一种黏土-纤维素-海藻酸复合阻燃大纤维及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于阻燃大纤维材料领域，具体公开了一种黏土

【技术实现步骤摘要】
一种黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维及其制备和应用


[0001]本专利技术属于黏土深加工领域，更加具体地说，涉及一种阻燃纤维。

技术介绍

[0002]直径数十至数百微米的连续长纤维具有卓越的机械性能，在纺织品、高压容器、航空航天、能源甚至可穿戴电子产品等应用中引起了极大的兴趣。迄今为止，非凡的机械性能主要是通过使用合成聚合物纤维来实现的，例如聚丙烯腈纤维和凯夫拉纤维。
[0003]生物来源的纤维由于其可生物降解性、可再生性、低密度、来源广泛等特性而成为开发机械坚固、可持续和生物相容性材料的有希望的候选者，但它们的利用在很大程度上受机械性能相对较弱的限制。同时，由于强度和韧性对于人造纤维结构材料总是相互排斥的，几乎所有成就都是以牺牲其伸长率和韧性为代价的。通常，与强度和刚度相比，伸长率和韧性对纤维材料甚至更为关键，特别是对于纺织应用。这种困境对于先前报道的基于纳米纤维素的大纤维是非常普遍的。除了追求高拉伸强度，进一步提高其伸长率和韧性仍是重要挑战。
[0004]另外，高度可燃性是人造纤维的固有特征，其燃烧时几乎没有残留的焦炭形成，这限制了它们在某些高级应用中的广泛使用。
[0005]目前市场上常规的阻燃纤维有硅系阻燃纤维和磷系阻燃纤维两种。磷系阻燃纤维在燃烧时会放出高毒性气体，并且磷燃烧时放出较大烟雾，增加了使人窒息的严重性，不属于环保纤维。硅系阻燃纤维虽然环保，但是其可纺性差，纤维强度低。因此，急需一种环保且机械性能优异的阻燃纤维。
专利技术内容
[0006]为解决目前人造纤维结构材料强度和韧性相矛盾以及易燃等缺陷，本专利技术第一目的在于，提供一种黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维(本专利技术也简称为大纤维)，旨在提供一种兼顾良好机械性能以及阻燃性能的大纤维。
[0007]本专利技术第二目的在于，提供一种黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维的制备方法，旨在制得所述机械性能优异、阻燃性能优异的大纤维。
[0008]本专利技术第三目的在于，提供所述的黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维在阻燃特别是在纺织领域中的应用。
[0009]一种黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维，为包含二维黏土材料、纤维素和海藻酸类化合物交联、交错的具有宏观尺寸的纤维。
[0010]本专利技术提供了一种由二维黏土材料、纤维素和海藻酸类化合物交联、交错的大纤维，其基于成分之间结构、构造的相互协同，能够改善材料的机械性能，不仅如此，还能够意外地使材料兼顾良好的阻燃性能。
[0011]本专利技术中，所述的二维黏土材料、纤维素和海藻酸之间的物理化学协同是改善材料机械以及阻燃性能的关键。研究还发现，进一步控制成分及其比例和赋存结构，有助于进
一步改善所述的大纤维的机械性能以及阻燃性能。
[0012]本专利技术研究发现，采用二维结构的黏土材料有助于和所述的其他成分以及结构联合实现协同，有助于改善大纤维的机械性能，还能意外地改善阻燃性能。
[0013]作为优选，所述的二维黏土材料为蒙脱石、高岭石、累托石中的至少一种。
[0014]优选地，所述的二维黏土材料沿纤维长度方向有序排列。本专利技术研究发现，该优选结构的材料，有助于进一步改善大纤维的机械性能以及阻燃性能。
[0015]优选地，纤维素为纳米纤维素，进一步优选为纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体和细菌纤维素中的一种或几种；进一步优选为纤维素纳米晶体和细菌纤维素的复合物；更进一步优选为质量比为1～2：1～2的纤维素纳米晶体和细菌纤维素。
[0016]优选地，所述的海藻酸类化合物为水溶性的海藻酸及其盐，优选为海藻酸钠、海藻酸钾中的至少一种。
[0017]本专利技术中，所述的阻燃复合大纤维，各成分的重量百分比为：
[0018]二维黏土材料10～55wt.％，优选为25～55％；
[0019]纤维素5～20wt.％；优选为9～15％；
[0020]余量为海藻酸类化合物。
[0021]优选地，所述的纳米黏土基阻燃复合大纤维具有粗糙表面；
[0022]优选地，单根纳米黏土基阻燃复合大纤维的直径为20
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200μm。
[0023]本专利技术还旨在提供所述的阻燃大纤维的制备方法，但研究发现，不同于其他黏土，二维纳米黏土容易团聚，很难分散，且与其他有机溶剂的兼容性差，制备出的材料容易分层，因而很难制备出结构均一、性能稳定的复合大纤维材料。不仅如此，材料在纤维中的形态的控制也是影响纤维性能的关键，为此，本专利技术人经过深入研究，提供以下方案：
