阻燃聚合物纤维及其制备方法技术

本发明专利技术属于阻燃纤维的制备领域，公开了一种阻燃聚合物纤维，制成它的有效成分的原料包括烷基次膦酸金属盐、聚合物树脂和二氧化锗；本发明专利技术还公开了上述阻燃聚合物纤维的制备方法，是取所有原料熔融共混造粒后，再经熔融纺丝后即得。本发明专利技术的阻燃聚合物纤维燃烧时，在酯键处与阻燃剂形成结合点，使聚酯分子断裂，不再分解成小分子燃烧，而是直接还原成碳，表面燃烧后会快速成致密的碳层，阻止纤维继续燃烧，解决了现有技术方案中含有磷系阻燃剂的阻燃聚酯促进成碳效果差的问题。本发明专利技术所提供的阻燃聚合物纤维用于生产纺织品及纤维制品。

Flame retardant polymer fiber and its preparation

【技术实现步骤摘要】
阻燃聚合物纤维及其制备方法
本专利技术属于阻燃纤维的制备领域，涉及一种阻燃纤维，具体地说是一种阻燃聚合物纤维及其制备方法。
技术介绍
聚合物纤维具有如抗蠕变、尺寸稳定、耐摩擦、强度高、抗皱免烫、不粘毛等优良的特质，且其生产成本低、生产技术要求低，因此被广泛应用于各行各业。极限氧值指的是在氧气和氮气混合气体中，当刚能支撑织物燃烧时氧气的体积分数浓度。极限氧值的高低是评价织物材料可燃性能的重要参考指标之一。聚酯纤维的极限氧指数约为20-22％，其易燃性限制了聚合物纤维应用范围。未加阻燃剂的聚酯燃烧时，分子链中酯键受热断裂，生成可燃的小分子，释放大量的热和烟雾，无法起到阻燃作用。而现有的含有阻燃剂的聚合物纤维大多含有卤素阻燃剂或磷系阻燃剂，例如四溴双酚A、六溴环十六烷、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物等；含有卤素的阻燃聚酯在燃烧过程中会释放出有毒、有腐蚀性的卤化氢气体和炭粒烟雾，对人身安全造成二次伤害；含有磷系阻燃剂的阻燃聚酯在燃烧过程中，其具有所含阻燃剂利用率低、促进成碳效果不明显等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种阻燃聚合物纤维，以解决现有技术方案中含有磷系阻燃剂的阻燃聚酯促进成碳效果差的问题；本专利技术的另一个目的是要提供上述阻燃聚合物纤维的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种阻燃聚合物纤维，制成它的有效成分的原料以重量份数计，包括：10-30份烷基次膦酸金属盐、70-88份聚合物树脂、1-5份二氧化锗。作为一种限定，所述烷基次膦酸金属盐为二乙基次膦酸铝和/或二乙基次膦酸锌；所述聚合物树脂为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙交酯、聚羟基脂肪酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酰胺、聚己二酰己二胺或聚己二酰戊二胺。作为第二种限定，二氧化锗的粒径为50-100nm。作为第三种限定，所述阻燃聚合物纤维的极限氧指数≥31vol％、UL94阻燃等级达到V0级。本专利技术还提供了上述阻燃聚合物纤维的一种制备方法，是所述原料熔融共混造粒后，再经熔融纺丝，即得所述阻燃聚合物纤维。作为一种限定，所述烷基次膦酸金属盐是经80-90℃真空干燥10-14h制得；所述聚合物树脂是经85-95℃烘干1.5-3h、105-115℃烘干1.5-3h、125-135℃烘干1.5-3h、155-165℃烘干1.5-3h连续四个区段进行烘干后制得。作为进一步限定，所述烷基次膦酸金属盐的水分含量≤0.3％；所述聚合物树脂的水分含量≤50ppm。作为第二种限定，所述熔融共混造粒是依次使用双螺杆挤出机制备母粒；所述母粒在纺丝前还需进行干燥处理；所述熔融纺丝是将母粒投入纺丝机中进行纺丝。作为进一步限定，所述双螺杆挤出机的十二个区段的温度依次为250-260℃、270-280℃、280-290℃、280-290℃、280-290℃、280-290℃、280-290℃、280-290℃、280-290℃、280-290℃、280-290℃、280-290℃，机头温度为280-290℃，螺杆转速为280-320Hz，主喂料频率为15-25Hz；所述双螺杆挤出机内部切粒机的转速为300-320r/min；所述纺丝机的四个升温区段温度依次为255-265℃、270-280℃、280-290℃、280-290℃，接管温度为280-290℃，箱体温度为280-290℃，机头温度为280-290℃，计量泵流量为20-25cc/min，两对导丝辊转速分别为550-650m/min，导盘转速为580-600m/min，辊筒转速为590-610m/min。作为第三种限定，对制得的所述阻燃聚合物纤维经牵伸机进行牵伸；牵伸工艺的参数包括：进样辊的转速为18-21m/min，牵伸辊的转速为19-22m/min、温度为75-80℃，定型辊转速为78-82m/min、温度为125-135℃，冷辊的转速为79-83m/min，收丝辊的转速为79.5-83.5m/min，牵伸倍数为3-5倍。由于采用了上述技术方案，本专利技术与现有技术相比，所取得的技术进步在于：本专利技术的阻燃聚合物纤维燃烧时，在酯键处与阻燃剂形成结合点，使聚酯分子断裂，不再分解成小分子燃烧，而是直接还原成碳，表面燃烧后会快速成致密的碳层，阻止纤维继续燃烧，且能够在火源中收缩成碳，无熔滴，离开火源可自行熄灭。阻燃协同剂二氧化锗能够促进上述作用，形成更加均匀，牢固的碳层；本专利技术的阻燃聚合物纤维是利用亚金属氧化物和烷基次膦酸金属盐的对聚合物分解产物的协效反应作用，燃烧时产生可以有效支撑残碳的强度纳米陶瓷微球，该强度纳米陶瓷微球能够阻隔热量传递和氧气流通，使阻燃聚合物纤维的极限氧指数≥3vol％，UL94阻燃等级达到V0级。本专利技术的阻燃聚合物纤维适用于生产布料服饰、装饰用品、国防军工织物等纺织品以及其它纤维制品。附图说明图1是本专利技术实施例1中制备的阻燃聚合物纤维与纯PET和阻燃剂与PET混合物的极限氧指数(LOI)对比图；图2是本专利技术实施例1中制备的阻燃聚合物纤维与纯PET燃烧后的残碳形貌对比图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，应当理解所描述的实施例仅用于解释本专利技术，并不限定本专利技术。实施例1一种阻燃聚合物纤维及其制备方法1)备料称取以重量比10：88：2的二乙基次磷酸锌、聚对苯二甲酸乙二醇酯、100nm的二氧化锗备用。将二乙基次磷酸锌于85℃真空干燥12h，去除水分，干燥后，其水分含量≤0.3％；将聚对苯二甲酸乙二醇酯置于圆形筛斗中，放入鼓风风箱中间位置进行烘干去除水分，烘干过程总共分为四个区段，包括：一区段是90℃下烘干2h，二区段是110℃下烘干2h，三区段是130℃下烘干2h，四区段是160℃下烘干4h，烘干结束后，其水分含量≤50ppm。2)造粒将干燥好的二乙基次磷酸锌、聚对苯二甲酸乙二醇酯和二氧化锗加入双螺杆挤出机，制得母粒，其中，双螺杆挤出机的12个功能区段的温度分别为：一区温度255℃、二区温度275℃、三区温度285℃、四区温度285℃、五区温度285℃、六区温度285℃、七区温度285℃、八区温度285℃、九区温度285℃、十区温度285℃、十一区温度285℃、十二区温度285℃，双螺杆挤出机的机头温度为285℃、螺杆转速为300Hz、主喂料频率为20Hz，其内部切粒机的转速为310r/min。3)母粒干燥取母粒放入转鼓真空烘箱进行干燥处理，真空状态下，烘箱温度自室温开始升温，3h内缓慢升至90℃，保持90℃烘干15h，再在4h内自90℃缓慢升温至135℃，保持135℃烘干15h，最后在6h内降温至60℃，转鼓真空烘箱的转速为20r/min。4)纺丝取干燥后的母粒投入多功能纳米复合纺丝机进行纺丝后，冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻燃聚合物纤维，其特征在于，制成它的有效成分的原料以重量份数计，包括：10-30份烷基次膦酸金属盐、70-88份聚合物树脂、1-5份二氧化锗。/n

