一種阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬阻燃聚酰胺纖維合成技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維及其制 備方法，特別是涉及一種通過連續(xù)而分別進(jìn)行的兩步聚合反應(yīng)得到嵌段共聚的含有阻燃劑 預(yù)聚體的阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚酰胺纖維在我國稱為錦綸，在國外又稱為尼龍、耐綸、卡普綸等。作為合成纖維 最早工業(yè)化的品種，聚酰胺6纖維以其優(yōu)良的強(qiáng)度、耐磨性、吸濕性、回彈性，在民用和產(chǎn)業(yè) 用領(lǐng)域發(fā)揮了舉足輕重的作用。但是聚酰胺6纖維的極限氧指數(shù)只有21 %左右，屬于可燃 纖維，對(duì)阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維的研究已成為一個(gè)迫切需要解決的課題。
[0003] 聚酰胺纖維或者紡織品的阻燃方法大致分為原絲阻燃改性和阻燃后整理兩大類。 后整理法適用范圍廣，工藝簡(jiǎn)單，但是會(huì)影響織物的手感，增重較大且不耐洗，主要用于窗 簾、幕布等織物的阻燃處理。原絲阻燃改性又分為共混改性和共聚改性，共混改性阻燃纖維 是將添加型阻燃劑加入到聚酰胺切片中共混后紡絲，阻燃劑不進(jìn)入分子結(jié)構(gòu)之中而是與聚 合物均勻混合，具有使用方便，適用面廣的特點(diǎn)，但是存在著阻燃劑易析出、阻燃效果不持 久和對(duì)機(jī)械性能有影響的問題。共聚改性阻燃纖維是在合成聚酰胺時(shí)加入具有阻燃性的共 聚單體，從而使阻燃共聚單體聚合到聚酰胺大分子當(dāng)中起到阻燃的作用，但是共聚改性面 臨著反應(yīng)型阻燃劑種類少、加工工藝復(fù)雜等問題，目前沒有添加型阻燃劑使用普遍。
[0004] 對(duì)聚酰胺纖維來講，共聚阻燃改性是其阻燃改性的重要方式，通過使用反應(yīng)型阻 燃劑對(duì)聚酰胺進(jìn)行阻燃改性不僅可以使聚酰胺獲得優(yōu)異的阻燃性能，而且反應(yīng)型阻燃劑以 化學(xué)鍵的形式鍵合到聚酰胺的分子主鏈上，這樣就能克服其它阻燃改性方式所帶來的阻燃 劑易析出、阻燃效果不持久、對(duì)力學(xué)性能影響大等缺點(diǎn)。專利技術(shù)CN1267475C中采用2-羧 乙基苯基次膦酸（CEPPA)與聚酰胺66的單體共聚得到阻燃聚酰胺66聚合物，阻燃劑CEPPA 結(jié)合到聚酰胺66的分子主鏈上，獲得阻燃聚酰胺66纖維。但是共聚阻燃改性也存在缺點(diǎn)， 通常共聚阻燃改性是將阻燃劑與聚酰胺的單體直接聚合得到聚酰胺與阻燃劑的無規(guī)共聚 物，阻燃劑在聚酰胺中是無規(guī)分布的，對(duì)于無規(guī)共聚物，隨著非結(jié)晶共聚單體（阻燃劑）含 量增加，熔點(diǎn)單調(diào)下降，我們面對(duì)著既需要一定量的阻燃劑以改性得到阻燃聚酰胺6纖維， 同時(shí)也需要維持聚酰胺6纖維的耐高溫的使用性能的矛盾，這就限制了聚酰胺6纖維的使 用。
[0005] 復(fù)合紡絲是將兩種或兩種以上成纖高聚物的熔體或濃溶液，利用組分、配比、粘度 或品種的不同，同時(shí)通過一個(gè)具有特殊分配系統(tǒng)的噴絲頭，在同一紡絲孔中噴出而成為一 根纖維，并相互匯集成預(yù)先設(shè)定的纖維截面形狀。復(fù)合紡絲已成為日益重要而又普遍采用 的纖維物理改性技術(shù)，復(fù)合纖維具有三維立體卷曲、高蓬松性和覆蓋性的特點(diǎn)，利用復(fù)合紡 絲可以制成具有阻燃改性的特殊功能纖維，主要用于毛線、毛毯、毛織物、保暖絮絨填充料、 非織造布、醫(yī)療衛(wèi)生用品和特殊工作服等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維及其制備方法，特別是涉及一種 通過連續(xù)而分別進(jìn)行的兩步聚合反應(yīng)得到嵌段共聚的含有阻燃劑預(yù)聚體的阻燃聚酰胺6 復(fù)合纖維及其制備方法。