一种本质型绿色阻燃Lyocell纤维的制备方法

技术领域

本发明涉纺织工程技术领域，具体涉及一种本质型绿色阻燃Lyocell纤维的制备方法。

背景技术

Lyocell纤维是具有良好的力学、吸湿、悬垂和生物可降解等优良特性的再生纤维素纤维。制备Lyocell纤维采用的溶剂为N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液，纺丝后超过99.5％的NMMO可回收并重复利用，毒性极低，对环境无污染。因此，Lyocell纤维被誉为21世纪的绿色纤维，符合现代社会追求的绿色环保理念。

易燃性是再生纤维素纤维及织物产品的一个共性问题，是生产生活中潜在的火灾危险引发点。为弥补Lyocell纤维的这一缺陷，CN1122617A提供了一种制备阻燃Lyocell纤维的生产方法：在Lyocell纤维成型之后、未进行干燥之前，采用商用的四羟甲基氯化磷-尿素初缩体和N-羟甲基-3-(二甲氧基膦酰基)丙酰胺阻燃方法对其进行阻燃整理，从而得到具有阻燃功能的Lyocell纤维。这种阻燃整理方法通常会导致纤维的手感和耐洗涤性变差。为解决Lyocell纤维阻燃耐洗涤性不佳的问题，CN103541034A在纤维素溶解纺丝过程中添加水溶性的阻燃剂3-羟基苯基磷氧基丙酸，利用阻燃剂与纤维素之间的化学反应，制备出耐洗涤性良好的阻燃Lyocell纤维。但是，大量的阻燃剂在纺丝过程中渗入凝固浴，对溶剂造成污染，使溶剂回收变得困难。CN109162096A利用海藻酸盐与金属离子之间的络合作用，在纺丝凝固浴中加入海藻酸盐，在后续水洗过程中加入金属阳离子固化，制备了阻燃Lyocell纤维。保证Lyocell纤维自身强度和伸长等性能指标，且赋予Lyocell纤维优良的阻燃性能。但是，此方法在凝固浴中加入海藻酸盐，同样会导致溶剂回收困难。最近，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Lyocell纤维，不仅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，而且克服了阻燃剂在Lyocell纤维纺丝过程中流失严重的问题。但是，该阻燃剂为一种既不溶于水和NMMO、也不与NMMO反应的物质，这就会导致阻燃剂在纺丝液中的分散不均匀和相容性差的问题。分散不均和相容性差是大多数共混型阻燃添加剂的共性问题。

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本质型绿色阻燃Lyocell纤维的制备方法。阻燃剂及阻燃Lyocell纤维的制备方法简单高效、绿色环保，制备及使用过程中不使用亦不释放有毒物质。本发明突出解决的技术难点是共混型阻燃剂与纺丝液相容性差的问题，以及阻燃剂在纺丝液中分散不均匀的问题。本发明采用一种生物质型阻燃剂添加到Lyocell纤维纺丝液当中，利用生物质阻燃剂的结构优势，提高阻燃剂与纤维素纺丝液相容性，使其均匀分散于纤维素纺丝溶液中，从而制备出阻燃性能良好的Lyocell纤维。

为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案实现：

一种本质型绿色阻燃Lyocell纤维的制备方法，包括下述步骤：

(1)采用磷酸化试剂对生物质粉末进行磷酸化处理制备磷酸化生物质型阻燃剂；

(2)将磷酸化生物质型阻燃剂配置成一定浓度的阻燃剂分散液；

(3)将阻燃剂分散液加入到纤维素纺丝液当中，制得具有阻燃功能的纤维素纺丝液，然后经挤出、凝固浴、牵伸和成型，制备阻燃Lyocell纤维。

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

所述生物质粉末为纤维素基粉末、壳聚糖基粉末、淀粉基粉末、环糊精粉末等其中的一种或几种。

所述磷酸化生物质型阻燃剂的合成工艺条件是：首先，将磷酸化试剂按一定比例加入到反应器中，在20～100℃条件下搅拌5～90min；其次，加入一定量的尿素和生物质粉末，在30～150℃条件下反应5min～360min。

所述阻燃剂分散液采用的溶剂为水或N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液。

所述阻燃剂分散液浓度为为5～100wt％。

所述磷酸化生物质与纤维素纺丝液中纤维素的质量比为1∶1～100

所述阻燃Lyocell纤维的制备工艺为湿法纺丝工艺或干喷湿法纺丝工艺。

所述磷酸化生物质分散液的加入方式为以原料或在线形式加入。

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，可在纤维素纺丝液中形成均匀分散的具有阻燃功能的纺丝液。

(2)本发明利用磷酸化生物质型阻燃剂制备得到的Lyocell纤维具有优异的阻燃性能和服用性能。

(3)本发明制备的阻燃剂为绿色生物质型阻燃剂，制备过程中不采用有机溶剂，所得到的阻燃剂具有可生物降解特性。除此之外，在阻燃Lyocell纤维制备和使用过程中，不使用也不产生任何有毒物质，保持了Lyocell纤维原有的绿色纤维的特征。

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，本质型绿色阻燃Lyocell纤维制备的具体步骤如下：称取40克五氧化二磷加入100克热磷酸中，50℃搅拌30分钟；加入50克尿素和60克α-纤维素粉，100℃反应0.5小时，即制得粗产物磷酸化纤维素。利用蒸馏水对其进行多次洗涤、抽滤，得到磷酸化纤维素。将磷酸化纤维素配成浓度为35wt％的水溶液，加入到浓度为8wt％的纤维素纺丝液中，加热、抽真空、机械搅拌。待纤维素完全溶解，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Lyocell纤维。经检测纤维极限氧指数为26.4％。

实施例2

本实施例中，本质型绿色阻燃Lyocell纤维制备的具体步骤如下：称取60克五氧化二磷加入200克热亚磷酸中，90℃搅拌10分钟，加入160克壳聚糖粉末，110℃反应1小时，即得到粗产物磷酸化壳聚糖。利用蒸馏水对其进行多次洗涤、抽滤，得到磷酸化壳聚糖滤渣。将磷酸化壳聚糖配成浓度为20wt％的水溶液，加入到浓度为8wt％的纤维素纺丝液中，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Lyocell纤维。经检测纤维极限氧指数为27.5％。

实施例3

本实施例中，本质型绿色阻燃Lyocell纤维制备的具体步骤如下：称取60克五氧化二磷加入到150克植酸中，100℃搅拌5分钟，加入80克尿素和100克非水溶性淀粉，80℃反应2小时，即得到粗产物磷酸化淀粉。利用蒸馏水对其进行多次洗涤，抽滤，得到磷酸化淀粉滤渣。将磷酸化淀粉配成浓度为50wt％的水溶液，加入到浓度为8wt％的纤维素纺丝液中，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，得到阻燃Lyocell纤维。经检测纤维极限氧指数为24.8％。