一种阻燃纤维素纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种阻燃纤维素纤维的制备方法，包括如下步骤：a)将阻燃剂和纤维素混合后溶解在离子液体水溶液中，制得混合纺丝原液；b)所得混合纺丝原液经过滤、纺丝、凝固、拉伸、水洗、漂白、上油、干燥，即得所述阻燃纤维素纤维；所述的离子液体是由1‑丁基‑3‑甲基咪唑氯盐与联1,4‑二[1‑(3‑甲基咪唑)]丁基二氯盐和联1,4‑二[1‑(3‑甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐混合得到。实验表明：本发明专利技术制得的阻燃纤维素纤维具有优异的机械性能、阻燃性能、稳定性能，制备过程简单，成本低廉，无需使用任何有机溶剂，环境友好无污染，无需特殊设备和苛刻条件，易于实现工业化生产，具有极强的实用价值。

A preparation method of flame retardant cellulose fibers

The invention discloses a preparation method of flame retardant cellulose fibers, which comprises the following steps: a) mixing flame retardant and cellulose into ionic liquid aqueous solution to prepare mixed spinning stock solution; b) after filtering, spinning, coagulation, drawing, washing, bleaching, oiling and drying, the obtained mixed spinning stock solution obtains the flame retardant cellulose fiber; and the ionic liquid is composed of 1. Butyl 3 methylimidazole chloride salt was mixed with 1,4 bis [1 (3 methylimidazole)] butyl dichloride and 1,4 bis [1 (3 methylimidazole)] butyl perchlorate. The experimental results show that the flame retardant cellulose fibers prepared by the method have excellent mechanical properties, flame retardant properties and stability, simple preparation process, low cost, no need to use any organic solvents, environmentally friendly and pollution-free, no need for special equipment and harsh conditions, easy to realize industrial production, and have very strong practical value.

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃纤维素纤维的制备方法
本专利技术涉及一种阻燃纤维素纤维的制备方法，属于功能纤维素纤维