本發(fā)明通過連續(xù)而分別進(jìn)行的兩步聚合反應(yīng)得到嵌段共聚阻燃聚 酰胺6材料，經(jīng)鑄帶切粒、萃取干燥，與成纖聚合物熔融復(fù)合紡絲及牽伸后得到的阻燃聚酰 胺6復(fù)合纖維。在改善其阻燃性能的同時(shí)幾乎不改變聚酰胺6纖維的熔點(diǎn)，維持了其耐高 溫的使用性能，這是因?yàn)閷?duì)于嵌段共聚物，當(dāng)共聚單體（阻燃劑）含量增至很大時(shí)，熔點(diǎn)仍 然保持不變。同時(shí)，嵌段共聚物克服了無規(guī)共聚對(duì)材料晶體結(jié)構(gòu)破壞大的缺點(diǎn)，與普通聚酰 胺6復(fù)合纖維相比，阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維的熔點(diǎn)和結(jié)晶性能均無明顯變化，其加工和力學(xué) 性能也沒有大的變化。將本發(fā)明的阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維沸水處理48h，其力學(xué)性能和阻燃 性能與未沸水處理前相比幾乎沒有變化。因此，本發(fā)明得到的具有嵌段共聚結(jié)構(gòu)的阻燃聚 酰胺6復(fù)合纖維可以制成具有阻燃改性的特殊功能纖維，主要用于毛線、毛毯、毛織物、保 暖絮絨填充料、非織造布、醫(yī)療衛(wèi)生用品和特殊工作服等。
[0007] 本發(fā)明的一種阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維，其由阻燃聚酰胺6和成纖聚合物熔融復(fù)合 紡絲而成，所述阻燃聚酰胺6的分子結(jié)構(gòu)式為：
[0009]其中，
[0010] X彡50, y彡50,為聚酰胺6的重復(fù)單元數(shù)；
[0011] z彡2,為阻燃劑的重復(fù)單元數(shù)；
[0012] 并且 1/100 彡 ζΛχ+y)彡 1/10 ;
CN 105155033 A 說明書 3/13 頁
[0015] 所述&、R3為直鏈、支化或環(huán)狀的C C 15的亞烷基；R 2、R4為直鏈、支化或環(huán)狀的 C1- C 15的烷基或芳基；R 5、&為直鏈的C廣C 15的亞烷基。
[0016] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案：
[0017] 如上所述的一種阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維，所述阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維的極限氧指 數(shù)在30%以上；所述阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度為4. 0~6. 7cN/dteX，斷裂伸長率 22~38%，楊氏模量為20~37cN/dtex。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維的制備方法，首先將阻燃劑與二元胺 或二元醇縮聚得到阻燃劑預(yù)聚體，然后將阻燃劑預(yù)聚體與經(jīng)預(yù)聚后的聚酰胺6預(yù)聚體發(fā)生 共聚反應(yīng)，得到阻燃聚酰胺6材料，經(jīng)鑄帶切粒、萃取干燥，與其它成纖聚合物切片加入到 熔融復(fù)合紡絲裝置進(jìn)行熔融復(fù)合紡絲、牽伸，得到阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維；所述阻燃劑預(yù)聚 體為粘稠狀液體或者半固體，數(shù)均分子量Mn為IO3~10 4,并且在分子兩端為帶有羧基、胺 基或羥基的活性官能團(tuán)；
[0019] 所述阻燃劑的結(jié)構(gòu)為：
[0021] 所述R1、R3為直鏈、支化或環(huán)狀的C C 15的亞烷基；R 2、R4為直鏈、支化或環(huán)狀的 C1-C15的烷基或芳基。
[0022] 如上所述的一種阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維的制備方法，所述二元胺的通式為 H2N-R5-NH2，二元醇的通式為HO-R6-OH ;R5、&為直鏈的C廣C 15的亞烷基。
