阻燃母粒、阻燃母粒的制备方法及使用阻燃母粒制备阻燃纤维的方法

摘要

本发明公开了一种阻燃母粒、阻燃母粒的制备方法及使用阻燃母粒制备阻燃纤维的方法,所述阻燃母粒采用以下重量份的复合阻燃剂配方：溴系阻燃剂16～20份、三氧化二锑2～4份、尿素6～10份、CaCl2 0.3～0.5份、硬酯酸钙0.4～0.6份、PE蜡4～5份、偶联剂0.1～0.3份和熔纺基体聚合物60～70份，采用高速搅拌混合，以及合理的双螺杆喂入速度和熔融温度挤出造粒制备。将所述阻燃母粒与熔纺基体聚合物混合后经螺杆挤出机熔融挤出纺丝成形，制备涤纶、丙纶、尼龙等阻燃纤维。本发明解决了阻燃母粒添加纺丝法生产中原料阻燃母粒与熔纺基体聚合物相容性差、可纺性差的问题，大大降低了阻燃合成纤维的生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及阻燃功能纤维技术领域，尤其涉及合成纤维熔融纺丝三大品种：涤纶、尼龙、丙纶民用阻燃纤维制造技术领域。

背景技术

合成纤维中的三大熔纺品种：涤纶、尼龙、丙纶，在我国2011年产量达到两千多万吨。功能熔纺合成纤维的主导品种阻燃纤维，即使占三大熔纺品种产量的6%，年产量也将达到120多万吨。熔纺阻燃纤维的制备主要有共聚型(反应型)和共混型（添加型）两种方法，由于阻燃剂接枝、共聚到熔纺基体聚合物有较大的技术难度，对线性聚合物可纺性影响较大，导致成品阻燃纤维的物理机械性能指标较差，因此共混型阻燃纤维灵活性及可操作性更强。共混纺丝法一般采用阻燃母粒添加型生产阻燃纤维，但是由于目前我国阻燃母粒的质量问题，与熔纺基体聚合物的相容性较差，导致阻燃纤维在生产过程中可纺性差，产品的制成率低，生产成本高，难以大规模工业化生产。我国高档阻燃纺织品所用的阻燃纤维仍大部分还需依靠进口，这就导致阻燃纤维的价格较高，不能大量推广使用。

1998年9月开始实施的《中华人民共和国消防法》促进了我国阻燃纺织品技术的发展，特别是随着经济的快速发展和国家法制的健全，阻燃纺织品的扩展必将引起全社会的重视。阻燃纺织品离不了阻燃纤维，目前市场上的阻燃纤维由于原料问题，存在着强度低、手感不爽、色泽不艳以及生产成本高等问题，且阻燃耐久性也不及国外先进水平。最主要的技术缺陷还是在于原料可纺性差，制成率低、生产成本偏高。如果生产阻燃纤维像纺制有色纤维那样容易，我国的阻燃纺织品就不愁无米之炊，也必将在公用场所，诸如：宾馆、医院、影院剧场、火车、船舶、飞机、商业大厦、公寓、礼堂、娱乐休闲等场所的纺织品上迅速推广。此外，汽车的内装饰、建筑物顶棚及蓬盖布也将普及永久性阻燃织物。

自上世纪七十年代开始，美国杜邦、日本东洋、德国赫斯特公司就有阻燃涤纶商品及专利问世，进入八十年代后，国外已经进入多品种规模化生产，但关键技术及助剂对外严格保密，申请的专利数以百计，然而真正实施工业化的品种并不多，这主要问题还是阻燃原料添加后的聚合物可纺性差、制成率太低造成的。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种与熔纺基体聚合物相容性好、可纺性能和阻燃效果好的熔纺纤维用的阻燃母粒。

本发明所要解决的第二个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种与熔纺基体聚合物相容性好、可纺性能和阻燃效果好的熔纺纤维用的阻燃母粒的制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种使用与熔纺基体聚合物相容性好、可纺性能和阻燃效果好、生产成本低的阻燃母粒制备阻燃合成纤维的方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：

