一種膨脹型阻燃親水聚酯切片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及阻燃聚酯纖維領(lǐng)域，具體涉及一種膨脹型抗熔滴阻燃親水聚酯切片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚酯纖維是最重要的合成纖維品種，其發(fā)展狀況直接影響到我國紡織工業(yè)發(fā)展的整體水平和競爭能力。雖然我國聚酯產(chǎn)能、產(chǎn)量位居世界第一，但我國聚酯纖維產(chǎn)業(yè)仍面臨一些亟須解決的突出問題。目前，科研力量主要集中在差別化聚酯纖維的開發(fā)與應用。
[0003]聚酯分子結(jié)構(gòu)決定其優(yōu)異的性能，PET聚酯分子結(jié)構(gòu)高度規(guī)整，分子排列緊密，分子鏈段中含有剛性苯環(huán)結(jié)構(gòu)，因此PET具有良好的物理和機械性能。由于聚酯纖維緊密的大分子結(jié)構(gòu)以及缺乏吸濕性基團，其在舒適性方面要比棉等天然纖維差得多。在20° C，65%相對濕度下，聚酯纖維的回潮率僅有0.4%，棉在相同的溫濕度下回潮率高達8.0%。聚酯吸濕性差，易產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，嚴重影響了衣服的舒適性。常規(guī)聚酯纖維由于聚酯纖維沒有親水基團，分子堆砌緊密，因此染料很難進入到纖維的內(nèi)部，在染色方面不能采用一般的方法進行染色。因此對聚酯纖維進行吸濕改性，提高其水分管理的能力，是進一步拓展聚酯纖維應用領(lǐng)域的重要方面。在現(xiàn)有技術(shù)中，通過采用無機粉體改善聚酯親水性技術(shù)，如中國專利CN102174718A公開了一種通過物理共混法在聚酯中添加交聯(lián)劑然后采用電子加速器對聚酯纖維進行輻射制備抗熔滴聚酯纖維的方法。該方法對聚酯切片和交聯(lián)劑粉體水分含量要求苛刻，交聯(lián)劑粉體受到共混時間、聚酯粘度因素的影響，分散不均勻，對聚酯阻燃抗熔滴性能改善有限。中國專利CN102220657A公開了一種采用無機粉體、聚二元脂肪醇與聚酯單體打漿經(jīng)聚合、紡絲制備親水性聚酯纖維的方法。該方法通過在聚合過程中添加聚二元脂肪醇改變聚酯分子鏈結(jié)構(gòu)，降低了聚酯的結(jié)晶度，影響了聚酯纖維的機械性能。
[0004]由于PET分子結(jié)構(gòu)中含有大量苯環(huán)，燃燒時會生成大量的煙霧和有毒氣體，是火災中造成窒息和中毒的因素之一，且聚酯纖維燃燒時具有熔融滴落現(xiàn)象，容易造成二次傷害，影響了 PET聚酯纖維在服飾、家紡領(lǐng)域的進一步的發(fā)展和應用。阻燃改性主要采用以下方法:(1)將含一種或多種阻燃元素化合物作為共聚單體，引入纖維高聚物分子鏈中，進行共聚改性。該法阻燃性能持久且毒性低。如專利一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法(專利號200910167716.X)，專利一種磷系共聚阻燃滌綸切片的制備方法(專利號CN02109909.X)。 (2)將阻燃劑加入高分子聚合物中加工成阻燃母粒，之后與聚酯進行共混紡絲。但是該法紡絲對絲的性能有影響。如專利磷系聚酯阻燃纖維及生產(chǎn)方法(專利號200610041006.X)。(3)在后整理階段，在織物表面涂覆一層阻燃樹脂進行改性。但是該法的耐久性差，且穿著舒適性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決PET聚酯親水性差、阻燃性差以及抗熔滴性能差的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種膨脹型阻燃親水聚酯切片及其制備方法，既有阻燃性能，又改善聚酯切片的阻燃和親水性能，同時工藝簡單。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種膨脹型阻燃親水聚酯切片，所述切片的表面水接觸角為45?60°，熔點為245?255°C，極限氧指數(shù)28?35%。
