[发明专利]一种阻燃熔纺高强高模聚乙烯醇纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维增强复合材料领域，特别涉及一种阻燃熔纺高强高模聚乙烯醇纤维，还涉及其制备方法。

背景技术

聚乙烯醇（PVA）是可从天然气制备的通用高分子材料，其多羟基强氢键的特点使其具有优良的可溶性、生物相容性、阻隔性、耐溶剂性及力学性能。聚乙烯醇具有良好的成纤性、成膜性、粘接性、生物降解性和环境友好性能，在纤维、薄膜、粘合剂和生物医学材料等领域具有广泛用途。然而，聚乙烯醇纤维易于燃烧，阻燃性能差，其极限氧指数（LOI）只有18.5左右，这些缺陷严重影响了其应用。因此，研制、开发和生产阻燃聚乙烯醇纤维已是我国化学纤维制造业的一个重要课题。

现有制备PVA阻燃纤维的途径主要有二种：共混阻燃改性与共聚阻燃改性。

共混阻燃改性。常见的PVA类阻燃纤维是用氯乙烯类聚合物的水乳液加入到PVA水溶液中所得到的纺丝原液纺丝。日本东丽公司在此方向做了大量的研究，例如专利JP2000154422，JP9302521。但此类PVA纤维成本较高，且含有氯元素，因此其应用受到一定的限制。另一类阻燃剂为磷系阻燃剂，采用溴代磷酸酯酰氯、（β-氯乙基）磷酸酯酰氯制备阻燃PVA纤维；杨智渊（MF-PVA阻燃纤维结构与性能研究）采用三聚氰胺甲醛树脂（MF）与PVA溶液混合制了无卤阻燃PVA纤维，此类阻燃剂为有机磷系阻燃剂，合成工艺复杂，成本较高。

共混阻燃的优点是工艺比较简单，阻燃纤维的性能改变较小，而且阻燃的持久性一般比后处理改性要强。然而，这种改性的方法对阻燃剂的要求比较多:阻燃剂的粒度细，在纺丝原液中有良好的稳定性，不能溶于凝固浴，不能凝聚，并要求与聚合物的相容性好，不影响纺丝和后处理的进行，不能使纤维及其制品的主要性能发生较大的改变，无毒，耐久性好。因此采用这种阻燃方法的关键是找到或合成一个合适的阻燃剂。

共聚阻燃改性。此种改性方法一般应用于纺丝生产阻燃维纶。其中，氯乙烯含量为85%-88%，醋酸乙烯含量为12%-15%，用三氯化铝或三氟化硼作催化剂，干法纺丝。用此种方法生产的阻燃维纶称为氯醋纶，可以得阻燃效果比较好的纤维，但制备工艺相对比较复杂，而通过简便的共混阻燃改性可得到效果相近的聚乙烯醇阻燃纤维，因此目前共聚阻燃改性的方法用的不多。

此外，溶胶凝胶法制备PVA/SiO₂杂化材料，也可以改善PVA的阻燃效果。DaeSik Kima(Preparation and characterization of crosslinked PVA/SiO₂hybrid membranes containing sulfonic acid groups for direct methanol fuel cell applications）等以磺基琥珀酸为交联剂，用溶胶凝胶法制备了PVA/SiO₂杂化材料。测试发现，加入交联剂的杂化材料热失重小，得到的焦炭含量增多。分析表明加入交联剂和SiO₂可有效阻燃。孙慧（阻燃PVA/SiO₂复合纤维的制备与性能研究）等人将SiO₂溶胶直接掺杂到聚乙烯醇(PVA)水溶液中，制备了阻燃PVA/SiO₂复合膜。通过扫描电镜分析以及残炭率分析，表明产物的阻燃性能提高，燃烧时SiO₂形成的覆盖层能阻隔热传递。

上述几种方法均不同程度地存在一些不足：阻燃剂共混进纺丝溶液，将影响纤维的可纺性及力学性能，且限制了用量的提升；共聚法则工艺复杂，难以工业化生产；而溶胶-凝胶法也同样存在工艺复杂、增加成本的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种阻燃熔纺高强高模聚乙烯醇纤维的制备方法。

技术方案：本发明提供的一种阻燃熔纺高强高模聚乙烯醇纤维，由复合塑化剂、可溶性阻燃剂和聚乙烯醇树脂制成。

作为优选，所述可溶性阻燃剂与复合塑化剂的质量比为（0.01～0.3）：1；所述复合塑化剂和可溶性阻燃剂的总重量与聚乙烯醇树脂的重量之比为（0.8～1.5）：1。