[發明專利]一種阻燃性木質素接枝聚丙烯腈復合纖維及制備方法

在審

• 申請號: 202110024757.4
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112853537A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 邵林
• 申請（專利權）人: 杭州神起科技有限公司
• 主分類號: D01F6/96
• 分類號: D01F6/96;C08F289/00;C08F220/44;C08F8/40
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本發明涉及聚丙烯腈復合纖維技術領域，且公開了一種阻燃性木質素接枝聚丙烯腈復合纖維，2?溴代異丁酯化木質素作為ATRP大分子引發劑，五甲基二乙烯三胺作為配體，溴化亞銅作為催化劑，通過ATRP原子轉移自由基聚合，引發丙烯腈單體在木質素基體中原位聚合，得到木質素接枝聚丙烯腈，木質素中的酚羥基具有捕捉自由基的特性，可以抑制聚丙烯腈高溫下的自由基降解反應，促進聚丙烯腈熱氧化發生離子環化反應，提高聚丙烯腈的熱穩定性和耐熱性能，磷酸基團作為活性阻燃成分，銨陽離子作為膨脹氣源，高成炭率的木質素作為膨脹碳源，形成膨脹阻燃劑體系，起到了優異的抑煙效果和阻燃性能。

技術領域

本發明涉及聚丙烯腈復合纖維技術領域，具體為一種阻燃性木質素接枝聚丙烯腈復合纖維及制備方法。

背景技術

聚丙烯腈纖維是以丙烯腈等單體聚合，并通過靜電紡絲、濕法紡絲等過程得到的纖維材料，聚丙烯腈纖維的性能類似與羊毛，彈性好、拉伸性高、耐候性和耐曬性能優良，具有柔軟、膨松、色澤鮮艷、耐光等優點，可以織成毛毯、地毯、衣料和室內用品等材料，木質素木質素是一種具有三維網絡的天然高分子聚合物，碳含量豐富，成炭率高，在碳纖維材料中具有廣闊的前景，并且木質素具有一定抗菌、抗氧化、抗紫外線等特點，可以與聚丙烯腈等纖維共混紡絲，得到性能優異的復合纖維材料，但是傳統的聚丙烯腈纖維阻燃性較差，溶液燃燒，并且燃燒會產生氰化氫等有毒氣體，嚴重污染了環境并危害人體健康，因此提高聚丙烯腈纖維的熱穩定性和阻燃性成為研究熱點。

阻燃劑是賦予高分子材料難燃性的功能性材料，常用的阻燃劑主要有氮磷系阻燃劑、膨脹阻燃劑、鹵素阻燃劑等，根據添加方式可以分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑，其中反應型阻燃劑使阻燃劑成分通過共聚、化學改性等方式，與高分子材料有機結合，賦予材料永久性的高阻燃性能，并且反應型阻燃劑對材料的使用性能影響較小。

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種阻燃性木質素接枝聚丙烯腈復合纖維及制備方法，解決了聚丙烯腈纖維的熱穩定性和阻燃性較差的問題。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種阻燃性木質素接枝聚丙烯腈復合纖維，所述阻燃性木質素接枝聚丙烯腈復合纖維的制法如下：

(1)向燒瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶劑、木質素和催化劑4-二甲氨基吡啶，在-5至5℃下，加入2-溴代異丁酰溴，控制木質素、4-二甲氨基吡啶和2-溴代異丁酰溴的質量比為100:6-15:10-25，攪拌均勻后在20-35℃下，進行酯化反應18-36h，加入蒸餾水析出沉淀，過濾溶劑，蒸餾水洗滌純化，制得2-溴代異丁酯化木質素。

(2)向三頸瓶中加入體積比為6-10:1的N,N-二甲基甲酰胺溶劑和四氫呋喃混合溶劑，再加入2-溴代異丁酯化木質素，攪拌溶解后加入丙烯腈和配體五甲基二乙烯三胺，通過冷凍、抽真空和充氮氣處理，再加入催化劑溴化亞銅，控制2-溴代異丁酯化木質素、丙烯腈、五甲基二乙烯三胺和溴化亞銅的質量比為4-15:100:1.5-4:1.2-3，在氮氣氛圍中，70-90℃下，進行ATRP原子轉移自由基聚合反應6-12h，置于冰水浴至冷卻，加入甲醇進行沉淀，過濾溶劑，甲醇和蒸餾水洗滌純化，制得木質素接枝聚丙烯腈。

(3)向反應瓶中加入蒸餾水溶劑、質量比為30-80:4-10:100的磷酸、尿素和木質素接枝聚丙烯腈，在60-90℃下，進行磷酸胺化改性反應1-3h，過濾溶劑，蒸餾水洗滌純化，制得磷酸銨改性木質素接枝聚丙烯腈。

(4)向反應瓶中加入二甲亞砜溶劑和磷酸銨改性木質素接枝聚丙烯腈，攪拌12-24h形成靜電紡絲液，進行濕法紡絲法，以體積比為100:50-60的二甲亞砜和蒸餾水混合溶劑作為凝固浴相，進行洗滌牽伸處理、高溫致密化處理和高倍牽伸處理，得到阻燃性木質素接枝聚丙烯腈復合纖維。

(三)有益的技術效果

與現有技術相比，本發明具備以下化學機理和有益技術效果：