【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于阻燃，具体涉及一种聚酰胺纤维材料及其制备方法。
技术介绍
1、聚酰胺纤维俗称尼龙(nylon)或锦纶，是分子主链上含有重复酰胺基团-[nhco]-的热塑性树脂总称。
2、聚酰胺纤维最突出的优点为耐磨性较其它纤维优越，其次为它的弹性佳，其弹性回复率可媲美羊毛，还有其质轻，密度1.15g/cm3，在已商业化之合成纤维中，其仅次于聚丙烯(丙纶，比重小于1)，而较聚酯纤维(比重1.38)轻，在服装家纺、产业用纤维、装饰地毯等三大领域得到了广泛应用。但是，聚酰胺纤维属于可燃材料，容易引发火灾，严重危害人们的生命与财产安全。
3、为了提升聚酰胺纤维的阻燃性能，目前广泛采用的方法是往聚酰胺纤维中添加阻燃剂，常见的阻燃剂有卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂及无机阻燃剂等。无机阻燃剂对聚酰胺纤维表现出较低的阻燃效率，需要很高的添加量，而高添加量会导致聚酰胺纤维机械性能变差；部分卤系阻燃剂在燃烧时会产生有毒气体，其使用受到一定限制。磷系阻燃剂是一种高效的无卤阻燃剂，已成为卤系阻燃剂的重要替代品，但是小分子磷系阻燃剂与聚酰胺纤维基体相容性差、容易析出，小分子有机磷系阻燃剂渗入到环境，易干扰人体的内分泌、免疫和神经系统等，具有严重的生物危害性。相比于传统小分子阻燃剂，大分子阻燃剂的特点在于通过高分子结构设计，将低摩尔质量阻燃剂集成到聚合物基体内的大分子结构中来减少使用过程中的析出，从而最大限度地减少或降低对玻璃化转变温度和材料机械性能的影响，改善分解过程中的化学相互作用，达到更高的成碳效率和更好的整体阻燃性。此外，
4、因此，根据聚酰胺的结构特点与加工性能，设计一种高阻燃性能与聚酰胺纤维相容性好的大分子阻燃剂具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种聚酰胺纤维材料及其制备方法，本专利技术提供的大分子磷系阻燃剂具有良好的线性结构，与聚酰胺纤维相容性好，能够增强聚酰胺纤维的阻燃性能和力学性能。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术提供了一种大分子磷系阻燃剂，具有式i所示结构：
4、
5、式i中，基团包括以下结构中的任意一种：
6、
7、x基团中的x为6～12的整数；
8、式i中：y基团包括以下结构中的任意一种：
9、
10、式i中：n为4～10的整数，k为5～50的整数。
11、优选的，所述式i所示结构的大分子磷系阻燃剂的分子量为10000～100000g/mol。
12、本专利技术提供了上述技术方案所述的大分子磷系阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
13、将小分子有机磷系阻燃剂与脂肪族二元胺在极性溶剂中进行成盐反应，得到阻燃剂盐；所述小分子有机磷系阻燃剂包括ddp、dpdpo、bcppo、cempo或ceppa；所述脂肪族二元胺的结构式如式ii所示：
14、式ii中的x为6～12的整数；
15、将所述阻燃剂盐和水混合，进行预聚合反应，得到预聚合产物；将所述预聚合产物进行熔融缩聚反应，得到阻燃剂低聚物；
16、将所述阻燃剂低聚物与双杂环类扩链剂混合进行扩链反应，得到所述式i所示结构的大分子磷系阻燃剂；所述双杂环类扩链剂包括2,2-双(2-噁唑啉)或1,4-双噁唑啉苯。
17、优选的，所述小分子有机磷系阻燃剂与所述脂肪族二元胺的摩尔比为1:(1～1.05)；所述极性溶剂包括低碳醇和/或水。
18、优选的，所述成盐反应的温度为50～80℃，时间为1～4h；所述成盐反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速为30～80r/min。
19、优选的，所述预聚合反应的压力为0.5～3mpa，温度为200～270℃，时间为1～3h；所述预聚合反应在保护气体气氛中进行，所述保护气体包括氮气和/或惰性气体。
20、优选的，所述熔融缩聚反应的温度为220～270℃，时间为1～4h；所述熔融缩聚反应在真空条件下进行，真空度为10～200pa；所述熔融缩聚反应在保护气体气氛中进行，所述保护气体包括氮气和/或惰性气体。
21、优选的，所述阻燃剂低聚物与所述双杂环类扩链剂的摩尔比为1：0.10～0.25；所述扩链反应的温度为260～280℃，时间为20～200min。
22、本专利技术提供了一种阻燃聚酰胺纤维，由包括阻燃剂和聚酰胺切片的原料进行熔融纺丝得到；所述阻燃剂为上述技术方案所述的大分子磷系阻燃剂或上述技术方案所述的制备方法制备得到的大分子磷系阻燃剂。
23、优选的，所述阻燃聚酰胺纤维中磷元素的质量占比为3000～10000ppm。