[0023] 如上所述的一種阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維的制備方法，具體包括以下步驟：
[0024] (1)將阻燃劑、二元胺或二元醇與水混合，氮?dú)獗Ｗo(hù)下在50~80°C混合均勻，然后 在90~130°C下攪拌反應(yīng)，再升溫至150~180°C進(jìn)一步聚合，最后減壓抽真空，反應(yīng)結(jié)束 生成阻燃劑預(yù)聚體；所述阻燃劑、二元胺或二元醇與水的摩爾比為1:0. 8~1. 5:2~2. 5， 所得阻燃劑預(yù)聚體的兩端為具有羧基、胺基或羥基的活性官能團(tuán)；
[0025] (2)將88~96質(zhì)量份己內(nèi)酰胺、0. 5~5質(zhì)量份水和0. 1~1質(zhì)量份己二酸加入 反應(yīng)釜，攪拌并升溫至245°C~250°C，當(dāng)壓力達(dá)到0. 5MPa~0. 9MPa時(shí)，保溫保壓反應(yīng)一 段時(shí)間，然后卸壓至常壓，得到聚酰胺6預(yù)聚體，聚酰胺6預(yù)聚體的數(shù)均分子量Mn在IO3~ 1〇4,并且在聚酰胺6預(yù)聚體的兩端分別為一個(gè)羧基和胺基的活性端基，這樣聚酰胺6預(yù)聚 體和阻燃劑預(yù)聚體之間就具有了可以相互反應(yīng)的活性端基；
[0026] (3)將0. 5~10質(zhì)量份所述阻燃劑預(yù)聚體加入所述聚酰胺6預(yù)聚體中，開啟攪拌 轉(zhuǎn)速為200~400r/min，升溫到235°C~240°C，共聚反應(yīng)6~8h，使阻燃劑預(yù)聚體與聚酰 胺6預(yù)聚體共聚，在高速攪拌下阻燃劑預(yù)聚體可以均勻的分散在聚酰胺6預(yù)聚體中，兩預(yù)聚 體之間的活性端基之間可以相互反應(yīng)，分子鏈逐漸增長；
[0027] (4)然后，抽真空到-0· 05~-0· IMPa，保持一段時(shí)間后停止攪拌，靜置10~20min 后通氮?dú)獬隽?，所得反?yīng)產(chǎn)物經(jīng)鑄帶切粒，得到阻燃聚酰胺6切片，由于反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生 少量的水分，抑制分子鏈的增長，此時(shí)抽真空除去多余水分，使得聚合物的分子量進(jìn)一步增 加。
[0028] (5)將阻燃聚酰胺6切片萃取、干燥一段時(shí)間，與其它成纖聚合物切片按一定質(zhì)量 比加入到復(fù)合紡絲裝置進(jìn)行熔融復(fù)合紡絲、牽伸，即得到阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維。
[0029] 如上所述的一種阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維的制備方法，步驟（1)中，混合均勻2~ 3h，攪拌反應(yīng)2~3h，進(jìn)一步聚合2~3h ;步驟（2)中，攪拌并升溫，轉(zhuǎn)速為200~400r/ min ;保溫保壓反應(yīng)一段時(shí)間，是指保溫保壓反應(yīng)2~4h ;步驟（4)中，保持一段時(shí)間是指保 持0· 5~lh。
[0030] 如上所述的一種阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維的制備方法，步驟（2)中攪拌并升溫前需 要先通入隊(duì)排出釜內(nèi)空氣，步驟（3)中將阻燃劑預(yù)聚體加入反應(yīng)釜內(nèi)時(shí)需要向釜內(nèi)通化保 護(hù)阻燃劑預(yù)聚體與聚酰胺6預(yù)聚體不被氧化。
[0031] 如上所述的一種阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維的制備方法，步驟（5)中阻燃聚酰胺6切 片的萃取是指在95~100°C下萃取24~48h，切片的干燥是指在90~IKTC下真空干燥 12 ~48h〇
[0032] 如上所述的一種阻燃聚酰胺6復(fù)合纖維的制備方法，步驟（5)中阻燃聚酰胺6切 片的熔融復(fù)合紡絲溫度是265~285°C，牽伸倍數(shù)為3. 2~3. 8 ;阻燃聚酰胺6切片與成纖 聚合物切片的質(zhì)量比為1