一种耐高温阻燃聚丙烯腈纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及聚丙烯腈纤维，具体讲，涉及一种耐高温阻燃聚丙烯腈纤维及其制备方法。具体为：将聚丙烯腈纤维置于浓度为7～20wt％的联氨溶液中处理后放入浓度为3～10wt％碱性溶液中处理，然后水洗至中性放入到浓度为3～10wt％金属离子盐的水溶液中处理，最后进行上油处理，脱水、烘干得到耐高温阻燃聚丙烯腈纤维。本发明专利技术得到的阻燃纤维，阻燃性能LOI可达到40～45，阻燃级别为M1，并且在燃烧产生的烟气十分低，有毒气体级别为FO，烟气量低于其它阻燃纤维。本发明专利技术得到的阻燃纤维，回潮率较高，同时吸水率高、可染性好、沸水收缩率低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚丙烯腈纤维，具体讲，涉及一种耐高温阻燃聚丙烯腈纤维及其制备方法。
技术介绍
腈纶纤维具有良好的保暖性，独特的手感和优良的染色性能，广泛应用于日常生活和工业生产中。但腈纶易燃烧，氧指数LOI仅为18-19％，在合成纤维中最低，是一种易燃烧纤维，因而阻燃腈纶纤维的开发与研究尤为重要，目前生产阻燃腈纶主要采用共聚阻燃改性、共混改性和后处理的方法。共聚阻燃改性是用丙烯腈与氯乙烯或是偏二氯乙烯通过共聚法生产的，然后在纺丝原液中再加入定量的SB2O3粉末，作为阻燃协效剂，由于锑-卤协同作用，大大提高了腈纶纤维阻燃性，但此类含卤素的阻燃腈纶产品燃烧时，会产生HCL、HCN等高浓度毒性和腐蚀性气体，同时该纤维的耐热性也差。共混改性是在纺丝原液中加入添加型阻燃剂，要求共混阻燃聚丙烯腈纤维中阻燃剂的含量不能太高，且溶解性、分散性以及和聚丙烯腈的相容性要好，因此阻燃剂的选择难度较大，并且阻燃效果不如共聚法，耐洗涤性、耐温性均较差，目前已工业化的共混阻燃腈纶纤维的品种很少。后处理法就是在腈纶或织物表面涂覆阻燃整理剂，是较方便的阻燃法，缺点是阻燃效果不持久，多次水洗后便失去阻燃效果`。专利ZL200810111816.6涉及一种聚丙烯腈基阻燃纤维的制备方法，将普通工业用聚丙烯腈腈纶纤维浸渍在ZnCl2与酸混合的水溶液中进行浸渍化学改性，改性过程中同时对纤维施加牵伸，浸渍改性后的腈纶纤维在空气介质中干燥处理，获得改性腈纶纤维，再将改性腈纶纤维进行预氧化，得到聚丙烯腈基阻燃纤维。专利ZL200910013789.3涉及一种阻燃腈纶及其制造方法，首先将腈纶加入到含铜离子水溶液中反应制成含铜离子的腈纶，然后将含铜离子腈纶加入到水合肼、羟胺、碱和亚硫酸钠组成的混合溶液中反应制成阻燃腈纶；也可将腈纶直接加入到由铜离子、水合肼、羟胺、碱和亚硫酸钠组成的混合溶液中反应制成阻燃腈纶。为了解决现有技术中存在的问题，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的首要专利技术目的在于提出了耐高温阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法。本专利技术的第二专利技术目的在于提出该制备方法制备得到的耐高温阻燃聚丙烯腈纤维。为了实现本专利技术的目的，采用的技术方案为：本专利技术涉及一种耐高温阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)在0.3～0.4Mpa的压力下，将聚丙烯腈纤维置于浓度为7～20wt％的联氨溶液中处理3～7小时，温度为80～120℃；(2)将步骤(1)得到的纤维水洗后放入浓度为3～10wt％碱性溶液中处理1～4小时，温度为70～110℃，然后水洗至中性；(3)将水洗后的纤维放入到浓度为3～10wt％金属离子盐的水溶液中处理1～4小时，温度为80～120℃，然后水洗；(4)将步骤(3)得到的纤维进行上油处理，最后脱水、烘干。