[發明專利]芳綸纖維及其改性體作為阻燃劑的阻燃熱塑性塑料

在審

• 申請號: 201710101700.3
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106883587A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 陳希磊;孫立水;凌坤華;范陽海;紀明智
• 申請（專利權）人: 江蘇斯德瑞克化工有限公司
• 主分類號: C08L75/04
• 分類號: C08L75/04;C08L77/10
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

本發明屬于阻燃熱塑性塑料的技術領域，具體涉及芳綸纖維及其改性體作為阻燃劑的阻燃熱塑性塑料。

背景技術

熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）是目前世界上比較常用的塑料之一，它兼具了塑料的加工工藝性能與橡膠的物理機械性能，具有高彈性、高強度、高耐磨性、耐輻射性、耐油性、耐低溫脆性，并且硬度在很大范圍內可調等力學性能，在國民經濟的許多領域有廣泛的應用。但是TPU由于本身結構特殊，極容易燃燒，TPU燃燒時火焰劇烈并且伴有濃烈的黑煙，熱釋放量大，同時具有嚴重的熔滴滴淌現象，使其直接應用到工業具有很大的局限性，所以阻燃熱塑性聚氨酯材料的研究一直是當今聚氨酯材料研究的熱點。據《阻燃劑的發展及在塑料中的應用》（塑料，31:11-15，2002）介紹，傳統的阻燃劑（如鹵系阻燃劑）在火災中往往會產生很多有害煙氣，甚至提高了煙氣的毒性和腐蝕性，易造成重大人員傷亡。而傳統無鹵阻燃劑，如鋁鎂氫氧化物等阻燃效果好、低煙無毒，但所需阻燃劑的添加量較大，使材料的力學性能如拉伸強度，斷裂強度下降。

芳綸全稱為"聚對苯二甲酰對苯二胺"，英文為Aramid fiber，是一種新型高科技合成纖維，具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優良性能，其強度是鋼絲的 5～6倍 ，模量為鋼絲或玻璃纖維的2～3倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量僅為鋼絲的1/5左右，在560 ^oC的溫度下不分解不融化。它具有良好的絕緣性和抗老化性能，具有很長的生命周期。芳綸的發現，被認為是材料界一個非常重要的歷史進程。

芳綸纖維分為兩種，分別是間位芳綸纖維和對位芳綸纖維。這兩大類芳綸的主要區別是，酰胺鍵與苯環上的C原子相連接的位置不同。

間位芳綸的極限氧指數(LOI)大于28，因此當它離開火焰時不會繼續燃燒。間位芳綸的阻燃特性是由其自身化學結構所決定的，因而是一種永久阻燃纖維，不會因使用時間和洗滌次數降低或喪失阻燃性能。間位芳綸具有很好的熱穩定性，在205℃的條件下可以連續使用，在大于205℃高溫條件下仍能保持較高的強力。間位芳綸具有較高的分解溫度，而且在高溫條件下不會熔融、融滴，當溫度大于370℃時才開始炭化。對位芳綸的耐溫性能要高于間位芳綸，連續使用溫度范圍為-196 ℃ ～ 204 ℃，在560℃高溫下不分解、不熔化。對位芳綸最顯著的特性是高強度、高模量，其強度大于25克/旦，是優質鋼材的5～6倍、玻纖的3倍、高強尼龍工業絲的2倍； 模量是優質鋼材或玻璃纖維的2～3倍、高強尼龍工業絲的10倍。

盡管芳綸具有高強度、高模量、耐高溫、密度低等優異性能，但因為芳綸是由剛性分子鏈組成，具有獨特的皮-芯結構，芯部棒狀分子通過氫鍵平行排列，皮部由結晶度高的剛性分子鏈沿纖維軸向平行排列，皮部厚度約為整個纖維直徑的1%-40%，剛性分子鏈中，苯環對酰胺官能團上的氫具有屏蔽作用，使得該氫原子不活潑，難于被其它基團替代，且表面結晶度高，表面光滑，浸潤性差，限制了其在復合材料領域中的應用。

芳綸的整體結構中存在大量的微缺陷，當受力時，斷裂也往往從微缺陷展開，導致纖維力學性能降低。因而對芳綸纖維表面進行改性，增加表面活性基團，以及對纖維結構進行改性優化，減少內部微缺陷顯得尤為重要。

目前，芳綸纖維表面改性大體分為物理方法和化學方法兩種。物理法又包括表面涂層、高能射線、等離子體、超聲浸漬等；化學方法包括表面活性化、表面接枝等。

芳綸纖維由于其優異的耐高溫阻燃性能，已經引起了各方面的廣泛關注。在國內曾有人將芳綸纖維與羊毛、棉按照一定比例進行混紡，研究不同比例的紡織物的耐高溫阻燃性能，結果表明芳綸纖維的添加對紡織物的耐高溫性能有顯著提高。還有報道稱采用芳綸纖維、阻燃粘膠以及導電纖維混紡，利用該混紡紗開發阻燃抗靜電復合功能織物。在國外，芳綸纖維已經被廣泛應用于如高溫過濾袋、消防服、消防面罩、軍警作訓服，飛機、汽車、高鐵的阻燃內飾及織物，制成防火毯、逃生繩、阻燃窗簾等。但是國內外并沒有將芳綸纖維用于阻燃TPU的相關研究，目前TPU的應用領域日益廣泛，對阻燃TPU的要求也愈加強烈。因此，研究芳綸纖維對TPU的阻燃性能，是十分有必要和有意義的。

發明內容

本發明的目的是：提供一種芳綸纖維及其改性體作為阻燃劑的阻燃熱塑性塑料，阻燃劑的阻燃效率高、用量少、低毒，并將其用于阻燃熱塑性塑料，尤其是熱塑性聚氨酯彈性體，克服現有熱塑性聚氨酯彈性體燃燒熱釋放量大、生煙多且毒性高的缺點。