[发明专利]一种含磷共聚阻燃聚乳酸纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于阻燃聚乳酸及其纤维领域，特别涉及一种含磷共聚阻燃聚乳酸纤维及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种以植物淀粉为原料的线性脂肪族聚酯，因其具有良好的生物相容性、优异的生物可降解性、突出的熔融加工性等优势，被认为是最具前景的生物基可降解材料之一。但是PLA与通用高分子材料一样存在着易燃烧、熔滴严重的问题，限制了PLA在汽车内饰、电子包装等对阻燃要求较高的领域的应用。目前PLA阻燃改性主要采用物理共混改性，国家发明专利CN10831156A公开了一种无卤增韧阻燃PLA共混材料，其中阻燃剂的添加量高达到5～30wt％；国家发明专利CN103694657公开了一种三元复合阻燃体系阻燃聚乳酸材料及其制备方法，其中阻燃剂添加量高达4～22wt％，这些共混阻燃改性的方法存在着阻燃剂添加量过高导致PLA难以熔纺成型、所得纤维强度低、阻燃剂迁移、持久性差等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服当前聚乳酸共混阻燃改性存在的缺陷，提供一种含磷共聚阻燃PLA纤维及其制备方法，该制备方法简单，一方面解决了现有阻燃剂与PLA相容性差导致难以成纤、所得纤维力学性能差的问题；另一方面缓解了PLA易燃烧、熔滴现象严重的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含磷共聚阻燃聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，包括：在真空或惰性气氛下，以Sn(Oct)2为催化剂，将含磷阻燃单体(FR)与丙交酯(LA)在130℃～170℃经开环共聚反应得到含磷共聚阻燃PLA树脂(FR-PLA)；将合成的含磷共聚阻燃PLA树脂脱挥后直接在200℃～240℃下熔纺成型得到含磷共聚阻燃聚乳酸纤维。

优选地，所述的含磷阻燃单体为9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、苯膦酰二氯、苯膦酸、二氯甲基膦及其衍生物中的一种或几种。所述的含磷阻燃单体的结构特点为主链含P且两端具有羟基、羧基等反应性官能团。

优选地，所述的丙交酯为L型，光学纯度≥99％，熔点为97-99℃。

优选地，在所述的开环共聚反应前，先将含磷阻燃单体与丙交酯在60℃～80℃下干燥24小时除去水分，将反应容器在80℃～100℃真空下干燥1h除去反其中的水分。

优选地，所述的开环共聚反应的具体步骤包括：在真空或惰性气氛下，将反应容器升温至130℃～150℃，加入Sn(Oct)₂和丙交酯使其反应0.5h-2h，得到分子量达5000～20000g/mol，特性粘度为0.2～0.8dL/g的聚乳酸；升温至150℃～170℃，加入含磷阻燃单体，在机械搅拌下反应4h-8h，待所得的含磷共聚阻燃PLA树脂的分子量达100000～150000g/mol，粘度2～4dL/g时结束反应。

优选地，所述的含磷阻燃单体(FR)、丙交酯(LA)和Sn(Oct)₂的质量比例为：

含磷阻燃单体1～5份；

Sn(Oct)₂0.2～0.5份；

丙交酯94.5-98.8份。

优选地，所述的含磷共聚阻燃PLA树脂的分子量分布PDI为1～3，FR的含量为0～5wt％，熔融温度为150℃～190℃。

优选地，所述的脱挥方法为：将合成的含磷共聚阻燃PLA树脂进入脱挥装置进行脱挥，用抽真空的方式去除熔体中的小分子和低聚物，得到满足成纤要求的树脂，然后经螺杆将上述树脂输送至纺丝设备。

更优选地，所述的脱挥装置为表面更新型蒸发装置。

更优选地，所述的输送时温度为170～210℃，脱挥时的真空度为3～10KPa，树脂中小分子含量＜2wt％。

本发明还提供了上述的含磷共聚阻燃聚乳酸纤维的制备方法所制备的含磷共聚阻燃聚乳酸纤维。

本发明利用化学手段设计并制备了含磷反应型阻燃单体(FR)，然后将丙交酯(LA)与FR进行开环聚合得到含磷共聚高效阻燃PLA(FR-PLA)，最后对FR-PLA脱挥后直接进行熔纺成型制备阻燃性能优异的PLA阻燃纤维。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用共聚的方法制备FR-PLA，有效避免了阻燃剂与基体相容性差、阻燃剂迁移和析出、多次熔融加工热稳性差等问题，所得FR-PLA兼具良好的可纺性和阻燃性能。

(2)本发明中提供的含磷共聚高效阻燃PLA可直接进行熔纺成型，无需共混改性，制备流程简短，便于工业化推广。