技术介绍
纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50％以上，是自然界最丰富的天然有机物之一。纤维素主要来源于植物，例如棉花、木材、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮等，其中棉花的纤维素含量接近100％，为天然的最纯纤维素来源，而一般木材中，纤维素占40～50％，还有10～30％的半纤维素和20～30％的木质素。作为一种可降解的绿色生物材料，天然纤维以其质轻、可降解、价廉、高模量、高强度等优越的性能，逐渐发挥越来越重要的作用。因此，从植物中获取天然纤维素溶解后制成再生纤维，实现纤维素的再生和功能化，是有效利用纤维素的一条重要途径。阻燃纤维是指在火焰中仅阴燃，本身不发生火焰，离开火焰，阴燃自行熄灭的纤维，目前已广泛应用于服装、家居、装饰、无纺织物及填充物等领域。虽然纤维素纤维的使用和开发已经是目前的研究热点，但是作为天然纤维，其可燃和易燃性极大的限制了应用，因此阻燃纤维素纤维的开发是有效提高纤维素纤维应用的一条重要途径。传统的阻燃纤维的制备主要是对纤维进行阻燃改性处理，其改性处理主要包括纺丝后改性和纺丝前改性。纺丝后改性是指纤维成丝后将阻燃单体与初生纤维接枝共聚形成阻燃纤维，或，用含有阻燃剂的处理初生纤维使阻燃剂渗入到纤维内部使其获得阻燃性能。例如：CN201410632921.X中先将马来酸酐接枝到纤维素纤维大分子链上，然后将马来酸酐接枝的纤维素纤维用金属离子化合物进行改性，制得阻燃纤维素纤维；CN201410190152.2中将纤维素纤维浸泡在含聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的络合物的溶液中，制得聚乙烯亚胺和聚磷酸铵的络合物阻燃的纤维素纤维；CN201711306962.X中采用含有阻燃剂的整理液对纤维素纤维进行浸轧处理，制得阻燃纤维素纤维；CN201711302531.6中将再生纤维素纤维浸入含阻燃剂的整理液中进行阻燃处理，制得阻燃再生纤维素纤维。这种方法制备的阻燃纤维虽然具有一定的阻燃功能，但是阻燃纤维中阻燃成分的牢固度较低，经过若干次水洗后，即基本不具阻燃功能。纺丝前改性包括共聚法和共混法，前者是指在纤维成丝前，在成纤聚合物的合成过程中，把含有磷、硫、卤素等阻燃元素的化合物作为共聚单体引入到大分子链中，经纺丝制成阻燃纤维；后者是指在纤维成丝前，将阻燃剂加入纺丝熔体或浆液中共混后进行纺丝，制成阻燃纤维。由于共聚法本身存在严重的局限性，并且已经工业的共聚方法仅有腈氯纶，且其中高含量的氯元素在燃烧过程中会产生大量有毒气体而受到限制，因此目前的纺丝前改性主要采用的是共混法。例如：CN200910072999.X中将海藻酸盐添加入纤维素溶液中，混合后纺丝，制得阻燃纤维；CN201410639572.4中将复合阻燃剂浆料加入再生纤维素纤维纺丝母液中，混合后纺丝，制得阻燃再生纤维素纤维；CN201410186603.5中将纤维素与阻燃高分子混合后溶解制备成高浓度的纺丝液进行纺丝，制得阻燃纤维；CN201710536062.8中将纤维素溶液与有机硅氮复合阻燃剂混合后纺丝，制得阻燃纤维。这种方法制备的阻燃纤维相较于传统的纺丝后改性而言，其牢固度有所提升，但是该制备方法往往因阻燃剂添加量大而影响纺丝以及纤维的力学性能和纺纱织造及使用性能。另外，纤维素由于自身聚集态结构的特点，即分子内、分子间均存在大量的氢键，同时又具有较高的结晶度，使得纤维素在常规的溶剂(如水和大多数有机溶剂等)中难以溶解；目前使用的阻燃剂通常是添加型阻燃剂，主要有机阻燃剂和无机阻燃剂，有机阻燃剂主要是以溴系、磷氮系、氮系和红磷及化合物为代表的一些阻燃剂，无机阻燃剂主要是三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝，硅系等阻燃体系，因此，目前大多数常用的阻燃剂通常具有疏水性，不易溶于水，这就导致纤维素和阻燃剂很难直接溶解在常规的溶剂中，因此目前阻燃纤维的制备，通常是先将纤维素溶解，制成纤维素溶液，然后将阻燃剂或阻燃剂悬浮液加入到纤维素溶液中，制备成纺丝液进行纺丝；或，将纤维素阻燃剂混合后溶解制成纺丝液进行纺丝，纺丝方法包括湿法纺丝、干法纺丝、静电纺丝等。由于纤维素和阻燃剂自身的特性，导致目前制备阻燃纤维的过程中，通常会使用到强碱、N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂(DMAc/LiCl)、N,N-二甲基甲酰胺/四氧化二氮(DMF/N2O4)、N-甲基-N-氧吗啉(NMMO)，二甲基亚砜/四丁基氟化铵(DMSO/TBAF)、熔盐水合物(如LiClO4·3H2O、LiSCN·2H2O)及污染性有机溶剂等溶剂体系，例如：CN200910072999.X中使用强碱(氢氧化钠)溶解纤维素浆粕；CN201410186603.5中使用4-甲基吗啉-N-氧化物50％水溶液、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜等溶解纤维素；由此可见，上述阻燃纤维的制备方法中使用的溶剂体系均存在毒性强、成本高、溶剂难以回收利用和使用过程中不稳定等缺点，不适于工业化生产。离子液体是一种在室温或近室温下液态存在的盐，它兼具液体的流动性和盐类的化学活性，并具有许多独特的性质，如结构可设计、液程范围宽、接近于零的蒸汽压、不可燃、具有高的热稳定性和化学稳定性等。离子液体目前在分离过程、催化、有机合成、电化学等方面研究已取得许多进展，并被认为是一种绿色合成和清洁生产中具有广阔应用前景的新型环境友好的绿色介质。研究发现，离子液体可以直接溶解纤维素，中国专利CN200610078784.5、CN200680012598.X、CN200710085298.0、CN201310158819.6等专利中都分别公开了离子液体溶解纤维素的方法，目前也有利用离子液体溶解纤维素和其它功能性物质制备功能性复合纤维的相关报道，例如中国专利CN200510077288.3公开了以离子液体为溶剂混合溶解动物毛和纤维素原料制备生物蛋白毛纤的方法；中国专利CN201510313099.5公开了以离子液体为溶剂溶解角蛋白和纤维素制备角蛋白复合纤维的方法；中国专利CN201410186603.5公开了以离子液体为溶剂溶解纤维素和阻燃性高分子制备阻燃纤维的方法。但是，目前功能性纤维的制备过程中使用离子液体(烷基季铵盐、烷基咪唑盐、烷基吡咯盐等)溶解纤维素和功能性物质时，均采用纯的离子液体溶解，使得制得的纺丝原液粘度较大，可纺性较差，在后续纺丝工序中对于喷丝板的耐压性和牵伸都有很大的影响，不利于后续纺丝；此外，离子液体在溶解纤维素时，溶解时间较长，通常在2～48小时，甚至高达120小时；并且溶解温度较高，通常在100℃左右，甚至高达150℃，能耗较高；正是如此，造成目前利用离子液体制备功能性纤维依旧处于实验室阶段，还无法实现产业化规模，严重限制了功能性纤维(包括阻燃纤维)的应用和发展。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种阻燃纤维素纤维的制备方法，以促进阻燃纤维的工业化生产。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种阻燃纤维素纤维的制备方法，包括如下步骤：a)将阻燃剂和纤维素混合后溶解在离子液体水溶液中，制得混合纺丝原液；b)所得混合纺丝原液经过滤、纺丝、凝固、拉伸、水洗、漂白、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻燃纤维素纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)将阻燃剂和纤维素混合后溶解在离子液体水溶液中，制得混合纺丝原液；b)所得混合纺丝原液经过滤、纺丝、凝固、拉伸、水洗、漂白、上油、干燥，即得所述阻燃纤维素纤维；其中，所用的离子液体是由以下组分：1‑丁基‑3‑甲基咪唑氯盐                    100质量份；联1,4‑二[1‑(3‑甲基咪唑)]丁基二氯盐       20～25质量份；联1,4‑二[1‑(3‑甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐   20～25质量份；混合得到；其中：联1,4‑二[1‑(3‑甲基咪唑)]丁基二氯盐的化学结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种阻燃纤维素纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a)将阻燃剂和纤维素混合后溶解在离子液体水溶液中，制得混合纺丝原液；b)所得混合纺丝原液经过滤、纺丝、凝固、拉伸、水洗、漂白、上油、干燥，即得所述阻燃纤维素纤维；其中，所用的离子液体是由以下组分：1-丁基-3-甲基咪唑氯盐100质量份；联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐20～25质量份；联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐20～25质量份；混合得到；其中：联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐的化学结构式为：联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐的化学结构式为：2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述离子液体水溶液的质量分数为45～95％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤a)中的溶解温度为50～110℃，溶解时间为10～55分钟。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子液体的制备包括如下步骤：先使1-丁基-3-甲基咪唑氯盐与联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐和联1,4-二[1-(3-...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞啸华，郭建雄，
申请(专利权)人：龙丝上海新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31