[0007]本發(fā)明通過原位聚合的方式，在聚酯聚合過程中分階段引入復配型膨脹阻燃劑的各個阻燃部分，在酯化階段加入親水性成份，使聚酯分子結(jié)構(gòu)引入親水的羥基基團和聚醚基團，制備出具有阻燃和親水雙重功能的阻燃親水聚酯切片。所述的一種膨脹型阻燃親水聚酯切片的制備方法為以下步驟:
1)將復配阻燃劑中炭源、親水成份、乙二醇質(zhì)量的20~30%混合成乙二醇懸浮分散液，所述的親水成份選自聚醚類化合物，使用量為PET聚酯質(zhì)量的5?10%。聚醚類親水化合物優(yōu)選為聚乙二醇(PEG)。聚醚類親水化合物在聚酯分子中形成非結(jié)晶柔性鏈段區(qū)域，具有很強的吸濕親水性能。
[0008]2)將剩余質(zhì)量的乙二醇、對苯二甲酸、催化劑投入打漿釜制成混合漿液；
催化劑選自銻系催化劑，用量為對苯二甲酸質(zhì)量的200?500ppm。作為優(yōu)選，催化劑選自醋酸銻、乙二醇銻中一種。
[0009]3)將混合漿液和熱穩(wěn)定劑打入反應釜，加熱進行第一次酯化反應；第一次酯化反應溫度為220?250°C，壓力為0.1?0.3MPa，酯化反應時間為1?3h。
[0010]所述的熱穩(wěn)定劑選自磷酸酯類穩(wěn)定劑，加入量為對苯二甲酸質(zhì)量的50?200ppm。作為優(yōu)選，熱穩(wěn)定劑選自磷酸三甲酯、磷酸三苯酯中一種或幾種。
[0011]酯化副產(chǎn)物為水，在第一酯化反應過程中，通過分餾塔將水分離出來進行收集，用量筒測試收集量，根據(jù)單體反應方程式計算出理論出水量，再根據(jù)出水量算出酯化完成量。
[0012]4)待酯化副產(chǎn)物收集量達到理論值的85-92%時，加入步驟1)得到的懸浮分散液，進行第二次酯化反應，第二次酯化反應溫度為240?260°C，壓力為0.1?0.2MPa，酯化反應時間為0.5?lh ;
5)待酯化反應完成后，加入復配阻燃劑中氣源、酸源，進行預縮聚和終縮聚反應，縮聚反應溫度為270?290°C，預縮聚反應壓力為200?2000Pa，反應時間為0.5?lh ;終縮聚反應壓力〈lOOPa，反應時間為1?2h ;在低真空狀態(tài)下的預縮聚和高真空狀態(tài)下的終縮聚反應，反應時預縮聚的反應壓力在反應時間內(nèi)不斷減少，減少至終縮聚反應壓力時開始終縮聚反應。
[0013]6)將步驟5)得到的親水聚酯熔體出料、冷卻、切粒得到膨脹型阻燃親水聚酯切片。
[0014]PET聚酯由乙二醇與對苯二甲酸聚合反應制成，所述的乙二醇與對苯二甲酸的摩爾比為1.2?1.8:1。本發(fā)明的膨脹型阻燃親水聚酯切片通過在聚合過程中添加親水性物質(zhì)以及膨脹型復配阻燃劑，提供一種改善聚酯親水性和阻燃性抗熔滴的方法。本發(fā)明的乙二醇質(zhì)量是步驟1)乙二醇用量和步驟2)的乙二醇剩余量之和，PET聚酯的質(zhì)量由對苯二甲酸的摩爾數(shù)決定。
