一种耐高温阻燃性的涤纶纤维和制备工艺的制作方法

1.本发明涉及纤维技术领域，具体为一种耐高温阻燃性的涤纶纤维和制备工艺。


背景技术：

2.与普通纤维相比，阻燃纤维在燃烧过程中燃烧速率眀显下降，有毒烟雾释放较少，可燃性显著降低；广泛应用于服装、家居、装饰等方面。涤纶纤维的是目前用途最广、耗量最大的纤维材料，具有优良的机械强度和保形性，但是涤纶纤维属于易燃烧的纤维材料，因此需要对其进行阻燃改性，采用阻燃剂加入到涤纶纤维中，是增强涤纶纤维阻燃性能的常规方法。
3.目前的阻燃剂主要有含卤阻燃剂、磷氮系阻燃剂、硅系阻燃剂等，近年来研究学者都在大力研发应用于涤纶等纤维的无卤环保阻燃剂。公开号为cn113047040a的专利公开了一种氮磷复合阻燃剂、混纺织物、制备方法及其应用，制备了一种氮磷复合阻燃剂，可以减少涤纶织物的融滴滴落，提高阻燃性能。公开号为cn109912799a的专利公开了一种含磷有机硅阻燃剂及其制备和应用，制备的含磷有机硅阻燃剂能够较好的发挥其硅/磷的协同阻燃作用，可以提高pet聚酯材料的阻燃性能和抑烟性能。
4.相比于传统的氮磷阻燃剂和磷硅阻燃剂，氮磷硅类阻燃剂具有更好的阻燃、抑烟、抗熔滴等性能，本发明旨在制备一种含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂，提高涤纶纤维的耐高温和阻燃性。