24、本专利技术提供了一种大分子磷系阻燃剂，具有式i所示结构。本专利技术提供的大分子磷系阻燃剂通过有机磷结构发挥高效阻燃作用，利用不同链长二元胺缓解有机磷(尤其是含有苯环结构)的空间位阻，且利用有机磷结构与二元胺形成的聚酰胺结构提高大分子阻燃剂与聚酰胺分子链间作用力及相容性，同时，本专利技术在阻燃剂中进一步引入y基团，得到具有较高聚合度和分子量的大分子阻燃剂。由此，本专利技术提供的大分子磷系阻燃剂具有较高的分子量，且主要以酰胺键紧密连接，分子间作用力强，分子链不易断裂，具有良好的线性结构，与聚酰胺纤维相容性好。同时，本专利技术提供的大分子阻燃剂为无卤阻燃剂，主要以磷元素为主，在使用过程中不会产生对环境有害的有毒气体。且本专利技术提供的大分子阻燃剂由于分子量大也能增强聚酰胺纤维的力学性能。
25、本专利技术提供了一种阻燃聚酰胺纤维，由包括阻燃剂和聚酰胺切片的原料进行熔融纺丝得到；所述阻燃剂为上述技术方案所述的大分子磷系阻燃剂或上述技术方案所述的制备方法制备得到的大分子磷系阻燃剂。由实施例的结果可知：
26、按照gb/t 14344—2008《化学纤维长丝拉伸性能试验方法》测试所得聚酰胺纤维的力学性能，其中夹持距离为250mm，拉伸速度为500mm/min；结果显示，所得聚酰胺纤维的断裂强度为2.5～5.4cn/dtex，断裂伸长率为12.5～26.2％。按照gb/t 5454-1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》测试编织得到织物的阻燃性能，结果表明，极限氧指数可达28.0～38.5％，织物垂直燃烧测试结果表明，垂直燃烧等级为ul94 v-0级。
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1.一种大分子磷系阻燃剂，其特征在于，具有式I所示结构：
2.根据权利要求1所述的大分子磷系阻燃剂，其特征在于，所述式I所示结构的大分子磷系阻燃剂的分子量为10000～100000g/mol。
3.权利要求1或2所述的大分子磷系阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述小分子有机磷系阻燃剂与所述脂肪族二元胺的摩尔比为1:(1～1.05)；所述极性溶剂包括低碳醇和/或水。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述成盐反应的温度为50～80℃，时间为1～4h；所述成盐反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速为30～80r/min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述预聚合反应的压力为0.5～3MPa，温度为200～270℃，时间为1～3h；所述预聚合反应在保护气体气氛中进行，所述保护气体包括氮气和/或惰性气体。
7.根据权利要求3或6所述的制备方法，其特征在于，所述熔融缩聚反应的温度为220～270℃，时间为1～4h；所述熔融缩聚反
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂低聚物与所述双杂环类扩链剂的摩尔比为1：0.10～0.25；所述扩链反应的温度为260～280℃，时间为20～200min。
9.一种阻燃聚酰胺纤维，其特征在于，由包括阻燃剂和聚酰胺切片的原料进行熔融纺丝得到；所述阻燃剂为权利要求1或2所述的大分子磷系阻燃剂或权利要求3～8任一项所述的制备方法制备得到的大分子磷系阻燃剂。
10.根据权利要求9所述的阻燃聚酰胺纤维，其特征在于，所述阻燃聚酰胺纤维中磷元素的质量占比为3000～10000ppm。
...【技术特征摘要】
1.一种大分子磷系阻燃剂，其特征在于，具有式i所示结构：
2.根据权利要求1所述的大分子磷系阻燃剂，其特征在于，所述式i所示结构的大分子磷系阻燃剂的分子量为10000～100000g/mol。
3.权利要求1或2所述的大分子磷系阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述小分子有机磷系阻燃剂与所述脂肪族二元胺的摩尔比为1:(1～1.05)；所述极性溶剂包括低碳醇和/或水。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述成盐反应的温度为50～80℃，时间为1～4h；所述成盐反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速为30～80r/min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述预聚合反应的压力为0.5～3mpa，温度为200～270℃，时间为1～3h；所述预聚合反应在保护气体气氛中进行，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘可，吕汪洋，陈文兴，
申请(专利权)人：现代纺织技术创新中心鉴湖实验室，
类型：发明
国别省市：
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