本發(fā)明涉及的是紡織用品技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于鹽酸羥胺化學(xué)改性的阻燃聚丙烯腈纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯腈纖維的極限氧指數(shù)LOI值為17%～18.5%，是極易燃燒的合成纖維之一，而且其在燃燒時(shí)會(huì)放出毒性較大的氰化物等，因而聚丙烯腈纖維的阻燃研究就顯得尤為重要。目前阻燃聚丙烯腈纖維的制備方法按生產(chǎn)過程和阻燃劑的引入方式可分為化學(xué)反應(yīng)改性法、共混阻燃改性法、熱氧化法、后整理法等。后整理法只能達(dá)到暫時(shí)阻燃的目的，熱氧化法的生產(chǎn)成本過高，共混阻燃改性方法需添加大量阻燃劑，不僅影響紡絲性能，而且阻燃劑與丙烯腈的相容性是需要優(yōu)先考慮的問題?；瘜W(xué)改性則普遍采用胺類物質(zhì)對(duì)聚丙烯腈纖維進(jìn)行直接化學(xué)改性，即將氰基與胺類物質(zhì)直接反應(yīng)，或者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行螯合金屬離子或進(jìn)行水解制備阻燃聚丙烯腈纖維，但是此法制備的阻燃聚丙烯腈纖維的強(qiáng)度會(huì)變差，并且纖維會(huì)不同程度的帶有顏色，使其應(yīng)用受限?；诖耍O(shè)計(jì)一種基于鹽酸羥胺化學(xué)改性的阻燃聚丙烯腈纖維的制備方法尤為必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種基于鹽酸羥胺化學(xué)改性的阻燃聚丙烯腈纖維的制備方法，簡(jiǎn)單方便，成本低廉，在保證纖維強(qiáng)度及不改變纖維顏色的基礎(chǔ)上，使聚丙烯腈纖維獲得耐久的阻燃性能，制得的聚丙烯腈纖維阻燃與熱穩(wěn)定性能極佳，還能有效避免添加阻燃劑對(duì)環(huán)境造成的危害，易于推廣使用。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種基于鹽酸羥胺化學(xué)改性的阻燃聚丙烯腈纖維的制備方法，其制備步驟為：
(1)肟化反應(yīng)：先配制一定濃度的鹽酸羥胺水溶液，并用特定濃度的NaOH水溶液調(diào)節(jié)其pH，最后使聚丙烯腈纖維與該溶液在水浴條件下發(fā)生充分反應(yīng)；
(2)將經(jīng)過步驟(1)處理后的纖維取出用去離子水洗滌多次后用烘箱烘干；
(3)磷酸化反應(yīng)：將步驟(2)處理后纖維浸入一定濃度的磷酸水溶液中，同時(shí)加入一定量尿素作為催化劑，使其在水浴條件下發(fā)生充分反應(yīng)；
(4)將經(jīng)過步驟(3)處理的纖維取出用去離子水洗滌多次后用烘箱烘干，制得阻燃聚丙烯腈纖維。
作為優(yōu)選，所述的步驟(1)中鹽酸羥胺水溶液的濃度為20g/L～100g/L，NaOH水溶液的濃度為0.1mol/L，溶液pH為3～6.5，水浴溫度為60～95℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～6h。
作為優(yōu)選，所述的步驟(2)、步驟(4)所用烘箱溫度均為60℃～80℃。
作為優(yōu)選，所述的步驟(3)中所用磷酸水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～80%，尿素與磷酸水溶液的浴比為1：10～1：15，水浴溫度為50～95℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～6h。
本發(fā)明的有益效果：(1)利用鹽酸羥胺對(duì)聚丙烯腈纖維進(jìn)行改性，使聚丙烯腈纖維中活潑的C≡N轉(zhuǎn)變?yōu)镃＝N-OH，為下一步的磷酸化反應(yīng)提供了大量的反應(yīng)基團(tuán)，同時(shí)磷酸的加入使纖維中含有大量的阻燃P元素，且與N元素形成協(xié)同體系，從而獲得阻燃聚丙烯腈纖維。
(2)該改性方法簡(jiǎn)單易行，成本低廉，相比于其他諸如共混、共聚、后整理等阻燃改性方法能夠?qū)崿F(xiàn)永久性阻燃。
(3)利用高分子化學(xué)改性方法對(duì)聚丙烯腈纖維大分子中的活性氰基進(jìn)行改性，工藝流程簡(jiǎn)單可控，要求較低，制得的聚丙烯腈纖維阻燃與熱穩(wěn)定性能極佳，同時(shí)該改性過程還能有效避免添加阻燃劑對(duì)環(huán)境造成的危害。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
本具體實(shí)施方式采用以下技術(shù)方案：一種基于鹽酸羥胺化學(xué)改性的阻燃聚丙烯腈纖維的制備方法，其制備步驟為：
(1)肟化反應(yīng)：先配制一定濃度的鹽酸羥胺水溶液，并用特定濃度的NaOH水溶液調(diào)節(jié)其pH，最后使聚丙烯腈纖維與該溶液在水浴條件下發(fā)生充分反應(yīng)；
(2)將經(jīng)過步驟(1)處理后的纖維取出用去離子水洗滌多次后用烘箱烘干，所用烘箱溫度均為60℃～80℃；
(3)磷酸化反應(yīng)：將步驟(2)處理后纖維浸入一定濃度的磷酸水溶液中，同時(shí)加入一定量尿素作為催化劑，使其在水浴條件下發(fā)生充分反應(yīng)；
