[發明專利]一種阻燃纖維素基預氧化纖維制品及其制備方法

有效

• 申請號: 202111323645.5
• 申請日: 2021-11-10
• 公開（公告）號: CN113981688B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 吳琪琳;何敬宗;趙雪;貢永青;劉玉慧;吳聰影
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D06M13/44
• 分類號: D06M13/44;D06M101/06
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 賈春林

本發明涉及一種阻燃纖維素基預氧化纖維制品及其制備方法，該方法是將含有阻燃整理劑的纖維素纖維制品進行預氧化即得到阻燃纖維素基預氧化纖維制品。其中，所述含有阻燃整理劑的纖維素纖維制品上的含水率為3wt％以下，阻燃整理劑含有磷酸和氨基酸，且阻燃整理劑中磷酸和氨基酸的摩爾比為1:1.5～3。制得的阻燃纖維素基預氧化纖維制品中的主要成分為含有碳網型結構和線型結構的物質；其中，碳網型結構主要由纖維素自身熱解產物與含磷酰二胺的環狀結構反應生成；線型結構主要由纖維素自身熱解產物與含磷酰二胺的酸酐結構反應生成；含磷酰二胺的環狀結構與酸酐結構均由氨基酸與磷酸反應所得。本發明的方法環保，成本低，制得的纖維制品的極限氧指數為60％以上，大幅超出目前利用纖維素纖維為原料制備出的阻燃纖維(30～45％)，能適應極端條件的應用場景。

技術領域

本發明屬于阻燃制品技術領域，涉及一種阻燃纖維素基預氧化纖維制品及其制備方法。

背景技術

纖維素廣泛存在于棉、麻、木材、蘆葦等天然物質中。通過一定的工藝處理方法對纖維素分子進行加工重塑可以制得各類纖維素纖維，主要包括粘膠纖維、Lyocell萊賽爾纖維、莫代爾纖維和銅氨纖維等再生纖維素纖維。目前，各類纖維素纖維因其優異的性能而大規模應用于紡織、服裝、衛生、室內裝修以及其它特殊領域。但由于纖維素纖維極易被引燃，各類相關產品的廣泛應用也帶來了不容忽視的火災安全隱患，極大地限制了其在對阻燃要求較高的領域的應用。因此，提高纖維素纖維的阻燃性能或制備出具有阻燃性能的纖維素類衍生纖維具有重要意義和價值。

纖維素阻燃處理目前主要有三類技術。第一類技術是將阻燃劑添加至紡絲原液中，再通過紡絲制得阻燃纖維素纖維，如CN103541034A、CN113248532A、CN112323159A、CN110067034B等專利公開的技術。該類技術提高了纖維素纖維的阻燃性能，極限氧指數達到27～39％，但制備工藝相對復雜，步驟和影響參數眾多，且部分技術阻燃劑添加比例較大，成本偏高。第二類技術是通過阻燃整理劑對纖維素纖維或織物進行染整后處理，如CN112680963A、CN106958143A等專利公開了阻燃劑的制備方法及采用浸漬、烘焙等后處理工藝應用于纖維素纖維的阻燃處理技術，制得的阻燃纖維極限氧指數為30～40％，阻燃效果也并不十分突出，難以應用于超高溫高熱及高氧濃度環境等極端條件下的阻燃應用要求。第三類技術是將纖維素纖維進行預氧化處理，在阻燃添加劑的配合下使纖維素纖維轉變為氧化纖維，其結構發生一定的改變，阻燃性能得到提高，最終纖維素基氧化絲的極限氧指數達到35～45％。該方法目前所用的阻燃添加劑主要為無機鹽類物質與硅油等物質的混合物，通過影響纖維素在預氧化過程中的結構轉變過程從而提高纖維織物的阻燃性能。該方法主要側重于阻燃添加劑的探索和氧化工藝的調控，原理上與前兩類技術有所區別。目前相關研究較少，空白較多，且現有工藝的制備得率較低從而導致生產成本偏高，因此采用該法制備的阻燃纖維在阻燃性能和得率方面仍有較大的提升空間，在滿足特定的高阻燃性需求的領域具有較大的開發潛力。

因此，研究一種得率高且阻燃性能好的阻燃纖維素基預氧化纖維制品的方法具有十分重要的意義。

發明內容

針對現有技術上的不足，本研究的目的是在纖維素纖維的阻燃性能上取得突破，提供一種阻燃纖維素基預氧化纖維制品及其制備方法，具體是：以磷酸為酸源和磷源，氨基酸為氮源配制阻燃整理劑，通過浸漬吸附的方式使有效阻燃成分吸附于纖維表面。隨后在預氧化的加溫過程中，磷酸與氨基酸反應生成環磷酰二胺及酸酐等相關結構，再通過縮醛反應和酯化反應與纖維素熱解衍生物以化學鍵的形式發生結合，逐漸形成交聯結構。本發明制備的預氧化纖維制品的熱穩定性突出，阻燃性能卓越，極限氧指數普遍達60％以上，最高可達65.0％，UL-94阻燃等級達V-0(最高等級)。本發明的方法簡便，原料環保、廣泛易得且成本較低，在汽車、航空、建筑等對阻燃性要求較高的領域具有廣闊的應用前景。

為達到上述目的，本發明采用的方案如下：

一種阻燃纖維素基預氧化纖維制品的制備方法，將含有阻燃整理劑的纖維素纖維制品進行預氧化即得到阻燃纖維素基預氧化纖維制品；