一种具备微胶囊结构的阻燃剂制造技术

本发明专利技术公开了一种具备微胶囊结构的阻燃剂

【技术实现步骤摘要】
一种具备微胶囊结构的阻燃剂、阻燃纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纤维制备领域，具体地说，涉及一种具备微胶囊结构的阻燃剂
、
阻燃纤维及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]Lyocell
纤维是一种新型的再生纤维素纤维，是以木浆为原料
、N
‑
甲基吗啉
‑
N
‑
氧化物
(NMMO)
为溶剂，通过干湿法制备得到的一种新型再生纤维素纤维，整个过程中无废气
、
废渣的产生，从原料到产品不仅可以自然降解
、
而且织物具备棉的舒适性
、
涤纶的强度
、
真丝般的光泽和触感等优异的性能，被誉为“绿色纤维”。
但是，
Lyocell
纤维属于碳水化合物，遇火燃烧较快
。
易燃的特性限制了其在很多领域中的应用
。
因此，急切寻找一种有效
、
合理的阻燃改性方法来提高
Lyocell
纤维的阻燃性能，扩大其应用范围
。
[0003]目前，提高
Lyocell
纤维阻燃性的方法主要有化学改性
、
物理共混
、
织物后处理
、
浸涂法等，化学改性是将阻燃剂进行功能化，然后接枝到
Lyocell
纤维上或者利用与
Lyocell
纤维的某种相互作用力结合在一起，此方法不仅有效掺杂率高，而且得到的阻燃纤维具备很好的耐久性
。
物理共混是目前应用最多的改性方法，是指将具备阻燃功能的阻燃剂以共混
、
掺杂的方式掺入到纤维纺丝原液中，然后纺丝得到阻燃
Lyocell
纤维，此方法工艺简单，但得到的阻燃纤维耐久性差
。
阻燃剂在纤维上易脱落
、
易团聚，造成阻燃纤维均匀性差
、
大量的阻燃剂脱落进入凝固浴中造成溶剂难以回收等问题
。
织物后处理或浸涂法不仅会使所得到的阻燃纤维手感
、
力学性能变差，而且会造成溶剂回收困难等问题
。
[0004]因此，如何能研究出同时具有高阻燃性
、
绿色环保
、
高力学性及耐久性的阻燃
Lyocell
纤维是人们追求和关注的重点
。
[0005]有鉴于此特提出本专利技术
。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种具备微胶囊结构的阻燃剂
、
阻燃纤维及其制备方法和应用
。
本专利技术将具备阻燃性能的元素磷
、
氮
、
硅同时引入到阻燃剂化合物中并制备阻燃剂微胶囊结构，采用本专利技术的阻燃剂制备的阻燃
Lyocell
纤维能够同时兼顾优异的阻燃性
、
力学性及耐洗性，同时阻燃剂的添加量少
、
有效掺入率高
。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：
[0008]本专利技术的第一目的是提供一种具备微胶囊结构的阻燃剂，包括芯材和包覆在芯材外的外壳，所述的芯材为磷腈类阻燃剂化合物，所述外壳为无机纳米粒子，所述的磷腈类阻燃剂化合物的结构如式
I
所示：
[0009][0010]其中，
R1选自
R2选自
‑
OCH3，苯环，，苯环，
[0011]进一步的方案，所述的磷腈类阻燃剂化合物的结构如式
II
，或式
III
，或式
IV
所示：
[0012]进一步的方案，所述无机纳米粒子包括含硅的多羟基无机纳米粒子，或者水解后得到的含硅多羟基无机纳米粒子
。
[0013]本专利技术中，将含阻燃元素磷
、
氮的磷腈类阻燃剂作为微胶囊的核，包含阻燃元素硅的多羟基纳米粒子作为壳，进而形成多羟基裸露的微胶囊结构
。
一方面，阻燃剂微胶囊结构的核属于磷
、
氮系阻燃剂，在纤维燃烧的过程中能够降低纤维表层的温度，并在纤维表面形成隔氧层，阻止纤维的燃烧；而阻燃剂微胶囊结构的壳属于硅系阻燃剂，在受热时可以裂解成碳层，进一步通过碳层来提高纤维的抗氧化性及阻燃性
。
所制备的阻燃
Lyocell
纤维中同时含有以上三种阻燃元素，在阻燃剂含量较低时便可明显提升纤维的阻燃性能，不需要添加其他分散剂
、
乳化剂等助剂
。
另一方面，微胶囊结构裸露的大量羟基能够与纤维素上的羟基通过氢键相互作用，提高阻燃剂与纤维的相互结合力，避免阻燃剂在凝固浴中脱落的现象，进而提高阻燃
Lyocell
纤维的耐久性和力学性能
。
[0014]进一步的方案，所述无机纳米粒子选自硅酸乙酯类，羟基硅油类，羟基聚二甲基硅氧烷类中的一种或几种
。
[0015]本专利技术的第二目的是提供一种如上任意方案所述的具备微胶囊结构的阻燃剂的制备方法，包括：
[0016](1)