(4)將經(jīng)過步驟(3)處理的纖維取出用去離子水洗滌多次后用烘箱烘干，制得阻燃聚丙烯腈纖維，所用烘箱溫度均為60℃～80℃。
值得注意的是，所述鹽酸羥胺水溶液的濃度為20g/L～100g/L，NaOH水溶液的濃度為0.1mol/L，溶液pH為3～6.5，水浴溫度為60～95℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～6h。
此外，所述磷酸水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～80%，尿素與磷酸水溶液的浴比為1：10～1：15，水浴溫度為50～95℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～6h。
本具體實(shí)施方式采用鹽酸羥胺與聚丙烯腈中的氰基發(fā)生肟化反應(yīng)，使C≡N轉(zhuǎn)變?yōu)镃＝N-OH，而后再對(duì)其進(jìn)行磷酸化，將阻燃元素P很好的引入到改性的聚丙烯腈纖維中，通過高分子化學(xué)改性的方法獲得阻燃聚丙烯腈纖維，該改性過程簡(jiǎn)單方便，操作簡(jiǎn)單易行，改性效果極佳，且原材料方便易得，成本低廉，在保證纖維強(qiáng)度及不改變纖維顏色的基礎(chǔ)上，最終使聚丙烯腈纖維獲得耐久的阻燃性能，制得的聚丙烯腈纖維阻燃與熱穩(wěn)定性能極佳，能達(dá)到持久阻燃，該方法具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
實(shí)施例1：一種基于鹽酸羥胺化學(xué)改性的阻燃聚丙烯腈纖維的制備方法，其制備步驟為：
(1)肟化反應(yīng)：先配制濃度為20g/L的鹽酸羥胺水溶液20ml，后用0.1mol/LNaOH水溶液調(diào)節(jié)其pH為3，稱取一定量聚丙烯腈纖維與所配制溶液在水浴60℃的條件下充分反應(yīng)6h。
(2)將經(jīng)過步驟(1)中處理獲得的纖維用去離子水洗滌多次后60℃烘干。
(3)磷酸化反應(yīng)：將步驟(2)處理后的纖維與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的磷酸水溶液在水浴50℃條件下充分反應(yīng)0.5h，并加入一定量尿素作為催化劑，其中尿素與磷酸水溶液浴比為1：10。
(4)將經(jīng)過步驟(3)處理的纖維同樣用去離子水洗滌多次后80℃烘干，制得阻燃聚丙烯腈纖維。
實(shí)施例2：一種基于鹽酸羥胺化學(xué)改性的阻燃聚丙烯腈纖維的制備方法，其制備步驟為：
(1)肟化反應(yīng)：先配制濃度為100g/L的鹽酸羥胺水溶液30ml，后用0.1mol/LNaOH水溶液調(diào)節(jié)其pH為6.5，稱取一定量聚丙烯腈纖維與所配制溶液在水浴95℃的條件下充分反應(yīng)0.5h。
(2)將經(jīng)過步驟(1)中處理獲得的纖維用去離子水洗滌多次后60℃烘干。
(3)磷酸化反應(yīng)：將步驟(2)處理后的纖維與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的磷酸水溶液在水浴95℃條件下充分反應(yīng)2h，并加入一定量尿素作為催化劑，其中尿素與磷酸水溶液浴比為1：12。
(4)將經(jīng)過步驟(3)處理的纖維同樣用去離子水洗滌多次后70℃烘干，制得阻燃聚丙烯腈纖維。
實(shí)施例3：一種基于鹽酸羥胺化學(xué)改性的阻燃聚丙烯腈纖維的制備方法，其制備步驟為：
(1)肟化反應(yīng)：先配制濃度為50g/L的鹽酸羥胺水溶液50ml，后用0.1mol/LNaOH水溶液調(diào)節(jié)其pH為5，稱取一定量聚丙烯腈纖維與所配制溶液在水浴80℃的條件下充分反應(yīng)4h。
(2)將經(jīng)過步驟(1)中處理獲得的纖維用去離子水洗滌多次后60℃烘干。
(3)磷酸化反應(yīng)：將步驟(2)處理后的纖維與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的磷酸水溶液在水浴95℃條件下充分反應(yīng)1h，并加入一定量尿素作為催化劑，其中尿素與磷酸水溶液浴比為1：15。
(4)將經(jīng)過步驟(3)處理的纖維同樣用去離子水洗滌多次后80℃烘干，制得阻燃聚丙烯腈纖維。
實(shí)施例4：一種基于鹽酸羥胺化學(xué)改性的阻燃聚丙烯腈纖維的制備方法，其制備步驟為：
(1)肟化反應(yīng)：先配制濃度為50g/L的鹽酸羥胺水溶液20ml，后用0.1mol/LNaOH水溶液調(diào)節(jié)其pH為6.5，稱取一定量聚丙烯腈纖維與所配制溶液在水浴70℃的條件下充分反應(yīng)2h。
(2)將經(jīng)過步驟(1)中處理獲得的纖維用去離子水洗滌多次后60℃烘干。
(3)磷酸化反應(yīng)：將步驟(2)處理后的纖維與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的磷酸水溶液在水浴95℃條件下充分反應(yīng)2h，并加入一定量尿素作為催化劑，其中尿素與磷酸水溶液浴比為1：10。
(4)將經(jīng)過步驟(3)處理的纖維同樣用去離子水洗滌多次后60℃烘干，制得阻燃聚丙烯腈纖維。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。