一种膨胀型阻燃剂及其制备方法和应用、阻燃聚丙烯腈纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种膨胀型阻燃剂及其制备方法和应用、阻燃聚丙烯腈纤维及其制备方法，属于阻燃纤维技术领域。本发明专利技术采用生物质成炭剂经过酰化改性和掺氮构建含磷、氮等阻燃成分的无卤膨胀型阻燃剂。该无卤膨胀型阻燃剂能够发挥酸源、碳源及气源的协同阻燃作用，阻燃效率高。本发明专利技术采用溶液共混的方式将所制备的膨胀型阻燃剂与聚丙烯腈纺丝液共混纺丝制备阻燃聚丙烯腈纤维，充分发挥膨胀型阻燃剂高效阻燃的特性，因而能够在添加量小的前提下即可赋予聚丙烯腈纤维良好的阻燃性能，同时保留原有聚丙烯腈的优良力学性能。聚丙烯腈的优良力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种膨胀型阻燃剂及其制备方法和应用、阻燃聚丙烯腈纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及阻燃纤维
，尤其涉及一种膨胀型阻燃剂及其制备方法和应用、阻燃聚丙烯腈纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚丙烯腈纤维具有良好的保暖性、耐候性和良好的染色性等优点，而被赋予“人造羊毛”的美誉。然而，该纤维极易燃烧而引发火灾，造成人类生命财产损失，因此，有必要开发阻燃聚丙烯腈纤维。
[0003]目前，国内外针对聚丙烯腈纤维的阻燃改性主要采用共聚法、共混法、化学改性法、热氧化法和后整理法等。然而，时至今日，仅有共聚法实现了阻燃聚丙烯腈纤维的产业化，且该方法是将丙烯腈与氯乙烯或偏氯乙烯共聚成丙烯腈共聚物后通过湿法纺丝得到阻燃聚丙烯腈纤维，即腈氯纶。该纤维虽然阻燃性能优异，但是其存在的致命缺陷是燃烧时会释放出氯化氢等腐蚀性有害气体，烟雾较大，一旦发生火灾将会产生更大危害。因此，随着各国对无卤阻燃聚丙烯腈纤维要求的不断提高，以及人们对安全意识的不断增强，对聚丙烯腈纤维的无卤阻燃要求越来越高，使得腈氯纶的应用受到极大限制。
[0004]为了制备无卤阻燃聚丙烯腈纤维，现有技术通常采用表面处理或共混改性对纤维进行阻燃改性。比如，表面处理方法中，采用水合肼直接处理聚丙烯腈纤维的方法制备无卤阻燃聚丙烯腈纤维，或者采用胺类物质以及碱处理并螯合金属离子的方式制备无卤阻燃聚丙烯腈纤维。但是表面改性处理过程中会导致纤维强度严重下降。共混改性是阻燃剂直接添加至聚丙烯腈纺丝液中进而纺织成纤维，然而由于传统的共混型阻燃剂的添加量较大或者阻燃剂与纤维基体的相容性较差，同样会导致纤维力学性能下降的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种膨胀型阻燃剂及其制备方法和应用、阻燃聚丙烯腈纤维及其制备方法，所制备的膨胀型阻燃剂属于无卤阻燃剂，能够实现聚丙烯腈纤维的优异阻燃性能和较高的强度。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种膨胀型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将生物质成炭剂、磷酰化试剂和第一极性溶剂混合，进行磷酰化反应，得到含磷生物质；
[0009]将所述含磷生物质、含氮物质和第二极性溶剂混合，进行取代反应，得到膨胀型阻燃剂。
[0010]优选的，所述生物质成炭剂包括海藻酸、海藻酸盐、纤维素、半纤维素、木质素、单宁、环糊精、淀粉和壳聚糖中的一种或几种。
[0011]优选的，所述磷酰化试剂包括苯基膦酰二氯、三氯氧磷、三氯硫磷、焦磷酰氯、磷
酸、植酸、焦磷酸、多聚磷酸和六氯环三膦腈中的一种或几种。
[0012]优选的，所述生物质成炭剂与磷酰化试剂的摩尔比为1:(1～10)；所述磷酰化反应的温度为50～120℃，时间为1～12h。
[0013]优选的，所述含氮物质包括三聚氰胺、三聚氰氯、苯胺、对苯二胺、水合肼、尿素、硫脲、二乙胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和聚乙烯亚胺中的一种或几种；所述含磷生物质与含氮物质的摩尔比为1:(1～20)，所述取代反应的温度为50～100℃，时间为1～10h。
[0014]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的膨胀型阻燃剂，包括生物质成炭剂基体和掺杂于所述生物质成炭剂基体中的磷和氮。
[0015]本专利技术提供了上述技术方案所述膨胀型阻燃剂在阻燃聚丙烯腈纤维中的应用。
[0016]本专利技术提供了一种阻燃聚丙烯腈纤维，所述阻燃聚丙烯腈纤维所用阻燃剂为上述技术方案所述膨胀型阻燃剂。
[0017]本专利技术提供了上述技术方案所述阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0018]将膨胀型阻燃剂和聚丙烯腈纺丝液进行共混，经脱泡处理得到共混纺丝液，将所述共混纺丝液进行湿法纺丝，得到初生纤维；所述膨胀型阻燃剂为上述技术方案所述膨胀型阻燃剂；