技术实现要素：

5.（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂，提高涤纶纤维的耐高温和阻燃性。
6.（二）技术方案一种耐高温阻燃性的涤纶纤维的制备工艺，所述耐高温阻燃性的涤纶纤维按照如下工艺进行制备：（1）将pet聚酯切片、含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂混合均匀，通过双螺杆挤出机进行共混挤出，然后牵条切粒，得到阻燃性pet料粒。
7.（2）将pet聚酯切片、阻燃性pet料粒在纺丝机上进行熔融纺丝，得到耐高温阻燃性的涤纶纤维。
8.进一步的，所述（1）中氮磷硅聚合物阻燃剂的质量是聚酯切片的25-40%。
9.进一步的，所述（1）中挤出机的转速为15-40 r/min，挤出机的温度为260-290℃。
10.进一步的，所述（2）中阻燃性pet料粒的质量是pet聚酯切片的8-22%。
11.进一步的，所述（2）中纺丝机中纺丝温度为265-280 ℃，螺杆转速为300-600 r/min，卷绕速度为1000-1500 r/min。
12.进一步的，所述含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂按照
如下工艺进行制备：（3）将1,3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷、n-(4-羟基苯基)马来酰亚胺加入到甲醇中，搅拌回流反应3-8 h，控制反应温度为60-70 ℃，减压蒸馏，乙醚洗涤、干燥，得到双羟基马来酰亚胺二硅氧烷中间体。
13.（4）将100份的二苯基甲烷-4,4
’‑
二异氰酸酯、150-210份的双羟基马来酰亚胺二硅氧烷中间体、80-110份10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧化物、加入到n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基乙酰胺溶剂中，氮气氛围中滴加3-5份二月桂酸二丁基锡，反应后冷却，过滤，去离子水、乙醇洗涤，得到含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂。
14.进一步的，所述（3）中n-(4-羟基苯基)马来酰亚胺的质量是1,3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷的250-320%。
15.进一步的，所述（4）中反应的时间为2-5 h，控制反应温度为70-85 ℃。
16.（三）有益的技术效果本发明利用1,3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷和n-(4-羟基苯基)马来酰亚胺的烯基发生迈克尔加成反应，生成双羟基马来酰亚胺二硅氧烷中间体；然后与二苯基甲烷-4,4
’‑
二异氰酸酯、10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧化物在二月桂酸二丁基锡的催化下，进行聚合反应，得到新型的含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂。然后与pet熔融共混，得到阻燃性pet料粒，最后在与pet熔融纺丝，得到耐高温阻燃性的涤纶纤维。
17.氮磷硅聚合物阻燃剂含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构，形成氮磷硅协效阻燃体系，在涤纶纤维燃烧时，可以提高了纤维材料的成炭性，并且硅氧烷结构热分解生成无机硅，与炭层复合在材料表面形成连续致密的覆盖层，可以起到隔热隔氧的效果，抑制了涤纶纤维的燃烧过程，同时覆盖层可以抑制烟气挥发，改善涤纶纤维的抑烟性和抗熔滴性。氮磷硅聚合物阻燃剂含有耐高温性的马来酰亚胺和硅氧烷结构，在高温下不易热分解，与pet聚酯在熔融过程中形成物理交联网络，有利于提高涤纶纤维的热分解温度，增强耐高温性能。
附图说明
18.图1是双羟基马来酰亚胺二硅氧烷中间体制备反应路线。
19.图2是氮磷硅聚合物阻燃剂制备反应路线。
20.图3是氮磷硅聚合物阻燃剂的红外光谱。
具体实施方式
21.为了便于理解本发明，下面将参照实施例对本发明进行更全面的描述，以下给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
22.实施例1
23.将2.5 g的1,3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷、7.5 g的n-(4-羟基苯基)马来酰亚胺加入到80 ml的甲醇中，搅拌回流反应4 h，控制反应温度为65 ℃，减压蒸馏，乙醚洗涤、干燥，得到双羟基马来酰亚胺二硅氧烷中间体；制备反应路线如说明书附图1所示。
24.进一步地，说明书附图3的红外光谱中3406cm-1
是双羟基马来酰亚胺二硅氧烷中间体的酚羟基的红外吸收峰，1658cm-1
是氨基和马来酰亚胺环的烯基发生迈克尔加成反应，生成的亚氨基-nh-的特征吸收峰；1171 cm-1
是si-o-si的特征吸收峰；1081cm-1
是马来酰亚胺环发生迈克尔加成反应，生成的琥珀酰亚胺环中c-n-c的特征吸收峰。
25.将3 g二苯基甲烷-4,4
’‑