一种阻燃母粒，所述阻燃母粒采用以下重量份的复合阻燃剂配方制备而成：

溴系阻燃剂          16～20份，           

三氧化二锑          2～4份，

尿素CN₂H₄O           6～10份，       

CaCl₂                               0.3～0.5份，

硬酯酸钙            0.4～0.6份，

PE 蜡               4～5份，

偶联剂              0.1～0.3份，

熔纺基体聚合物      60～70份。

作为一种优选，所述溴系阻燃剂为溴代三嗪或十溴二苯醚。 

作为一种优选，所述偶联剂为KH560硅烷偶联剂或钛酸脂类偶联剂。

所述熔纺基体聚合物为涤纶、尼龙或丙纶，或者是其他熔融纺丝用的基体聚合物。

所述溴系阻燃剂为主阻燃剂，所述三氧化二锑、尿素为助阻燃剂。 

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：

制备阻燃母粒的方法，包括以下步骤：

（1）物料混合：将所述各种原料烘干后，采用600～1800转/分的高速搅拌混合，混合成体积小于6×5×5mm³的豆渣状颗粒。

（2）熔融造粒：将所述豆渣状颗粒喂入双螺杆挤出机,得到高出熔纺基体聚合物熔点8～16℃的阻燃熔体，然后挤出、冷却并切断造粒得到阻燃母粒。以涤纶、尼龙、丙纶基体聚合物为例，其双螺杆挤出机的各区温度设定为：第一区：160～220℃；第二区：180～240℃；第三区：220～260℃；第四区：250～280℃；第五区：260～290℃；第六区：230～285℃。阻燃熔体经双螺杆充分搅匀后，由挤出模头挤出若干根丝条，进入冷却水浴凝固成形，再经切粒机切成规定形状的阻燃母粒。

固态充分搅拌为液态均匀混合创造了条件，加上双螺杆旋转时模块啮合，阻燃熔体的各个组分分布得非常均匀，所述造粒时的双螺杆挤出机的喂料速度为确保进料段存在空隙，所述双螺杆挤出机的旋转速度为50～200转/分。

为解决上述第三个技术问题，本发明的技术方案是：

（一）使用涤纶阻燃母粒制备涤纶阻燃纤维的方法，包括以下步骤：

（1）干燥混料：将采用聚酯作为熔纺基体聚合物制备的涤纶阻燃母粒烘干至含水率＜200ppm，将涤纶切片烘干至含水率＜50ppm，按照涤纶阻燃母粒与涤纶切片的重量比为1:3～5的比例混合成混合原料。

（2）熔融挤出：将所述混合原料喂入螺杆挤出机熔融挤出，所述螺杆挤出机的四区温度设定为：第一区：255～265℃，第二区：270～280℃，第三区：280～290℃，第四区，280～290℃，纺丝箱温度为：282～286℃。

（3）纺丝卷绕：将螺杆挤出机挤出的熔体，通过纺丝组件的喷丝板，以210～230米/分的纺丝速度、760～1000米/分的卷绕速度纺丝成形，并在165～185℃进行热定型，得到断裂强度≥2.80 CN/dtex，断裂伸长率≤40.0%，极限氧指数（LOI）按照GB/T2406-1980测试其数值≥30.0%的阻燃涤纶纤维。

所述纺丝成形时的牵伸比为3～4，所述纺口保持温度为276～286℃，牵伸时牵伸辊温度为90～110℃。

（二）使用丙纶阻燃母粒制备丙纶阻燃纤维的方法，包括以下步骤：

（1）干燥混料：将丙纶作为熔纺基体聚合物制备的丙纶阻燃母粒烘干至含水率＜300ppm，按照丙纶阻燃母粒与丙纶切片的重量比为1:4～5的比例混合成混合原料，所述丙纶切片的熔融指数为28～32。

（2）熔融挤出：将所述混合原料喂入螺杆挤出机熔融挤出，所述螺杆挤出机的四区温度设定为：第一区：205～215℃；第二区：225～235℃；第三区：240～250℃；第四区：258～266℃；纺丝箱温度为：255～262℃。

（3）纺丝卷绕：将螺杆挤出机挤出的熔体，通过纺丝组件的喷丝板，以290～310米/分的纺丝速度、800～1000米/分的卷绕速度纺丝成形，并在135～142℃进行热定型，得到断裂强度≥2.60 CN/dtex，断裂伸长≤46.0%，极限氧指数（LOI）按照GB/T2406-1980测试其数值≥29.0%的阻燃丙纶纤维。

