一种三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维的制法和应用

技术领域

本发明涉阻燃腈纶纤维料技术领域，具体为一种三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维的制法和应用。

背景技术

腈纶纤维是以丙烯腈为主要单体，经过聚合和纺丝加工而成的化学纤维，具有与羊毛相似的手感、外观和保暖性等特点，又被称为合成羊毛，腈纶纤维用途广泛，原料来源丰富，是三大合成纤维之一，在毛线、毛毯等织物，服装服饰、卫生用品等方面具有重要的应用，但是传统的腈纶纤维阻燃性较差，容易燃烧，严重阻碍了腈纶纤维的进一步发展和应用，因此需要对腈纶纤维进行阻燃改性。

通常提高腈纶纤维等高分子化合物的阻燃性能是加入阻燃剂，氮磷协同阻燃剂具有优异的阻燃性能，具有促进膨胀成炭、降低可燃气体温度、猝灭燃烧链式反应自由基和抑制燃烧过程的作用，阻燃剂可以分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂，而反应型阻燃剂是作为反应单体参加聚合反应，使聚合物本身含有阻燃成分，相比于添加型阻燃剂而言，反应型阻燃剂对聚合物材料使用性能影响更小、阻燃性更持久。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维的制法和应用，解决了传统的腈纶纤维阻燃性较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维，所述三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维的制法包括以下步骤：

(1)将植酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯进行反应，得到甲基丙烯酸磷酸酯基植酸。

(2)向烧瓶中加入蒸馏水和三聚氰胺，加热搅拌溶解后加入甲基丙烯酸磷酸酯基植酸，进行磷酸铵化反应，减压蒸馏除去溶剂、乙醚洗涤产物并干燥，得到甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐。

(3)向烧瓶中加入蒸馏水、聚丙烯腈和甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐，在氮气气氛中，搅拌溶解后滴加引发剂，进行聚合反应，过滤溶剂，蒸馏水和乙醚洗涤，得到三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈。

(4)向烧瓶中加入蒸馏水和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂、三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈，搅拌均匀后静置12-24h，然后真空脱泡处理，得到湿法纺丝液，然后进行凝固浴处理，凝固定型成丝，得到聚丙烯腈出生纤维。

(5)聚丙烯腈出生纤维在水中进行热牵伸处理，最后水洗处理并冷却定型，得到三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维。

优选的，所述步骤(2)中的三聚氰胺和甲基丙烯酸磷酸酯基植酸的质量比为30-80:100。

优选的，所述步骤(2)中的磷酸铵化反应在30-60℃下，反应2-6h。

优选的，所述步骤(3)中的引发剂为偶氮二异丁腈。

优选的，所述步骤(3)中的聚丙烯腈、甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐和偶氮二异丁腈的质量比为100:2-8:0.4-0.6。

优选的，所述步骤(3)中的聚合反应在60-85℃下反应5-10h。

优选的，所述步骤(4)中湿法纺丝液中的三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈的浓度为30-45％，凝固浴温度为10-30℃。

优选的，所述步骤(5)中的热牵伸处理温度为80-100℃，牵伸倍数为2-4倍。

(三)有益的技术效果

与现有技术相比，本发明具备以下有益技术效果：

该一种三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维，甲基丙烯酸缩水甘油酯的环氧官能团与植酸的部分磷酸官能团进行开环，得到甲基丙烯酸磷酸酯基植酸，再与三聚氰胺进行磷酸铵化反应，通过简单高效的方法，得到甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐，以其作为反应型阻燃剂，在偶氮二异丁腈的引发作用下，使甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐的烯基产生活性碳自由基，引发丙烯腈进行共聚，使甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐作为反应单体参与到聚丙烯腈的聚合过程中，得到三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈，进一步提高湿法纺丝得到三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维。

该一种三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维，甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐作为反应型阻燃剂，与腈纶纤维有机结合，两者的界面结合力更强，避免三聚氰胺植酸盐中的极性磷酸官能团，与腈纶纤维的极性氰基官能团发生强分子间作用力，导致两者发生相分离，使纤维内部形成孔隙缺陷，而影响腈纶纤维的机械强度和使用性能，并且化学接枝共聚的方法，使共聚物相比于物理共混物，更加容易进行湿法纺丝过程，甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐作为氮磷协效阻燃剂，显著提高了腈纶纤维的极限氧指数和阻燃持久性能。

附图说明

图1是甲基丙烯酸磷酸酯基植酸结构示意图。

具体实施方式

为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维制法包括以下步骤：

(1)将植酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯进行反应，得到甲基丙烯酸磷酸酯基植酸。

(2)向烧瓶中加入蒸馏水和三聚氰胺，加热搅拌溶解后加入甲基丙烯酸磷酸酯基植酸，两者质量比为30-80:100，在30-60℃下进行2-6h磷酸铵化反应，减压蒸馏除去溶剂、乙醚洗涤产物并干燥，得到甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐。

