CN108179495A - 一种共混阻燃腈纶纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共混阻燃腈纶纤维，成分和制备。该纤维由在纺丝液中添加离子液体阻燃剂，共混纺丝而得。本发明中的离子液体阻燃剂不会挥发，具有较好的水溶性。离子液体的结构的“可设计性”，可为腈纶纤维共混法的工艺提供最佳的相容性的阻燃剂设计、极佳的相容性和超优的阻燃性都是传统阻燃剂没法达到的。由于“离子”的特别结构在阻燃剂和腈纶高分子链间引入不同的分子力，使得阻燃腈纶耐久性好很多。

Description

一种共混阻燃腈纶纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于功能材料领域,具体涉及一种共混阻燃腈纶纤维及其制备方法。

背景技术

腈纶(PAN fiber)，学名又称聚丙烯腈纤维，在我国还称为“人造羊毛”， 在国外则称为“奥纶”、“开司米纶”。

所述的聚丙烯腈纤维具有蓬松度高，手感舒适，保温性好，易于染色等优 点，在衣着、日用装饰品及工业应用等方面用途广泛。但其最大缺点是易于燃 烧，且燃烧时产生毒性较大的氰化氢等，因此在许多要求阻燃的场合其应用受 到限制。

世界各国生产的聚丙烯腈纤维大多由三元共聚物制得,丙烯腈占90％～94％, 第二单体加入量为5％～8％,第三单体为013％～210％。

加入第二单体的目的是为了提高纤维的机械强度、弹性和手感,在一定程度 上也可以改善染色性能。

常用的第二单体有丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等。

加入第三单体的目的是引入一定数量的亲染料基团,增加纤维对染料的亲 和力,可制得色谱齐全、颜色鲜艳、染色牢度好的纤维。

第三单体分两大类：

一类是对阳离子染料有亲和力,含有羧基或磺酸基团的单体,如丙烯磺酸 钠、甲基丙烯磺酸钠、甲基丁二酸(又名衣康酸)、对-乙烯基苯磺酸钠等。

另一类对酸性染料有亲和力,含有胺基、酰胺基、啶等的单体,如乙烯吡啶, 含有碱性染色基团的α2甲基乙烯吡啶等。

腈纶的主要生产工艺流程如下：

聚合→纺丝→预热→蒸汽牵伸→水洗→烘干→热定形→卷曲→切断→打 包。

共混法是将聚丙烯腈与低分子或高分子添加型阻燃剂在溶剂中共混，通常 是在原有的聚丙烯腈纺丝原液中共混入添加型阻燃剂，配制共混纺丝原液而后 纺丝。

然而，由于共混型阻燃腈纶中阻燃剂含量不能太高，因而要选择高效的阻 燃剂，同时阻燃剂的选择还要考虑其在纺丝原液中的溶解性或均匀稳定分散性， 与聚丙烯腈的相容性，纤维制造过程中的保留率及耐洗涤性等。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种共混阻燃腈纶纤 维及其制备方法。该纤维由在纺丝液中添加离子液体阻燃剂，共混纺丝而得。

本发明中的离子液体阻燃剂不会挥发，具有较好的水溶性。离子液体的结 构的“可设计性”，可为腈纶纤维共混法的工艺提供最佳的相容性的阻燃剂设计、 极佳的相容性和超优的阻燃性都是传统阻燃剂没法达到的。由于“离子”的特 别结构在阻燃剂和腈纶高分子链间引入不同的分子力，使得阻燃腈纶耐久性好 很多。

技术方案：一种共混阻燃腈纶纤维，所述的阻燃腈纶纤维是在纤维纺丝液 中添加离子液体阻燃剂，共混纺丝获得。

进一步的，所述的离子液体阻燃剂包含离子液体成分，其分子式如下：A+B-； 阳离子的结构可为下列结构中的一种：

其中，R(0-5)可分别从下列基团选取：氢、C(1-20)烷基、芳香基、C(3-10) 杂环、C(3-10)环烷基、(C3-ClO)杂环(C1-C8)烷基,芳香基(Cl-C8)烷基,杂环 芳香基和杂环芳香基(Cl-C8)烷基；

上述基团没有取代基，或者有下列取代基团：一个或两个卤素、硝基、三 氟代甲基、三氟代甲氧基,甲氧基,羧基,-NH2,-OH,-SH,-NHCH3,-N(CH3)2,

阴离子可从下列结构中所列的阴离子中选取：

其中，R从下列基团选取：氢、C(1-20)烷基、芳香基、C(3-10)杂环、 C(3-10)环烷基、(C3-ClO)杂环(C1-C8)烷基,芳香基(Cl-C8)烷基,杂环芳香基 和杂环芳香基(Cl-C8)烷基；