二异氰酸酯、6.3g的双羟基马来酰亚胺二硅氧烷中间体、3 g的10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧化物、加入到100 ml的n,n-二甲基甲酰胺中，氮气氛围中滴加0.12 g二月桂酸二丁基锡，反应2 h，控制反应温度为85 ℃，反应后冷却，过滤，去离子水、乙醇洗涤，得到含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂；制备反应路线如说明书附图2所示。
26.进一步地，说明书附图3的红外光谱中1621cm-1
是羟基和异氰酸酯基团生成的氨基甲酸酯基团的c=o的伸缩振动吸收峰，1436cm-1
是氨基甲酸酯基团的n-h的弯曲振动吸收峰；1186 cm-1
是si-o-si的特征吸收峰；1083cm-1
是琥珀酰亚胺环中c-n-c的特征吸收峰。
27.将pet聚酯切片、含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂混合均匀，其中氮磷硅聚合物阻燃剂的质量是聚酯切片的25%，通过双螺杆挤出机进行共混挤出，控制挤出机的转速为40 r/min，挤出机一区温度为260℃、二区温度为290℃、三区温度为280℃、四区温度为280℃，然后牵条切粒，得到阻燃性pet料粒。
28.将pet聚酯切片、pet聚酯切片质量8%的阻燃性pet料粒在纺丝机上进行熔融纺丝，纺丝机中纺丝温度为280 ℃，螺杆转速为400 r/min，卷绕速度为1500 r/min，得到耐高温阻燃性的涤纶纤维。
29.实施例2
30.将2.5 g的1,3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷、6.25 g的n-(4-羟基苯基)马来酰亚胺加入到40 ml的甲醇中，搅拌回流反应8 h，控制反应温度为60 ℃，减压蒸馏，乙醚洗涤、干燥，得到双羟基马来酰亚胺二硅氧烷中间体。
31.将3 g二苯基甲烷-4,4
’‑
二异氰酸酯、6.3g的双羟基马来酰亚胺二硅氧烷中间体、3.3 g的10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧化物、加入到150 ml的n,n-二甲基乙酰胺中，氮气氛围中滴加0.15 g二月桂酸二丁基锡，反应5 h，控制反应温度为75 ℃，反应后冷却，过滤，去离子水、乙醇洗涤，得到含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂。
32.将pet聚酯切片、含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂混合均匀，其中氮磷硅聚合物阻燃剂的质量是聚酯切片的30%，通过双螺杆挤出机进行共混挤出，控制挤出机的转速为40 r/min，挤出机一区温度为260℃、二区温度为290℃、三区温度为280℃、四区温度为280℃，然后牵条切粒，得到阻燃性pet料粒。
33.将pet聚酯切片、pet聚酯切片质量12%的阻燃性pet料粒在纺丝机上进行熔融纺丝，纺丝机中纺丝温度为265 ℃，螺杆转速为600 r/min，卷绕速度为1200 r/min，得到耐高温阻燃性的涤纶纤维。
34.实施例3
35.将2.5 g的1,3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷、8 g的n-(4-羟基苯基)马来酰亚胺加入到80 ml的甲醇中，搅拌回流反应3 h，控制反应温度为70 ℃，减压蒸馏，乙醚洗涤、干燥，得到双羟基马来酰亚胺二硅氧烷中间体。
10-膦菲-10-氧化物混合均匀，通过双螺杆挤出机进行共混挤出，控制挤出机的转速为40 r/min，挤出机一区温度为260℃、二区温度为290℃、三区温度为280℃、四区温度为280℃，然后牵条切粒，得到母粒。
48.将pet聚酯切片、pet聚酯切片质量8%的母粒在纺丝机上进行熔融纺丝，纺丝机中纺丝温度为280 ℃，螺杆转速为400 r/min，卷绕速度为1500 r/min，得到涤纶纤维。
49.涤纶纤维的燃烧性能通过锥形量热仪进行测试，样品尺寸为100mm
×
100mm
×
3 mm，热通量为35 kw/m2。
50.涤纶纤维的阻燃性能通过氧指数试验机进行测试，测试方式参照gb/t 5454-1997标准。
51.表1涤纶纤维燃烧性能和阻燃性能测试表。
52.最大热释放速率（kw/m2）总热释放量（mj/m2）烟释放速率（m2/s）极限氧指数（%）实施例1325.211.260.17228.6实施例2313.611.010.10430.8实施例3224.010.650.07332.5实施例4145.210.460.06633.6对比例1619.011.950.20225.4对比例2421.212.180.18427.9
由表1所示，将pet聚酯切片和含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂熔融混合，得到阻燃性pet料粒，然后再与pet聚酯切片熔融纺丝，得到阻燃涤纶纤维，随着涤纶纤维中阻燃性pet料粒的含量越来越大，涤纶纤维的阻燃性能也越来越好，这是因为聚合物阻燃剂形成氮磷硅协效阻燃体系，可以促进涤纶纤维燃烧时形成炭层和无机硅层，抑制燃烧进程，降低烟气逸出，提高了涤纶纤维的阻燃性能。涤纶纤维的最大热释放速率最低为145.2 kw/m2，总热释放量最低为10.46 mj/m2，烟释放速率最低为0.066 m2/s，极限氧指数最大为33.6%。