(3)向烧瓶中加入蒸馏水、聚丙烯腈和甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐，在氮气气氛中，搅拌溶解后滴加引发剂偶氮二异丁腈，其中聚丙烯腈、甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐和偶氮二异丁腈的质量比为100:2-8:0.4-0.6，在60-85℃下进行5-10h的聚合反应，过滤溶剂，蒸馏水和乙醚洗涤，得到三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈。

(4)向烧瓶中加入蒸馏水和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂、三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈，搅拌均匀后静置12-24h，然后真空脱泡处理，得到湿法纺丝液，浓度为30-45％，然后在10-30℃下进行凝固浴处理，凝固浴温度为凝固定型成丝，得到聚丙烯腈出生纤维。

(5)聚丙烯腈出生纤维在80-100℃下，在水中进行热牵伸处理，牵伸倍数为2-4倍，最后水洗处理并冷却定型，得到三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维。

将三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维置于YZS-8A型全自动氧指数，测定仪中，测试极限氧指数，测试的国家标准为GB/T 5454-1997。

将三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维置于WAW-600D万能材料试验机中，测试拉伸强度和断裂伸长率，测试的国家标准为GB/T 14337-2008。

实施例1

(1)将植酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯进行反应，得到甲基丙烯酸磷酸酯基植酸。

(2)向烧瓶中加入蒸馏水和三聚氰胺，加热搅拌溶解后加入甲基丙烯酸磷酸酯基植酸，两者质量比为30:100，在30℃下进行2h磷酸铵化反应，减压蒸馏除去溶剂、乙醚洗涤产物并干燥，得到甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐。

(3)向烧瓶中加入蒸馏水、聚丙烯腈和甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐，在氮气气氛中，搅拌溶解后滴加引发剂偶氮二异丁腈，其中聚丙烯腈、甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐和偶氮二异丁腈的质量比为100:2:0.4，在60℃下进行5h的聚合反应，过滤溶剂，蒸馏水和乙醚洗涤，得到三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈。

(4)向烧瓶中加入蒸馏水和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂、三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈，搅拌均匀后静置12h，然后真空脱泡处理，得到湿法纺丝液，浓度为30％，然后在10℃下进行凝固浴处理，凝固浴温度为凝固定型成丝，得到聚丙烯腈出生纤维。

(5)聚丙烯腈出生纤维在80℃下，在水中进行热牵伸处理，牵伸倍数为2，倍最后水洗处理并冷却定型，得到三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维，极限氧指数为27.2％，拉伸强度为14.8MPa，断裂伸长率为6.9％。

实施例2

(1)将植酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯进行反应，得到甲基丙烯酸磷酸酯基植酸。

(2)向烧瓶中加入蒸馏水和三聚氰胺，加热搅拌溶解后加入甲基丙烯酸磷酸酯基植酸，两者质量比为40:100，在60℃下进行2h磷酸铵化反应，减压蒸馏除去溶剂、乙醚洗涤产物并干燥，得到甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐。

(3)向烧瓶中加入蒸馏水、聚丙烯腈和甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐，在氮气气氛中，搅拌溶解后滴加引发剂偶氮二异丁腈，其中聚丙烯腈、甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐和偶氮二异丁腈的质量比为100:3:0.45，在85℃下进行8h的聚合反应，过滤溶剂，蒸馏水和乙醚洗涤，得到三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈。

(4)向烧瓶中加入蒸馏水和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂、三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈，搅拌均匀后静置18h，然后真空脱泡处理，得到湿法纺丝液，浓度为45％，然后在20℃下进行凝固浴处理，凝固浴温度为凝固定型成丝，得到聚丙烯腈出生纤维。

(5)聚丙烯腈出生纤维在100℃下，在水中进行热牵伸处理，牵伸倍数为4倍，最后水洗处理并冷却定型，得到三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维，极限氧指数为27.9％，拉伸强度为15.1MPa，断裂伸长率为6.6％。

实施例3

(1)将植酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯进行反应，得到甲基丙烯酸磷酸酯基植酸。

(2)向烧瓶中加入蒸馏水和三聚氰胺，加热搅拌溶解后加入甲基丙烯酸磷酸酯基植酸，两者质量比为55:100，在40℃下进行4h磷酸铵化反应，减压蒸馏除去溶剂、乙醚洗涤产物并干燥，得到甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐。

(3)向烧瓶中加入蒸馏水、聚丙烯腈和甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐，在氮气气氛中，搅拌溶解后滴加引发剂偶氮二异丁腈，其中聚丙烯腈、甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐和偶氮二异丁腈的质量比为100:5:0.5，在80℃下进行8h的聚合反应，过滤溶剂，蒸馏水和乙醚洗涤，得到三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈。