所述丙纶阻燃母粒烘干时的烘干温度≤100℃，所述纺丝成形时的牵伸比为2.8～3.5，牵伸时牵伸辊温度为60～90℃，所述纺口保持温度为245～265℃。

参照涤纶、丙纶的阻燃纤维制备工艺及原理，采用合理的工艺参数，添加本发明制备的阻燃母粒，可制备尼龙等其他熔纺合成纤维。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明采用卤素阻燃剂的复合配方，根据烯烃及烷烃类高聚物燃烧主要是OH自由基的连锁反应所致的机理，采用抑制机理和协同机理，卤素和三氧化二锑协效可生成不与OH自由基反应生成水的因素，充分发挥协同阻燃效果，并在配方中加入稳定剂控制熔纺基体聚合物的降解速度，制备时采取高速搅拌混料，以及设定合理的喂料速度和双螺杆挤出机的熔融挤出温度，将阻燃剂均匀分散到熔纺基体聚合物中去，并均匀、牢固地分布在粘度略低的分散剂和熔纺基体聚合物中，制备的阻燃母粒与熔纺基体聚合物的相容性良好，与熔纺基体聚合物共混纺丝时流动性好，熔纺基体聚合物的降解幅度小，可纺性能优良。

2、使用复合阻燃剂配方制备的阻燃母粒制备涤纶、丙纶等熔纺合成纤维，由于阻燃母粒与涤纶、丙纶等熔纺基体聚合物的相容性好，纺丝时可防性稳定，制成率高，且生产的阻燃纤维物理机械性能指标优良，阻燃效果好。

3、由于本发明解决了阻燃母粒添加纺丝法生产中阻燃母粒与熔纺基体聚合物相容性差、可纺性差的问题，解决了目前阻燃合成纤维的原料阻燃母粒主要依靠进口的问题，大大降低了阻燃合成纤维的生产成本，促进了我国阻燃合成纤维技术的发展，使得阻燃合成纤维的大规模工业化生产成为可能，以及阻燃民用合成纤维在各种公共场所、车内装饰、家庭装饰等领域能够得到大面积推广使用。

具体实施方式

下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例 1 涤纶阻燃母粒以及涤纶阻燃纤维的制备

（一）制备涤纶阻燃母粒：

将溴代三嗪16份、三氧化二锑2份、尿素7份、CaCl₂  0.3份、硬酯酸钙0.4份、PE 蜡4份、KH560硅烷偶联剂0.1份和涤纶切片70份烘干后，采用1000转/分的高速搅拌混合，因高速搅拌产生的热量熔化低熔点PE蜡，润湿粉末状的原料，固态粉体包裹着偶联剂，混合均匀后呈体积小于6×5×5mm³的豆渣状颗粒。

将豆渣状颗粒以100转/分的喂料速度喂入双螺杆挤出机,双螺杆的进料段应存在一定空隙，经双螺杆挤出并切断造粒，得到高出熔纺基体聚合物熔点8℃的阻燃熔体，双螺杆挤出机的各区温度设定；第一区：220℃；第二区：240℃；第三区：260℃；第四区：275℃；第五区：282℃；第六区：276℃；第七区：270℃，挤出丝条冷却凝固后切断成为4mm长的涤纶阻燃母粒。

（二）110dtex/24f涤纶阻燃纤维的制备：

将涤纶阻燃母粒烘干至含水率＜200ppm，将涤纶切片烘干至含水率＜50ppm，按照涤纶阻燃母粒与涤纶切片的重量比为1:3的比例混合，将混合原料喂入螺杆挤出机熔融挤出，所述螺杆挤出机的四区温度设定为：第一区：258℃；第二区：272℃；第三区：282℃；第四区：284℃；纺丝箱：282℃，所有熔体管道温度为284℃。

将螺杆挤出机挤出的熔体通过纺丝组件的喷丝板，以220米/分的纺丝速度、765米/分的卷绕速度纺丝成形，组件喷丝板下方的纺口保持温度为280℃，牵伸辊温度为95℃，牵伸比为3.1，并在175℃进行热定型，得到断裂强度2.81CN/dtex，断裂伸长率39.8%，极限氧指数（LOI）按照GB/T2406-1980测试其数值30.3%的110dtex/24f阻燃涤纶纤维。

