸钠和所述稳定剂分子中羧基和氨基摩尔量之和的30％；所述海藻酸钠的相对分子量≥10000；所述稳定剂分子的相对分子量≤5000，为链长小于6个碳的烷基链胺、聚醚胺D230、聚醚胺D400、聚醚胺D2000、聚醚胺D4000、聚醚胺T403、聚醚胺T3000、聚醚胺T5000、脂肪胺聚氧乙烯醚AC-1810、脂肪胺聚氧乙烯醚AC-1812、脂肪胺聚氧乙烯醚AC-1815、脂肪胺聚氧乙烯醚AC-1205、脂肪胺聚氧乙烯醚AC-1210和脂肪胺聚氧乙烯醚AC-1215中的一种；所述链长小于6个碳的烷基链胺为正丙胺、正丁胺、正戊胺或正己胺；所述水溶性负载金属离子的海藻酸钠杂化材料的结构通式为：其中，分子链重复单元个数n>0；其中，R为以下官能团中的一种：阳离子基团、阴离子基团或极性非离子基团；所述阳离子基团为叔铵基或季铵基；所述阴离子基团为羧酸基；所述极性非离子基团为羟基、醚基、氨基、酰胺基、巯基或卤基；Mx+为具有阻燃效果的金属离子，价态x的值为1～3，为：Ag+、Fe2+、Fe3+、Zn2+或Cu2+。结构通式示意图中稳定的三角形键合形式形成的机理如下：海藻酸钠和稳定剂分子中的-COO-和-NH3+因为正负电荷的吸引，产生静电引力，即形成离子键；-COO-中的羟基氧上有孤对电子，因此孤对电子进入金属离子的空轨道与金属离子发生共价配位结合，形成配位键；-NH3+中的N原子也存在孤对电子，同样能够提供孤对电子与金属离子形成配位键结合。因此形成了结构通式示意图中的稳定的三角形键合形式。在此过程中，反应体系的pH值对体系中-COO-、-NH3+和Mx+键合结构的形成有很大的影响。海藻酸钠中的-NH2在pH值<7的情况下，能与溶液中过量的H质子结合形成-NH3+；随着pH值的升高，至中性或碱性条件下，溶液中游离的H质子减少，不能再形成-NH3+的结构。对于海藻酸钠和稳定剂分子中的-COOH而言，在强酸条件pH值<2时，-COOH的离解受到抑制，体系中-COO-的含量较少，因此对金属离子的络合能力大大减弱；随着pH值增大，与金属离子的络合能力逐渐增大，当溶液pH值达到5～7时，-COO-与金属离子结合程度趋于最大；但是当体系的pH值再提高时，又会破坏-NH3+的结构，从而破坏使体系稳定的三角结构关系。因此，为了形成稳定的如示意图中所示的稳定的三角形键合形式，所以必须有效的调控体系的pH值，并保证pH值的范围为4～6。作为优选的技术方案：如上所述的一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维，所述稳定剂分子还包含羟基或羧基。如上所述的一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维，所述羧基位于分子主链或支链；所述氨基位于分子主链或支链。如上所述的一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维，所述稳定剂分子主链还包括有机物中常见的元素O、N或S。如上所述的一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维，所述水溶性负载金属离子的海藻酸钠杂化材料中具有阻燃效果的金属离子的负载量为10～825mg/g；所述负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维极限氧指数达到34％以上，纤维的拉伸强度大于3.5cN/tex，线密度为2.2～3.5dtex。本专利技术还提供了一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维的制备方法，将海本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维，其特征是：通过水溶性负载金属离子的海藻酸钠杂化材料溶于水制备纺丝原液经湿法纺丝工艺制得；所述水溶性负载金属离子的海藻酸钠杂化材料由海藻酸钠、稳定剂分子和具有阻燃效果的金属离子组成；所述水溶性负载金属离子的海藻酸钠杂化材料中，海藻酸钠的羧基、稳定剂分子的氨基和具有阻燃效果的金属离子间通过离子键和配位键键接；所述海藻酸钠和所述稳定剂分子中，羧基含量、氨基含量和羟基含量之和大于等于所述海藻酸钠和所述稳定剂分子的摩尔量之和的160％；所述通过离子键和配位键键接的羧基和所述通过离子键和配位键键接的氨基含量之和大于等于所述海藻酸钠和所述稳定剂分子中羧基和氨基摩尔量之和的30％；所述海藻酸钠的相对分子量≥10000；所述稳定剂分子的相对分子量≤5000，为链长小于6个碳的烷基链胺、聚醚胺D230、聚醚胺D400、聚醚胺D2000、聚醚胺D4000、聚醚胺T403、聚醚胺T3000、聚醚胺T5000、脂肪胺聚氧乙烯醚AC‑1810、脂肪胺聚氧乙烯醚AC‑1812、脂肪胺聚氧乙烯醚AC‑1815、脂肪胺聚氧乙烯醚AC‑1205、脂肪胺聚氧乙烯醚AC‑1210和脂肪胺聚氧乙烯醚AC‑1215中的一种；所述链长小于6个碳的烷基链胺为正丙胺、正丁胺、正戊胺或正己胺；所述水溶性负载金属离子的海藻酸钠杂化材料的结构通式为：其中，分子链重复单元个数n>0；其中，R为以下官能团中的一种：阳离子基团、阴离子基团或极性非离子基团；所述阳离子基团为叔铵基或季铵基；所述阴离子基团为羧酸基；所述极性非离子基团为羟基、醚基、氨基、酰胺基、巯基或卤基；Mx+为具有阻燃效果的金属离子，价态x的值为1～3，为：Ag+、Fe2+、Fe3+、Zn2+或Cu2+。...