(4)向烧瓶中加入蒸馏水和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂、三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈，搅拌均匀后静置18h，然后真空脱泡处理，得到湿法纺丝液，浓度为40％，然后在30℃下进行凝固浴处理，凝固浴温度为凝固定型成丝，得到聚丙烯腈出生纤维。

(5)聚丙烯腈出生纤维在90℃下，在水中进行热牵伸处理，牵伸倍数为3倍，最后水洗处理并冷却定型，得到三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维，极限氧指数为28.7％，拉伸强度为14.2MPa，断裂伸长率为7.6％。

实施例4

(1)将植酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯进行反应，得到甲基丙烯酸磷酸酯基植酸。

(2)向烧瓶中加入蒸馏水和三聚氰胺，加热搅拌溶解后加入甲基丙烯酸磷酸酯基植酸，两者质量比为70:100，在50℃下进行4h磷酸铵化反应，减压蒸馏除去溶剂、乙醚洗涤产物并干燥，得到甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐。

(3)向烧瓶中加入蒸馏水、聚丙烯腈和甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐，在氮气气氛中，搅拌溶解后滴加引发剂偶氮二异丁腈，其中聚丙烯腈、甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐和偶氮二异丁腈的质量比为100:6.5:0.55，在70℃下进行80h的聚合反应，过滤溶剂，蒸馏水和乙醚洗涤，得到三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈。

(4)向烧瓶中加入蒸馏水和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂、三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈，搅拌均匀后静置18h，然后真空脱泡处理，得到湿法纺丝液，浓度为40％，然后在20℃下进行凝固浴处理，凝固浴温度为凝固定型成丝，得到聚丙烯腈出生纤维。

(5)聚丙烯腈出生纤维在90℃下，在水中进行热牵伸处理，牵伸倍数为3倍，最后水洗处理并冷却定型，得到三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维，极限氧指数为29.8％，拉伸强度为13.1MPa，断裂伸长率为6.0％。

实施例5

(1)将植酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯进行反应，得到甲基丙烯酸磷酸酯基植酸。

(2)向烧瓶中加入蒸馏水和三聚氰胺，加热搅拌溶解后加入甲基丙烯酸磷酸酯基植酸，两者质量比为80:100，在60℃下进行6h磷酸铵化反应，减压蒸馏除去溶剂、乙醚洗涤产物并干燥，得到甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐。

(3)向烧瓶中加入蒸馏水、聚丙烯腈和甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐，在氮气气氛中，搅拌溶解后滴加引发剂偶氮二异丁腈，其中聚丙烯腈、甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐和偶氮二异丁腈的质量比为100:8:0.6，在85℃下进行10h的聚合反应，过滤溶剂，蒸馏水和乙醚洗涤，得到三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈。

(4)向烧瓶中加入蒸馏水和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂、三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈，搅拌均匀后静置24h，然后真空脱泡处理，得到湿法纺丝液，浓度为45％，然后在30℃下进行凝固浴处理，凝固浴温度为凝固定型成丝，得到聚丙烯腈出生纤维。

(5)聚丙烯腈出生纤维在100℃下，在水中进行热牵伸处理，牵伸倍数为4倍，最后水洗处理并冷却定型，得到三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维，极限氧指数为29.2％，拉伸强度为14.0MPa，断裂伸长率为7.4％。

对比例1

(1)将植酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯进行反应，得到甲基丙烯酸磷酸酯基植酸。

(2)向烧瓶中加入蒸馏水和三聚氰胺，加热搅拌溶解后加入甲基丙烯酸磷酸酯基植酸，两者质量比为15:100，在60℃下进行4h磷酸铵化反应，减压蒸馏除去溶剂、乙醚洗涤产物并干燥，得到甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐。

(3)向烧瓶中加入蒸馏水、聚丙烯腈和甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐，在氮气气氛中，搅拌溶解后滴加引发剂偶氮二异丁腈，其中聚丙烯腈、甲基丙烯酸磷酸酯基三聚氰胺植酸盐和偶氮二异丁腈的质量比为100:0.8:0.35，在85℃下进行8h的聚合反应，过滤溶剂，蒸馏水和乙醚洗涤，得到三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈。

(4)向烧瓶中加入蒸馏水和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂、三聚氰胺植酸盐接枝聚丙烯腈，搅拌均匀后静置24h，然后真空脱泡处理，得到湿法纺丝液，浓度为45％，然后在20℃下进行凝固浴处理，凝固浴温度为凝固定型成丝，得到聚丙烯腈出生纤维。

(5)聚丙烯腈出生纤维在100℃下，在水中进行热牵伸处理，牵伸倍数为2倍，最后水洗处理并冷却定型，得到三聚氰胺植酸盐阻燃改性腈纶纤维，极限氧指数为22.1％，拉伸强度为15.6MPa，断裂伸长率为7.7％。