[0024]一种黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0025]步骤(1)：获得分散有二维黏土材料和纤维素的分散液A；获得溶解有海藻酸类化合物的溶液B；
[0026]步骤(2)：将分散液A和溶液B混合，得到纺丝原液；将纺丝原液挤到凝固液中进行交联，得到原丝；所述的凝固液为溶解有能促进海藻酸及其盐交联的助剂；
[0027]步骤(3)：将得到的原丝进行定向干燥，得到所述的黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维。
[0028]为解决阻燃大纤维难于成功制备以及机械和阻燃性能不理想且难于兼顾的问题，本专利技术人经过深入研究发现，通过二维黏土材料、纤维素的预改性，进一步配合海藻酸交联成丝手段、定向干燥工艺的联合，成功实现了阻燃大纤维的制备，且能够改善材料的机械以及阻燃性能。
[0029]本专利技术中，所述的材料预改性以及所述的成丝手段、定向干燥手段的协同联合是成功实现阻燃纤维制备、并改善大纤维的机械以及阻燃性能的关键。
[0030]本专利技术所述的制备方法，所述的黏土材料需要是二维黏土材料，如此能够和制备方法中的成分以及工艺协同，改善机械强度以及阻燃性能；本专利技术中，所述的二维黏土材料可以是公知的二维片层结构的黏土材料，例如可以是蒙脱石、高岭石、累托石中的至少一种。
[0031]本专利技术所述的制备方法中，所述的纤维素为纳米纤维素，进一步优选为纤维素纳
米纤维、纤维素纳米晶体和细菌纤维素中的一种或几种。更进一步优选为纤维素纳米晶体和细菌纤维素的复合物。当其为复合纤维素时，优选的纤维素纳米晶体和细菌纤维素重量比为1～2：1～2。研究发现，采用纤维素纳米晶体和细菌纤维素的复合纤维素，有助于进一步实现协同，改善大纤维的阻燃性，并改善其机械性能。
[0032]本专利技术所述的制备方法中，预先将二维黏土材料和纤维素预混改性，如此有助于进一步发挥材料以及工艺协同效果，从而改善阻燃大纤维的机械以及阻燃性能。
[0033]本专利技术中，所述的分散液A的溶剂没有特别要求，例如可以是水，或者含水溶剂。
[0034]本专利技术中，所述的分散液A中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维，其特征在于，为包含二维黏土材料、纤维素和海藻酸类化合物交联、交错的具有宏观尺寸的纤维。2.如权利要求1所述的黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维，其特征在于，所述的黏土材料为蒙脱石、高岭石、累托石中的至少一种；优选地，纤维素为纳米纤维素，进一步优选为纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体和细菌纤维素中的一种或几种；进一步优选为纤维素纳米晶体和细菌纤维素的复合物；更进一步优选为质量比为1～2：1～2的纤维素纳米晶体和细菌纤维素；优选地，所述的海藻酸类化合物为水溶性的海藻酸及其盐，优选为海藻酸钠、海藻酸钾中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维，其特征在于，所述的黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维中，各成分的重量百分比为：二维黏土材料10～55wt.％；纤维素5～20wt.％；余量为海藻酸类化合物。4.如权利要求1～3任一项所述的黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维，其特征在于，所述的二维黏土材料沿纤维长度方向有序排列；优选地，所述的黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维具有粗糙表面；优选地，单根黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维的直径为20
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200μm。5.一种黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：获得分散有二维黏土材料和纤维素的分散液A；获得溶解有海藻酸类化合物的溶液B；步骤(2)：将分散液A和溶液B混合，得到纺丝原液；将纺丝原液挤到凝固液中进行交联，得到原丝；所述的凝固液为溶解有能促进海藻酸及其盐交联的助剂；步骤(3)：将得到的原丝进行定向干燥，得到所述的黏土
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纤维素
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海藻酸复合阻燃大纤维。6.如权利要求5所述的黏土
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨华明，解维闵，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：