53.而对比例1的母粒中没有加入氮磷硅聚合物阻燃剂，只加入了双羟基马来酰亚胺二硅氧烷中间体；对比例2的母粒中只加入了10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧化物，均没有形成氮磷硅协效阻燃体系，因此对比例1和对比例2制备的涤纶纤维的阻燃性能一般。
54.涤纶纤维的热重性能通过热重分析仪进行测试，样品尺寸为5mm
×
2mm
×
1 mm，升温速率20 ℃/min，从室温升温至800℃，气氛为氮气，流速40 ml/min。t
5%
是质量分解5%的温度，t
50%
是质量分解50%的温度。
55.表2涤纶纤维热重性能测试表。
56.t
5%
（℃）t
50%
（℃）质量剩余率（%）实施例1396.4451.411.2实施例2408.6458.214.3实施例3407.2460.217.0实施例4401.4456.719.6对比例1376.7436.59.2对比例2390.2446.110.6
由表2所示，实施例中随着涤纶纤维中阻燃性pet料粒的含量越来越大，涤纶纤维的质量分解5%的温度的呈现先增大后减小的趋势，最大为408.6℃；t
50%
是质量分解50%的温度也是先增大后减小，最大为460.2℃；质量剩余率呈现越来越大的趋势，最大为19.6%，均高于对比例1和2制备的涤纶纤维，表现出优异的耐高温性能。
57.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种耐高温阻燃性的涤纶纤维制备工艺，其特征在于：所述耐高温阻燃性的涤纶纤维按照如下工艺进行制备：（1）将pet聚酯切片、含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂混合均匀，通过双螺杆挤出机进行共混挤出，然后牵条切粒，得到阻燃性pet料粒；（2）将pet聚酯切片、阻燃性pet料粒在纺丝机上进行熔融纺丝，得到耐高温阻燃性的涤纶纤维。2.根据权利要求1所述的耐高温阻燃性的涤纶纤维的制备工艺，其特征在于：所述（1）中氮磷硅聚合物阻燃剂的质量是聚酯切片的25-40%。3.根据权利要求1所述的耐高温阻燃性的涤纶纤维的制备工艺，其特征在于：所述（1）中挤出机的转速为15-40 r/min，挤出机的温度为260-290℃。4.根据权利要求1所述的耐高温阻燃性的涤纶纤维的制备工艺，其特征在于：所述（2）中阻燃性pet料粒的质量是pet聚酯切片的8-22%。5.根据权利要求1所述的耐高温阻燃性的涤纶纤维的制备工艺，其特征在于：所述（2）中纺丝机中纺丝温度为265-280 ℃，螺杆转速为300-600 r/min，卷绕速度为1000-1500 r/min。6.根据权利要求1所述的耐高温阻燃性的涤纶纤维的制备工艺，其特征在于：所述含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂按照如下工艺进行制备：（3）将1,3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷、n-(4-羟基苯基)马来酰亚胺加入到甲醇中，回流反应，减压蒸馏，乙醚洗涤、干燥，得到双羟基马来酰亚胺二硅氧烷中间体；（4）将100份的二苯基甲烷-4,4
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二异氰酸酯、150-210份的双羟基马来酰亚胺二硅氧烷中间体、80-110份10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧化物、加入到溶剂中，氮气氛围中滴加3-5份二月桂酸二丁基锡，反应后冷却，过滤，去离子水、乙醇洗涤，得到含有dopo、马来酰亚胺和硅氧烷结构的氮磷硅聚合物阻燃剂。7.根据权利要求6所述的耐高温阻燃性的涤纶纤维的制备工艺，其特征在于：所述（3）中n-(4-羟基苯基)马来酰亚胺的质量是1,3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷的250-320%。8.根据权利要求6所述的耐高温阻燃性的涤纶纤维的制备工艺，其特征在于：所述（3）中回流反应控制温度为60-70 ℃，时间为3-8 h。9.根据权利要求6所述的耐高温阻燃性的涤纶纤维的制备工艺，其特征在于：所述（4）中溶剂为n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基乙酰胺。10.根据权利要求6所述的耐高温阻燃性的涤纶纤维的制备工艺，其特征在于：所述（4）中反应的时间为2-5 h，控制反应温度为70-85 ℃。

技术总结
本发明涉及纤维技术领域，且公开了一种耐高温阻燃性的涤纶纤维和制备工艺，氮磷硅聚合物阻燃剂含有DOPO、马来酰亚胺和硅氧烷结构，形成氮磷硅协效阻燃体系，在涤纶纤维燃烧时，可以提高了纤维材料的成炭性，并且硅氧烷结构热分解生成无机硅，与炭层复合在材料表面形成连续致密的覆盖层，可以起到隔热隔氧的效果，抑制了涤纶纤维的燃烧过程，同时覆盖层可以抑制烟气挥发，改善涤纶纤维的抑烟性和抗熔滴性。氮磷硅聚合物阻燃剂含有耐高温性的马来酰亚胺和硅氧烷结构，在高温下不易热分解，与PET聚酯在熔融过程中形成物理交联网络，有利于提高涤纶纤维的热分解温度，增强耐高温性能。增强耐高温性能。增强耐高温性能。


技术研发人员：李雨泽 魏竹婷
受保护的技术使用者：天津渤海伊丝特制衣有限公司
技术研发日：2023.08.18
技术公布日：2023/9/20