实施例 2 丙纶阻燃母粒以及丙纶阻燃纤维的制备

（一）制备丙纶阻燃母粒：

将溴代三嗪19份、三氧化二锑3份、尿素7份、CaCl₂  0.5份、硬酯酸钙0.6份、PE 蜡5份、钛酸脂类偶联剂0.3份和丙纶切片65份烘干后，采用1450转/分的高速搅拌混合，因高速搅拌产生的热量熔化低熔点PE蜡，润湿粉末状的原料，固态粉体包裹着偶联剂，混合均匀后呈体积小于6×5×5mm³的豆渣状颗粒。

将豆渣状颗粒以120转/分的喂料速度喂入双螺杆挤出机,双螺杆的进料段应存在一定空隙，经双螺杆挤出并切断造粒，得到高出熔纺基体聚合物熔点10℃的阻燃熔体，双螺杆挤出机的各区温度设定；第一区：180℃；第二区：200℃；第三区：210℃；第四区：225℃；第五区：216℃；第六区：208℃；第七区：200℃，挤出丝条冷却凝固后切断成为4mm长的丙纶阻燃母粒。

（二）122dtex/36f丙纶阻燃纤维的制备：

将丙纶阻燃母粒烘干至含水率＜300ppm，烘干时的烘干温度≤100℃，按照丙纶阻燃母粒与丙纶切片的重量比为1:4.5的比例混合成混合原料，所述丙纶切片的熔融指数为28～32，将混合原料喂入螺杆挤出机熔融挤出，所述螺杆挤出机的四区温度设定为：第一区：210℃；第二区：230℃；第三区：245℃；第四区：258℃，所有熔体管道温度为258℃，纺丝箱温度为：256℃。

将螺杆挤出机挤出的熔体通过纺丝组件的喷丝板，以300米/分的纺丝速度、938米/分的卷绕速度纺丝成形，纺口保持温度为245℃，牵伸比为3.2，牵伸时牵伸辊温度为80℃，并在135℃进行热定型，得到断裂强度2.86 CN/dtex，断裂伸长42.6%，极限氧指数（LOI）按照GB/T2406-1980测试其数值29.5%的阻燃丙纶纤维。

实施例 3 涤纶阻燃母粒以及涤纶阻燃纤维的制备

（一）制备涤纶阻燃母粒：

将十溴二苯醚20份、三氧化二锑3份、尿素8份、CaCl₂  0.4份、硬酯酸钙0.5份、PE 蜡5份、钛酸脂类偶联剂0.2份和涤纶切片63份烘干后，采用1500转/分的高速搅拌混合，因高速搅拌产生的热量熔化低熔点PE蜡，润湿粉末状的原料，固态粉体包裹着偶联剂，混合均匀后呈体积小于6×5×5mm³的豆渣状颗粒。

将豆渣状颗粒以130转/分的喂料速度喂入双螺杆挤出机,双螺杆的进料段应存在一定空隙，经双螺杆挤出并切断造粒，得到高出熔纺基体聚合物熔点16℃的阻燃熔体，双螺杆挤出机的各区温度设定；第一区：222℃；第二区：242℃；第三区：262℃；第四区：277℃；第五区：287℃；第六区：282℃；第七区：272℃，纺丝箱：282～286℃，挤出丝条冷却凝固后切断成为4mm长的涤纶阻燃母粒。

（二）110dtex/36f涤纶阻燃纤维的制备：

将涤纶阻燃母粒烘干至含水率＜200ppm，将涤纶切片烘干至含水率＜50ppm，按照涤纶阻燃母粒与涤纶切片的重量比为1:4的比例混合，将混合原料喂入螺杆挤出机熔融挤出，所述螺杆挤出机的四区温度设定为：第一区：260℃；第二区：275℃；第三区：285℃；第四区：286℃，所有熔体管道温度为286℃，纺丝箱温度为：284℃。

将螺杆挤出机挤出的熔体以215米/分的纺丝速度、760米/分的卷绕速度纺丝成形，组件喷丝板下方的纺口保持温度为280℃，牵伸辊温度为96℃，牵伸比为3.5，并在175℃进行热定型，得到断裂强度2.83CN/dtex，断裂伸长率39.6%，极限氧指数（LOI）按照GB/T2406-1980测试其数值30.5%的110dtex/,36f阻燃涤纶纤维。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定                                               。

一切从本发明的构思出发，不经过创造性劳动所作出的结构变换均落在本发明的保护范围之内。