阅读说明：本技术 一种阻燃再生纤维素纤维及其制备方法 (Flame-retardant regenerated cellulose fiber and preparation method thereof ) 是由 刘晓辉 张秋艳 任元林 郑云波 程博闻 于 2021-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种阻燃再生纤维素纤维,所述阻燃再生纤维素纤维极限氧指数≥28％、含磷量≤2％。本发明还公开了上述阻燃再生纤维素纤维的制备方法。所述制备方法包括阻燃剂磷酸化生物质的制备、无机阻燃剂分散液的制备、阻燃再生纤维素纤维的制备。本发明所述阻燃再生纤维素纤维,不含传统卤素阻燃剂,使用含磷量极少的纤维素质阻燃剂和无机阻燃剂复配,得到阻燃性能优异的纤维素纤维,大大减少了含磷阻燃剂对环境的危害。阻燃再生纤维素纤维极限氧指数≥28％,磷含量≤2％。(The invention discloses a flame-retardant regenerated cellulose fiber, wherein the limited oxygen index of the flame-retardant regenerated cellulose fiber is more than or equal to 28 percent, and the phosphorus content is less than or equal to 2 percent. The invention also discloses a preparation method of the flame-retardant regenerated cellulose fiber. The preparation method comprises the steps of preparing flame retardant phosphorylated biomass, preparing inorganic flame retardant dispersion liquid and preparing the flame-retardant regenerated cellulose fiber. The flame-retardant regenerated cellulose fiber does not contain the traditional halogen flame retardant, and the cellulose flame retardant with extremely low phosphorus content and the inorganic flame retardant are compounded to obtain the cellulose fiber with excellent flame retardant property, so that the harm of the phosphorus-containing flame retardant to the environment is greatly reduced. The limit oxygen index of the flame-retardant regenerated cellulose fiber is more than or equal to 28 percent, and the phosphorus content is less than or equal to 2 percent.)

一种阻燃再生纤维素纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及功能再生纤维素纤维技术领域，具体涉及一种阻燃再生纤维素纤维及其制备方法。

背景技术

纺织品的防火性能关乎到人们的生命财产安全性能，提高纺织品的阻燃性能具有重要意义。近年来国内外对阻燃纺织品的关注度大幅度提升，使得对阻燃纺织品的阻燃安全性能提出了更高的要求。目前市场上针对产业化的阻燃纤维素纤维纺织品制备方法主要分为后整理工艺和共混添加工艺。其中，Proban和Provatex CP是商用化的利用后整理工艺获得阻燃纤维素纤维产品的方法。这两种工艺摒弃了传统的卤素阻燃剂，采用磷/氮系阻燃剂赋予纤维素纺织品优异的阻燃性。但是，甲醛等致癌物质的释放限制了广泛使用。为减少有毒物质释放的问题，专利CN102482800A和CN103370458A公开了阻燃粘胶纤维及其制备方法，利用含磷、硫、氮等阻燃化合物加入到黏胶纺丝液中制备得到阻燃再生纤维素纤维。在生产过程中阻燃剂添加量大致使阻燃纤维力学性能下降，使用过程中也存在阻燃剂大量流失的问题。为了解决了现有技术中纤维素纤维阻燃性能与力学性能两者难以兼顾的问题，专利CN201210555849通过共混添加焦磷酸酯类阻燃剂制备阻燃再生纤维素纤维(黏胶)，在一定程度上弥补了因阻燃剂添加对纤维力学性能造成的影响。 CN110067034A利用焦磷酸哌嗪或焦磷酸哌嗪与其他阻燃剂的复配物作为阻燃添加剂制备阻燃再生纤维素纤维(lyocell)，克服了阻燃剂在再生纤维素纤维纺丝过程中流失严重的问题。焦磷酸酯类和焦磷酸哌嗪类阻燃剂与纤维素之间结合差、使得阻燃剂在纺丝液中分散不均匀，同时生产工艺复杂、成本高。含磷阻燃剂的大量使用，对生态环境也会造成一定的影响，出现生物富集现象。因此，大量含磷阻燃剂的使用也不是阻燃再生纤维素纤维的最佳选择。专利CN109440213A公开了一种氧化石墨烯改性阻燃纤维素纤维及其制备方法，利用氧化石墨烯作为阻燃助剂添加到再生纤维素纺丝液中，解决了阻燃剂分散困难、阻燃剂添加量大、易流失，纤维强力低等难题。

综上所述，现有技术制备阻燃再生纤维素纤维存在以下不足之处：

(1)阻燃剂与纺丝原液相容性差、阻燃剂在纺丝液中分散不均匀的问题。

(2)大量添加含磷阻燃剂导致纤维力学性能下降和影响环境的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明目的是在于提供一种阻燃再生纤维素纤维及其制备方法。本发明突出解决的技术难点是：

(1)提高阻燃剂与纺丝原液之间的相溶性，使阻燃剂在纺丝原液中均匀分布。

(2)减少含磷阻燃剂的使用。

为解决上述技术难点，本发明采取以下技术方案：

所述阻燃再生纤维素纤维，其极限氧指数≥28％、含磷量≤2％。

所述阻燃再生纤维素纤维制备方法，包括阻燃剂磷酸化纤维素的制备、无机阻燃剂分散液的制备、阻燃再生纤维素纤维的制备。

(1)所述磷酸化生物质的制备，磷酸化试剂和生物质粉末按照质量比10∶1-1∶10的比例加入到 N，N-二甲基甲酰胺中，在温度为100-160℃下反应0.5-28小时。然后将所得溶液过滤，得到磷酸化生物质粉末，用无水乙醇充分洗涤多次，得到松散磷酸化生物质粉末。