【技术特征摘要】
1.一种阻燃聚合物纤维，其特征在于，制成它的有效成分的原料以重量份数计，包括：10-30份烷基次膦酸金属盐、70-88份聚合物树脂、1-5份二氧化锗。


2.根据权利要求1所述的阻燃聚合物纤维，其特征在于，
所述烷基次膦酸金属盐为二乙基次膦酸铝和/或二乙基次膦酸锌；
所述聚合物树脂为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙交酯、聚羟基脂肪酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酰胺、聚己二酰己二胺或聚己二酰戊二胺。


3.根据权利要求1所述的阻燃聚合物纤维，其特征在于，二氧化锗的粒径为50-100nm。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的阻燃聚合物纤维，其特征在于，所述阻燃聚合物纤维的极限氧指数≥31vol%、UL94阻燃等级达到V0级。


5.权利要求1-4中任一项所述的阻燃聚合物纤维的一种制备方法，其特征在于，是所述原料熔融共混造粒，再经熔融纺丝，即得所述阻燃聚合物纤维。


6.根据权利要求5所述的阻燃聚合物纤维的制备方法，其特征在于，
所述烷基次膦酸金属盐是经80-90℃真空干燥10-14h制得；
所述聚合物树脂是经85-95℃烘干1.5-3h、105-115℃烘干1.5-3h、125-135℃烘干1.5-3h、155-165℃烘干1.5-3h连续四个区段进行烘干后制得。


7.根据权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱美芳，翟功勋，周家良，俞森龙，相恒学，侯恺，周哲，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31