[0019]将所述初生纤维依次进行牵伸和卷绕，得到阻燃聚丙烯腈纤维。
[0020]优选的，所述膨胀型阻燃剂与聚丙烯腈纺丝液中聚丙烯腈的质量比为1:(3～10)。
[0021]本专利技术提供了一种膨胀型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：将生物质成炭剂、磷酰化试剂和第一极性溶剂混合，进行磷酰化反应，得到含磷生物质；将所述含磷生物质、含氮物质和第二极性溶剂混合，进行取代反应，得到膨胀型阻燃剂。本专利技术采用生物质成炭剂经过酰化改性和掺氮构建含磷、氮等阻燃成分的无卤膨胀型阻燃剂。该无卤膨胀型阻燃剂含有酸源(含磷基团)、碳源(生物质成炭剂)及气源(含氮基团)，可发挥酸源的催化碳源脱水成炭作用，进而形成大量的残炭，即发挥凝聚相阻燃作用；同时，气源释放的不可燃气体又可发挥气相阻燃作用，凝聚相与气相的有效结合可大大提高阻燃效率，从而发挥酸源、碳源及气源的协同阻燃作用，阻燃效率高。本专利技术基于高成炭的生物质构建膨胀型阻燃剂，具有阻燃效率高、添加量小和对聚丙烯腈本体性能影响小的优势，因而所制备的阻燃聚丙烯腈纤维具有较好的力学性能。
[0022]本专利技术采用溶液共混的方式将所制备的膨胀型阻燃剂与聚丙烯腈纺丝液共混，通过湿法纺丝制备阻燃聚丙烯腈纤维，同时基于膨胀型阻燃剂高效阻燃的特性，因而能够在添加量小(即对聚丙烯腈纤维本体性能影响小)的前提下即可赋予聚丙烯腈纤维良好的阻燃性能，同时保留原有聚丙烯腈的优良力学性能。
[0023]本专利技术利用生物质成炭剂构建膨胀型阻燃剂，原料来源广泛，绿色环保，符合可持续发展理念。
[0024]本专利技术的方法操作简单易行，成本低，适于规模化制备。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种膨胀型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
[0026]将生物质成炭剂、磷酰化试剂和第一极性溶剂混合，进行磷酰化反应，得到含磷生物质；
[0027]将所述含磷生物质、含氮物质和第二极性溶剂混合，进行取代反应，得到膨胀型阻燃剂。
[0028]在本专利技术中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
[0029]本专利技术将生物质成炭剂、磷酰化试剂和第一极性溶剂混合，进行磷酰化反应，得到含磷生物质。在本专利技术中，所述生物质成炭剂优选包括海藻酸、海藻酸盐、纤维素、半纤维素、木质素、单宁、环糊精、淀粉和壳聚糖中的一种或几种；当所述生物质成炭剂为上述中的两种以上时，本专利技术对不同种类生物质成炭剂的配比没有特殊的限定，任意配比均可。
[0030]在本专利技术中，所述磷酰化试剂优选包括苯基膦酰二氯、三氯氧磷、三氯硫磷、焦磷酰氯、磷酸、植酸、焦磷酸、多聚磷酸和六氯环三膦腈中的一种或几种；当所述磷酰化试剂为上述中的两种以上时，本专利技术对不同种类磷酰化试剂的配比没有特殊的限定，任意配比均可。
[0031]在本专利技术中，所述生物质成炭剂与磷酰化试剂的摩尔比优选为1:(1～10)，更优选为1:(3～8)。
[0032]在本专利技术中，所述第一极性溶剂优选为水、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、四氢呋喃(THF)、二甲基亚砜(DMSO)或二甲基甲酰胺(DMF)；当所述磷酰化试本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膨胀型阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将生物质成炭剂、磷酰化试剂和第一极性溶剂混合，进行磷酰化反应，得到含磷生物质；将所述含磷生物质、含氮物质和第二极性溶剂混合，进行取代反应，得到膨胀型阻燃剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质成炭剂包括海藻酸、海藻酸盐、纤维素、半纤维素、木质素、单宁、环糊精、淀粉和壳聚糖中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷酰化试剂包括苯基膦酰二氯、三氯氧磷、三氯硫磷、焦磷酰氯、磷酸、植酸、焦磷酸、多聚磷酸和六氯环三膦腈中的一种或几种。4.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，所述生物质成炭剂与磷酰化试剂的摩尔比为1:(1～10)；所述磷酰化反应的温度为50～120℃，时间为1～12h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氮物质包括三聚氰胺、三聚氰氯、苯胺、对苯二胺、水合肼、尿素、硫脲、二乙胺、二乙烯三胺、三乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：任元林，郭迎宾，左春龙，刘晓辉，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：