所述磷酸化试剂为为磷酸、焦磷酸、偏磷酸、植酸、亚磷酸、五氧化二磷等其中的一种或几种。

所述生物质粉末为纤维素粉、壳聚糖、环糊精当中的一种或几种。

(2)所述无机阻燃剂分散液的制备，将氨基化碳纳米管和Mxene加入到质量分数为50-75％的NMMO水溶液中，超声分散1-6小时。

(3)所述阻燃再生纤维素纤维的制备，将磷酸化生物质和纤维素浆粕加入到上述无机阻燃分散液中混合均匀得到阻燃纺丝原液，经湿法纺丝工艺进行纺丝成型制备得到阻燃再生纤维素纤维；所述磷酸化生物质阻燃剂加入量为纺丝原液中α-纤维素含量的5-30％；所述无机阻燃剂加入量为纺丝原液中α-纤维素含量的0.1-3％。

所述湿法纺丝，凝固浴组成为质量分数为1-20％的NMMO水溶液，凝固浴温度为0-45℃。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所公开制备的阻燃剂为生物质型阻燃剂，与传统阻燃剂相比，具有良好的生物相容性，可在纤维素纺丝原液中形成均匀分散的具有阻燃功能的纺丝液。

(2)本发明所公开的无机阻燃剂氨基化碳纳米管和Mxene不仅可以作为助剂提高纤维的阻燃性能减少含磷阻燃剂的使用，同时亲水性Mxene的加入也增加了无机阻燃剂在纤维纺丝原液中的分散性。

具体实施方式

为使本发明的目的、实现的技术手段易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外还应理解，本领域技术人员对本发明所做的各种改动或修改，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

本实施例中，阻燃再生纤维素纤维制备的具体步骤如下：

(1)所述磷酸化生物质的制备：10克磷酸和1.0克纤维素粉末按照质量比，加入到N，N-二甲基甲酰胺中，在温度为120-160℃下反应8小时。然后将所得溶液过滤，得到磷酸化纤维素粉末，用无水乙醇充分洗涤多次，得到松散磷酸化纤维素粉末。

(2)所述无机阻燃剂分散液的制备，将0.01克氨基化碳纳米管和0.2克Mxene加入到10克质量分数为50％的NMMO水溶液中，超声分散6小时。

(3)所述阻燃再生纤维素纤维的制备，将0.3克磷酸化纤维素和0.7克纤维素浆粕加入到上述无机阻燃分散液中混合均匀得到阻燃纺丝原液，经加热、抽真空、机械搅拌，待纤维素完全溶解后，得到具有阻燃功能的纺丝液，经牵伸、凝固浴、牵伸和成型等工艺，制得阻燃再生纤维素纤维。经检测纤维极限氧指数为27.9％，含磷量为1.24％。

实施例2

本实施例中，阻燃再生纤维素纤维制备的具体步骤如下：

(1)所述磷酸化生物质的制备：200克亚磷酸和30克纤维素粉末，加入到N，N-二甲基甲酰胺中，在温度为130℃下反应7小时。然后将所得溶液过滤，得到磷酸化纤维素粉末，用无水乙醇充分洗涤多次，得到松散磷酸化纤维素粉末。

(2)所述无机阻燃剂分散液的制备，10克氨基化碳纳米管和0.7克Mxene加入到500克质量分数为50％的NMMO水溶液中，超声分散6小时。

(3)所述阻燃再生纤维素纤维的制备，将15克磷酸化纤维素和35克纤维素浆粕加入到上述无机阻燃分散液中混合均匀得到阻燃纺丝原液，经加热、抽真空、机械搅拌，待纤维素完全溶解后，得到具有阻燃功能的纺丝液，经牵伸、凝固浴、牵伸和成型等工艺，制得阻燃再生纤维素纤维。经检测纤维极限氧指数为27.3％，含磷量为0.77％。

实施例3

本实施例中，阻燃再生纤维素纤维制备的具体步骤如下：

(1)所述磷酸化生物质的制备：50克焦磷酸和5.0克纤维素粉末，加入到N，N-二甲基甲酰胺中，在温度为140℃下反应8小时。然后将所得溶液过滤，得到磷酸化纤维素粉末，用无水乙醇充分洗涤多次，得到松散磷酸化纤维素粉末。

(2)所述无机阻燃剂分散液的制备，将25克氨基化碳纳米管和5克Mxene加入到1000克质量分数为50％的NMMO水溶液中，超声分散6小时。

(3)所述阻燃再生纤维素纤维的制备，将20克磷酸化纤维素和80克纤维素浆粕加入到上述无机阻燃分散液中混合均匀得到阻燃纺丝原液，经加热、抽真空、机械搅拌，待纤维素完全溶解后，得到具有阻燃功能的纺丝液，经牵伸、凝固浴、牵伸和成型等工艺，制得阻燃再生纤维素纤维。经检测纤维极限氧指数为29.9％，含磷量为0.94％。