[0015]所述的復配阻燃劑由炭源、酸源、氣源組成，復配阻燃劑的使用量為PET聚酯質(zhì)量的8?17% ;作為優(yōu)選，炭源使用量為PET聚酯質(zhì)量的1?2%，氣源使用量為PET聚酯質(zhì)量的2?5%，酸源使用量為PET聚酯質(zhì)量的5?10%。炭源選自含碳的多羥基物質(zhì)，酸源選自銨鹽類化合物，氣源選自胺或者氨基化合物。作為優(yōu)選，所述的炭源選自多羥基醇或多羥基糖類，在嵌段共聚物的基礎上，選擇合適的多羥基醇作為改性組分，制備共聚酯。炭源更優(yōu)選自季戊四醇，山梨醇、木糖醇、環(huán)糊精的一種，通過微量添加入共聚物中，不改變聚酯流動性和紡絲性能的同時，又可以改善聚酯的阻燃性和抗熔滴性能。酸源選自聚磷酸銨(APP)、磷酸銨中的一種；氣源選自三聚氰胺(MA)，氰尿酸三聚氰胺(MCA)、硼酸三聚氰胺(MB)中的一種。
[0016]本發(fā)明的膨脹型阻燃親水聚酯切片的阻燃成份為復配型的IFR膨脹型阻燃劑，為炭源、酸源和氣源三部分復配構(gòu)成。在材料燃燒時，復配型膨脹阻燃劑在加熱或者火焰的作用下，通過阻燃劑不同組分之間的化學反應在材料表面形成具有隔熱、隔氧以及阻止可燃氣體逸出的泡沫炭層，起到阻燃和抗熔滴的效果。膨脹型阻燃劑具有傳統(tǒng)阻燃劑無法比擬的優(yōu)勢，由于其特殊的阻燃機理，與鹵素阻燃劑相比具有無毒、低煙、無腐蝕氣體以及抗熔滴等優(yōu)點，克服了許多傳統(tǒng)阻燃劑存在的缺點。多羥基醇不但可以作為復配型膨脹阻燃劑的炭源在燃燒時起到協(xié)同阻燃的作用，而且多羥基醇引入聚酯分子中由于游離的羥基存在，具有很好的親水性能。復配的膨脹型阻燃劑，在燃燒時具有協(xié)同阻燃效應，炭源起到抗熔滴的作用，而且阻燃劑成份在聚酯切片未燃燒時具有親水性能。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明采用添加復配阻燃劑作為改善聚酯切片的阻燃性能以及抗燃燒抗熔滴性能，采用原位聚合的方式制備阻燃親水聚酯。復配的膨脹型阻燃劑在聚合反應的不同階段加入，保護了阻燃劑的功效，同時使阻燃劑以不同的形態(tài)引入到聚酯中，含碳多羥基的炭源部分引入到聚酯的基體，燃燒時最為炭層起到阻隔作用。氣源三聚氰胺以及酸源聚磷酸銨類通過懸浮分散的模式引入到聚酯基體中，在燃燒時起到發(fā)泡膨脹的作用。
[0018](2)本發(fā)明加入的多羥基醇和聚醚類親水物質(zhì)改善聚酯的親水性能，多羥基醇含有多個羥基，在第二酯化反應階段加入多羥基醇可以保證端羥基反應接入聚酯主鏈段時，側(cè)羥基不發(fā)生反應游離于主鏈外，形成的聚酯結(jié)構(gòu)具有聚酯的性能，而又有羥基的親水性能。同時，聚醚類親水成份在引入聚酯分子時，形成柔性區(qū)域，增加聚酯切片的親水性能。
[0019](3)本發(fā)明加入的膨脹型阻燃劑，既有阻燃性能，其中的多羥基成份和銨鹽類具有很強的親水性能，同時具備阻燃和親水功能，改善聚酯切片的阻燃和親水性能。
[0020](4)本發(fā)明通過原位聚合的方式分散在聚酯基體中，分散狀態(tài)良好，不影響聚酯的性能。
[0021](5)工藝簡單，可以在原有聚合裝備中進行，不需要改變生產(chǎn)設備。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步闡述，實施例中所用原料均可市購。
[0023]實施例1
一、稱取以下各組分:
a)對苯二甲酸lmol(166g)，乙二醇1.4mol (86.8g)，通過計算得到PET聚酯理論質(zhì)量(216.8g)
b)聚乙二醇10wt%(相對于聚酯質(zhì)量)，山梨醇1.0wt% (相對于聚酯質(zhì)量)，聚磷酸銨(APP)7.0wt% (相對于聚酯質(zhì)量)，三聚氰胺(MA3.0wt% (相對于聚酯質(zhì)量)，乙二醇銻300ppm(相對于PTA質(zhì)量)，磷酸三甲酯lOOppm (相對于PTA質(zhì)量)。
[0024]二、制備方法: (1)將稱量好的聚乙二醇和山梨醇加入到稱量好質(zhì)量的20%乙二醇溶劑中，加熱到80°C攪拌然后制備出含有復