将六氯环三磷腈
、
第一催化剂
、
第一反应溶剂和羟基或酚类化合物混合，进行亲核取代反应，得到三氧基
‑
三氯环三磷腈化合物；
[0017](2)
将所述三氧基
‑
三氯环三磷腈化合物
、
羟基或酚类化合物
、
第二催化剂和第二反应溶剂混合，在反应釜中进行亲核取代反应，后经抽滤
、
干燥和层析柱分离得到六环三磷腈类化合物；
[0018](3)
将所述六环三磷腈类化合物
、
氨水
、
第三反应溶剂及去离子水搅拌混合，超声，然后将无机纳米粒子加入混合溶液中，搅拌；结束反应，离心分离得到具有微胶囊结构的阻
燃剂
。
[0019]本专利技术制备得到六环三磷腈类化合物后，先将六环三磷腈类化合物
、
氨水
、
第三反应溶剂及去离子水搅拌混合，进行超声处理后，再将无机纳米粒子加入混合溶液中，搅拌；结束反应，离心分离得到具有微胶囊结构的阻燃剂
。
如此条件下，能够形成无机纳米粒子包覆磷腈类化合物的微胶囊结构，且多羟基裸露在外，有利于与纤维素的羟基形成氢键，从而提高阻燃剂与纤维的相互结合力，避免脱落
。
[0020]进一步的方案，步骤
(1)
中，所述六氯环三磷腈
、
羟基或酚类化合物
、
第一催化剂和第一反应溶剂的摩尔比为
1:(6
～
10):(9...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具备微胶囊结构的阻燃剂，其特征在于，包括芯材和包覆在芯材外的外壳，所述的芯材为磷腈类阻燃剂化合物，所述外壳为无机纳米粒子，所述的磷腈类阻燃剂化合物的结构如式
I
所示：其中，
R1选自
R2选自
‑
OCH3，苯环，，苯环，
2.
根据权利要求1所述的阻燃剂，其特征在于，所述的磷腈类阻燃剂化合物的结构如式
II
，或式
III
，或式
IV
所示：
3.
根据权利要求1或2所述的阻燃剂，其特征在于，所述无机纳米粒子包括含硅的多羟基无机纳米粒子，或者水解后得到的含硅多羟基无机纳米粒子；优选的，所述无机纳米粒子选自硅酸乙酯类，羟基硅油类，羟基聚二甲基硅氧烷类中的一种或几种
。4.
一种如权利要求1‑3任意一项所述阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括：
(1)
将六氯环三磷腈
、
第一催化剂
、
第一反应溶剂和羟基或酚类化合物混合，进行亲核取代反应，得到三氧基
‑
三氯环三磷腈化合物；
(2)
将所述三氧基
‑
三氯环三磷腈化合物
、
羟基或酚类化合物
、
第二催化剂和第二反应溶剂混合，在反应釜中进行亲核取代反应，后经抽滤
、
干燥和层析柱分离得到六环三磷腈类化合物；
(3)
将所述六环三磷腈类化合物
、
氨水
、
第三反应溶剂及去离子水搅拌混合，超声，然后将无机纳米粒子加入混合溶液中，搅拌；结束反应，离心分离得到具有微胶囊结构的阻燃剂
。5.
根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中，所述六氯环三磷腈
、
羟基或酚类化合物
、
第一催化剂和第一反应溶剂的摩尔比为
1:(6
～
10):(9
～
13):(8
～
12)
；优选的，所述羟基或酚类化合物选自苯酚
、
甲基苯酚
、
甲醇
、4
‑
苯基苯酚中的一种或几种；
优选的，所述第一催化剂选自碳酸钾
、
碳酸铯
、
碳酸镁
、
碳酸锌
、
碳酸锂
、
碳酸钙等碳酸盐中的一种或几种；优选的，所述第一反应溶剂选自甲苯
、
二甲苯
、
联苯或异丙苯中的一种或几种；优选的，步骤
(1)
中，亲核取代反应的条件包括：先在室温反应
30min
，然后升温至
60
～
80℃
反应
1h
，最后升温至
100
～
120℃
反应8～
16h
，反应温度的升温速率为5～
10℃/min。6.
根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤
(2)
中，所述三氧基
‑
三氯环三磷腈化合物
、
羟基或酚类化合物
、
第二催化剂和第二反应溶剂的摩尔比为
1:(3
～
5):(5
～
7):(15
～
20)
；优选的，所述第二催化剂选自强碱性催化剂；优选的，所述第二催化剂选自氟化铯
、
氟化锌
、
氟化钾
、
氟化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书丽，黄伟，赵庆波，高敏，程春祖，张晨曦，候松欣，徐纪刚，
申请(专利权)人：中国纺织科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：