上述基团没有取代基，或者有下列取代基团：一个或两个卤素、硝基、三 氟代甲基、三氟代甲氧基,甲氧基,羧基,-NH2,-OH,-SH,-NHCH3,-N(CH3)2, 氰基,-SO3H,-P(O)(OC(1-5))2。

进一步的，所述的离子液体阻燃剂是单一的离子液体，或者是几种离子液 体混用，或者是离子液体和传统阻燃剂混用，所述传统阻燃剂包括：无机阻燃 剂、卤系阻燃剂、磷和膦系阻燃剂和氮系阻燃剂。

进一步的，所述的离子液体单体占整个单体的比例的0.1％-50％。

进一步的，所述的离子液体单体占整个单体的比例的1％-40％。

进一步的，所述的离子液体单体占整个单体的比例的3％-30％。

进一步的，所述的离子液体单体占整个单体的比例的5％-20％。

一种根据所述的共混阻燃腈纶纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)将20％重量份数的N-丁基-N-甲基哌啶溴盐阻燃剂与通过一步法或二 步法制得的聚丙烯腈的无机溶剂纺丝原液共混，配制成共混纺丝原液；

(2)然后采用无机溶剂纺丝路线制造腈纶的方法制造腈纶；

(3)经纺丝、水洗、牵伸和热定型工艺得到最终所述的阻燃腈纶纤维。

有益效果：本发明的具体优势如下：

(1)本发明中的离子液体阻燃剂不会挥发，具有较好的水溶性。

(2)离子液体的结构的“可设计性”，可为腈纶纤维共混法的工艺提供最佳 的相容性的阻燃剂设计。极佳的相容性和超优的阻燃性都是传统阻燃剂没法达 到的。

(3)由于“离子”的特别结构在阻燃剂和腈纶高分子链间引入不同的分子 力，使得阻燃腈纶耐久性好很多。

(4)由于离子液体对有机物、无机物、高分子材料都有良好的溶解性，离 子液体阻燃剂可以传统阻燃剂复配使用，并可提高传统阻燃剂在腈纶中的相容 性和分散性，减少对腈纶纤维的物理机械性能的影响。

(5)本发明中的阻燃剂可以是反应型的，也可以添加型的。本发明中得到 的腈纶纤维的可染色性能提高，腈纶纤维的抗静电特性提高。

附图说明

图1是本发明中的常见离子液体阳离子结构示意图；

图2是本发明中的常见离子液体的阴离子结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域 的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做 出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不 是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创 造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，一种共混阻燃腈纶纤维，所述的阻燃腈纶纤维是在纤维纺 丝液中添加离子液体阻燃剂，共混纺丝获得。

所述的离子液体阻燃剂包含离子液体成分，其分子式如下：A+B-其分子式 如下：A+B-；阳离子的结构可为下列结构中的一种：

其中，R(0-5)可分别从下列基团选取：氢、C(1-20)烷基、芳香基、C(3-10) 杂环、C(3-10)环烷基、(C3-ClO)杂环(C1-C8)烷基,芳香基(Cl-C8)烷基,杂环 芳香基和杂环芳香基(Cl-C8)烷基；上述基团没有取代基，或者有下列取代基团： 一个或两个卤素、硝基、三氟代甲基、三氟代甲氧基,甲氧基,羧基,-NH2,-OH, -SH,-NHCH3,-N(CH3)2,氰基,-SO3H,-P(O)(OC(1-5))2。

阴离子可从图2中所列的阴离子中选取，其中，R从下列基团选取：氢、C (1-20)烷基、芳香基、C(3-10)杂环、C(3-10)环烷基、(C3-ClO)杂环(C1-C8) 烷基,芳香基(Cl-C8)烷基,杂环芳香基和杂环芳香基(Cl-C8)烷基。上述基团 没有取代基，或者有下列取代基团：一个或两个卤素、硝基、三氟代甲基、三 氟代甲氧基,甲氧基,羧基,-NH2,-OH,-SH,-NHCH3,-N(CH3)2,氰基,-SO3H, -P(O)(OC(1-5))2。

所述的离子液体阻燃剂是单一的离子液体，或者是几种离子液体混用，或 者是离子液体和传统阻燃剂混用，所述传统阻燃剂包括：无机阻燃剂、卤系阻 燃剂、磷和膦系阻燃剂和氮系阻燃剂。

所述的离子液体单体占整个单体的比例的0.1％-50％，或者为1％-40％，或者 为3％-30％，或者为5％-20％。

具体实施例

N-丁基-N-甲基哌啶溴盐

一种根据所述的共混阻燃腈纶纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)将20％重量份数的N-丁基-N-甲基哌啶溴盐阻燃剂与通过一步法或二 步法制得的聚丙烯腈的无机溶剂纺丝原液共混，配制成共混纺丝原液；