本专利技术的第一优选技术方案为：将丙烯腈和醋酸乙烯按比例混合，制备得到聚丙烯腈纤维；优选，将丙烯腈和醋酸乙烯按比例混合，通过水相悬浮聚合，按照二甲基乙酰胺湿法二步法纺丝生产技术生产出聚丙烯腈纤维。本专利技术的第二优选技术方案为：在步骤(1)中，先将聚丙烯腈纤维置于浓度为7～15wt％的联氨溶液中处理1～2小时后，晾干，然后再置于浓度为温度为10～18wt％的联氨溶液中处理1～3小时；优选在通风条件下常温干燥1～3小时。本专利技术的第三优选技术方案为：处理温度为90～120℃，优选100～110℃。本专利技术的第四优选技术方案为：在步骤(2)中，所述的碱性溶液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液，浓度为5～10wt％；反应温度为80～100℃,反应时间为2～3小时。本专利技术的第五优选技术方案为：在步骤(3)中，所述的金属离子选自锌离子、铜离子或钙离子；所述的金属离子盐选自硫酸铜、硫酸锌、硫酸钙、氯化铜、氯化锌、氯化钙、硝酸铜、硝酸锌或硝酸钙。本专利技术的第六优选技术方案为：在步骤(4)中，放入到浓度为1～3％油剂中进行上油处理，处理时间为0.5～2小时；烘干温度为90～100℃。本专利技术的第七优选技术方案为：在步骤(3)完成后，加入纤维质量百分比为0.5～3.5wt％浓度的酸性染料，染色1～2小时，温度为90～100℃，pH值为2～3。本专利技术的第八优选技术方案为：将聚丙烯腈纤维长丝通过丝饼制作设备制备成一定质量、高度和厚度的丝饼。本专利技术还涉及采用上述方法制备得到的耐高温阻燃聚丙烯腈纤维。下面对本专利技术的技术方案做进一步的解释和说明。本专利技术将丙烯腈和醋酸乙烯按一定比例通过水相悬浮聚合反应制成聚合物粉末，采用二甲基乙酰胺湿法二步法纺丝生产技术生产出聚丙烯腈纤维。在一定压力下，把聚丙烯腈纤维放到强还原剂溶液中进行热处理；把水洗后的纤维后放入碱溶液中进行处理；把水洗至中性后的纤维放入到金属离子盐溶液中进行处理；把水洗后的纤维放入到油剂中进行上油处理；最后对纤维进行脱水、烘干处理。本专利技术的纤维在上油前，可直接进行染色处理，可以和羊毛同浴染色，比其它阻燃纤维易染色。本专利技术通过对反应条件的精细研究，研制得到了一套制备阻燃聚丙烯腈的新工艺。首先，本专利技术可选用一般方法制备得到的聚丙烯腈纤维，并优选：将丙烯腈和醋酸乙烯按比例混合，通过水相悬浮聚合，按照二甲基乙酰胺湿法二步法纺丝生产技术生产出聚丙烯腈纤维。在环化、交联的过程中，本专利技术对联氨溶液的浓度进行了选择，从而可以进一步提高聚丙烯腈纤维的阻燃性能，并进一步优选两步法处理：先将聚丙烯腈纤维置于浓度为7～15wt％的联氨溶液中处理1～2小时后，晾干，然后再置于浓度为温度为10～18wt％的联氨溶液中处理1～3小时；优选在通风条件下常温干燥1～3小时；处理温度为90～120℃，优选100～110℃。两步法处理，通过纤维燃烧残渣中的碳含量分析可知，通过两步法处理后的纤维的碳含量提高10～20wt％，从而说明其纤维的交联度得到很大的提高。在碱性水解的步骤中，本专利技术进一步优选氢氧化钠，并对水解的时间、温度、碱性溶液的浓度进一步优化选择，从而增加纤维与氢氧化钠的水解反应程度，使纤维中钠离子的结合率大大提高，并且在碱性水解完成后，本专利技术将纤维水洗至中性，保留了纤维中的钠离子含量，通过纤维燃烧残渣中的含量分析可知，通过该步骤处理后的纤维的钠含量为8wt％。