【技术特征摘要】
1.一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维，其特征是：通过水溶性负载金属离子的海藻酸钠
杂化材料溶于水制备纺丝原液经湿法纺丝工艺制得；所述水溶性负载金属离子的海藻酸钠
杂化材料由海藻酸钠、稳定剂分子和具有阻燃效果的金属离子组成；所述水溶性负载金属
离子的海藻酸钠杂化材料中，海藻酸钠的羧基、稳定剂分子的氨基和具有阻燃效果的金属
离子间通过离子键和配位键键接；
所述海藻酸钠和所述稳定剂分子中，羧基含量、氨基含量和羟基含量之和大于等于所
述海藻酸钠和所述稳定剂分子的摩尔量之和的160％；
所述通过离子键和配位键键接的羧基和所述通过离子键和配位键键接的氨基含量之
和大于等于所述海藻酸钠和所述稳定剂分子中羧基和氨基摩尔量之和的30％；
所述海藻酸钠的相对分子量≥10000；
所述稳定剂分子的相对分子量≤5000，为链长小于6个碳的烷基链胺、聚醚胺D230、
聚醚胺D400、聚醚胺D2000、聚醚胺D4000、聚醚胺T403、聚醚胺T3000、聚醚胺T5000、
脂肪胺聚氧乙烯醚AC-1810、脂肪胺聚氧乙烯醚AC-1812、脂肪胺聚氧乙烯醚AC-1815、
脂肪胺聚氧乙烯醚AC-1205、脂肪胺聚氧乙烯醚AC-1210和脂肪胺聚氧乙烯醚AC-1215
中的一种；所述链长小于6个碳的烷基链胺为正丙胺、正丁胺、正戊胺或正己胺；
所述水溶性负载金属离子的海藻酸钠杂化材料的结构通式为：
其中，分子链重复单元个数n>0；
其中，R为以下官能团中的一种：阳离子基团、阴离子基团或极性非离子基团；所述
阳离子基团为叔铵基或季铵基；所述阴离子基团为羧酸基；所述极性非离子基团为羟基、
醚基、氨基、酰胺基、巯基或卤基；
Mx+为具有阻燃效果的金属离子，价态x的值为1～3，为：Ag+、Fe2+、Fe3+、Zn2+或

\tCu2+。
2.根据权利要求1所述的一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维，其特征在于，所述稳定剂
分子还包含羟基或羧基。
3.根据权利要求1所述的一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维，其特征在于，所述羧基位
于分子主链或支链；所述氨基位于分子主链或支链。
4.根据权利要求1所述的一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维，其特征在于，所述稳定剂
分子主链还包括元素O、N或S。
5.根据权利要求1所述的一种负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维，其特征在于，所述水溶性
负载金属离子的海藻酸钠杂化材料中具有阻燃效果的金属离子的负载量为10～825mg/g；
所述负载金属离子的海藻酸钠阻燃纤维极限氧指数达到34％以上，纤维的拉伸强度大于
3.5cN/tex，线密度为2.2～3.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宾，纪晓寰，朱美芳，王斌，肖露露，周伊，李浩洋，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31