(2)然后采用无机溶剂纺丝路线制造腈纶的方法制造腈纶；

(3)经纺丝、水洗、牵伸和热定型工艺得到最终所述的阻燃腈纶纤维。

本发明中的阻燃剂是基于离子液体化合物。离子液体是指在室温或接近室 温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。离子液体 作为离子化合物，其熔点较低的主要原因是因其结构中某些取代基的不对称性 使离子不能规则地堆积成晶体所致。

它是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成，所述阳离子见下图1，有季铵 盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐离子等。所述阴离子见下图2，有卤 素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子、磷酸酯阴离子、磺酸酯阴离子等。

本发明中的离子液体阻燃剂不会挥发，具有较好的水溶性。离子液体的结 构的“可设计性”，可为腈纶纤维共混法的工艺提供最佳的相容性的阻燃剂设计。 极佳的相容性和超优的阻燃性都是传统阻燃剂没法达到的。由于“离子”的特 别结构在阻燃剂和腈纶高分子链间引入不同的分子力，使得阻燃腈纶耐久性好 很多。由于离子液体对有机物、无机物、高分子材料都有良好的溶解性，离子 液体阻燃剂可以传统阻燃剂复配使用，并可提高传统阻燃剂在腈纶中的相容性 和分散性，减少对腈纶纤维的物理机械性能的影响。

本发明中的阻燃剂可以是反应型的，也可以添加型的。本发明中得到的腈 纶纤维的可染色性能提高，腈纶纤维的抗静电特性提高。

Claims (8)

1.一种共混阻燃腈纶纤维，其特征在于：所述的阻燃腈纶纤维是在纤维纺丝液中添加离子液体阻燃剂，共混纺丝获得。

2.根据权利要求1所述的共混阻燃腈纶纤维，其特征在于：所述的离子液体阻燃剂包含离子液体成分，其分子式如下：A+B-；阳离子的结构可为下列结构中的一种：

其中，R(0-5)可分别从下列基团选取：氢、C(1-20)烷基、芳香基、C(3-10)杂环、C(3-10)环烷基、(C3-ClO)杂环(C1-C8)烷基,芳香基(Cl-C8)烷基,杂环芳香基和杂环芳香基(Cl-C8)烷基；

上述基团没有取代基，或者有下列取代基团：一个或两个卤素、硝基、三氟代甲基、三氟代甲氧基,甲氧基,羧基,-NH2,-OH,-SH,-NHCH3,-N(CH3)2,氰基,-SO3H,-P(O)(OC(1-5))2；

阴离子可从下列结构中所列的阴离子中选取：

其中，R从下列基团选取：氢、C(1-20)烷基、芳香基、C(3-10)杂环、C(3-10)环烷基、(C3-ClO)杂环(C1-C8)烷基,芳香基(Cl-C8)烷基,杂环芳香基和杂环芳香基(Cl-C8)烷基；

上述基团没有取代基，或者有下列取代基团：一个或两个卤素、硝基、三氟代甲基、三氟代甲氧基,甲氧基,羧基,-NH2,-OH,-SH,-NHCH3,-N(CH3)2,氰基,-SO3H,-P(O)(OC(1-5))2。

3.根据权利要求2所述的共混阻燃腈纶纤维，其特征在于：所述的离子液体阻燃剂是单一的离子液体，或者是几种离子液体混用，或者是离子液体和传统阻燃剂混用，所述传统阻燃剂包括：无机阻燃剂、卤系阻燃剂、磷和膦系阻燃剂和氮系阻燃剂。

4.根据权利要求3所述的共混阻燃腈纶纤维，其特征在于：所述的离子液体单体占整个单体的比例的0.1％-50％。

5.根据权利要求3所述的共混阻燃腈纶纤维，其特征在于：所述的离子液体单体占整个单体的比例的1％-40％。

6.根据权利要求3所述的共混阻燃腈纶纤维，其特征在于：所述的离子液体单体占整个单体的比例的3％-30％。

7.根据权利要求3所述的共混阻燃腈纶纤维，其特征在于：所述的离子液体单体占整个单体的比例的5％-20％。

8.一种根据权利要求1所述的共混阻燃腈纶纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将20％重量份数的N-丁基-N-甲基哌啶溴盐阻燃剂与通过一步法或二步法制得的聚丙烯腈的无机溶剂纺丝原液共混，配制成共混纺丝原液；

(2)然后采用无机溶剂纺丝路线制造腈纶的方法制造腈纶；

(3)经纺丝、水洗、牵伸和热定型工艺得到最终所述的阻燃腈纶纤维。