从而可以在不损伤纤维强度的条件下大大提高纤维的阻燃性能。而如果用酸中和的话，不仅会增加纤维的损伤，降低产品的机械性能，并且将纤维上结合的钠离子全部解离(钠含量小于0.02wt％)。在与金属离子盐反应的步骤中，本专利技术可选用锌离子、铜离子或钙离子的盐，并优选盐酸盐、硫酸盐或硝酸盐。在该步反应中，金属离子与纤维上的有机基团螯合，从而形成螯合交联结构。最后，经上油、脱水、烘干，得到本专利技术的耐高温阻燃聚丙烯腈纤维。采用本专利技术的方法制备的耐高温阻燃纤维具有极高的极限氧指数达到40以上，在火焰中，纤维不会熔融，不会收缩，不会熔滴，不会阴燃，耐火等级为M1级，属于不燃级别，燃烧时烟气释放量低，烟气等级为F0级，同时该纤维具有耐酸、碱性好，耐紫外性优异，隔热性
好的特点，可以连续在200℃高温下长期使用。火灾发生时，本专利技术的阻燃纤维所制的织物有更长的逃逸时间，且不产生剧烈浓烟，保护人的生命安全。同时，本专利技术的阻燃纤维可以和羊毛、棉、芳纶等纤维混纺制成阻燃纱线，用于制做防火服、阻燃军装、工业防护服装、阻燃床上用品、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)在0.3～0.4Mpa的压力下，将聚丙烯腈纤维置于浓度为7～20wt％的联氨溶液中处理3～7小时，温度为80～120℃；(2)将步骤(1)得到的纤维水洗后放入浓度为3～10wt％碱性溶液中处理1～4小时，温度为70～110℃，然后水洗至中性；(3)将水洗后的纤维放入到浓度为3～10wt％金属离子盐的水溶液中处理1～4小时，温度为80～120℃，然后水洗；(4)将步骤(3)得到的纤维进行上油处理，最后脱水、烘干。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)在0.3～0.4Mpa的压力下，将聚丙烯腈纤维置于浓度为7～20wt％的联氨溶液中处理3～7小时，温度为80～120℃；(2)将步骤(1)得到的纤维水洗后放入浓度为3～10wt％碱性溶液中处理1～4小时，温度为70～110℃，然后水洗至中性；(3)将水洗后的纤维放入到浓度为3～10wt％金属离子盐的水溶液中处理1～4小时，温度为80～120℃，然后水洗；(4)将步骤(3)得到的纤维进行上油处理，最后脱水、烘干。2.根据权利要求1所述的耐高温阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法，其特征在于，将丙烯腈和醋酸乙烯按比例混合，制备得到聚丙烯腈纤维；优选，将丙烯腈和醋酸乙烯按比例混合，通过水相悬浮聚合，按照二甲基乙酰胺湿法二步法纺丝生产技术生产出聚丙烯腈纤维。3.根据权利要求1所述的耐高温阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，先将聚丙烯腈纤维置于浓度为7～15wt％的联氨溶液中处理1～2小时后，晾干，然后再置于浓度为温度为10～18wt％的联氨溶液中处理1～3小时；优选在通风条件下常温干燥1～3小时。4.根据权利要求1所述的耐高温阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，处理温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立，杜万洪，李洪晨，孙小君，刘建军，高岩，韩嵩，柳长青，王海涛，马雪松，于晓建，安继东，谢永江，王伟，
申请(专利权)人：吉林吉盟腈纶有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22