[发明专利]一种基于盐酸羟胺化学改性的阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是纺织用品技术领域，具体涉及一种基于盐酸羟胺化学改性的阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法。

背景技术

聚丙烯腈纤维的极限氧指数LOI值为17%～18.5%，是极易燃烧的合成纤维之一，而且其在燃烧时会放出毒性较大的氰化物等，因而聚丙烯腈纤维的阻燃研究就显得尤为重要。目前阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法按生产过程和阻燃剂的引入方式可分为化学反应改性法、共混阻燃改性法、热氧化法、后整理法等。后整理法只能达到暂时阻燃的目的，热氧化法的生产成本过高，共混阻燃改性方法需添加大量阻燃剂，不仅影响纺丝性能，而且阻燃剂与丙烯腈的相容性是需要优先考虑的问题。化学改性则普遍采用胺类物质对聚丙烯腈纤维进行直接化学改性，即将氰基与胺类物质直接反应，或者在此基础上进行螯合金属离子或进行水解制备阻燃聚丙烯腈纤维，但是此法制备的阻燃聚丙烯腈纤维的强度会变差，并且纤维会不同程度的带有颜色，使其应用受限。基于此，设计一种基于盐酸羟胺化学改性的阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法尤为必要。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种基于盐酸羟胺化学改性的阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法，简单方便，成本低廉，在保证纤维强度及不改变纤维颜色的基础上，使聚丙烯腈纤维获得耐久的阻燃性能，制得的聚丙烯腈纤维阻燃与热稳定性能极佳，还能有效避免添加阻燃剂对环境造成的危害，易于推广使用。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于盐酸羟胺化学改性的阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法，其制备步骤为：

(1)肟化反应：先配制一定浓度的盐酸羟胺水溶液，并用特定浓度的NaOH水溶液调节其pH，最后使聚丙烯腈纤维与该溶液在水浴条件下发生充分反应；

(2)将经过步骤(1)处理后的纤维取出用去离子水洗涤多次后用烘箱烘干；

(3)磷酸化反应：将步骤(2)处理后纤维浸入一定浓度的磷酸水溶液中，同时加入一定量尿素作为催化剂，使其在水浴条件下发生充分反应；

(4)将经过步骤(3)处理的纤维取出用去离子水洗涤多次后用烘箱烘干，制得阻燃聚丙烯腈纤维。

作为优选，所述的步骤(1)中盐酸羟胺水溶液的浓度为20g/L～100g/L，NaOH水溶液的浓度为0.1mol/L，溶液pH为3～6.5，水浴温度为60～95℃，反应时间为0.5～6h。

作为优选，所述的步骤(2)、步骤(4)所用烘箱温度均为60℃～80℃。

作为优选，所述的步骤(3)中所用磷酸水溶液的质量分数为20～80%，尿素与磷酸水溶液的浴比为1：10～1：15，水浴温度为50～95℃，反应时间为0.5～6h。

本发明的有益效果：(1)利用盐酸羟胺对聚丙烯腈纤维进行改性，使聚丙烯腈纤维中活泼的C≡N转变为C＝N-OH，为下一步的磷酸化反应提供了大量的反应基团，同时磷酸的加入使纤维中含有大量的阻燃P元素，且与N元素形成协同体系，从而获得阻燃聚丙烯腈纤维。

(2)该改性方法简单易行，成本低廉，相比于其他诸如共混、共聚、后整理等阻燃改性方法能够实现永久性阻燃。

(3)利用高分子化学改性方法对聚丙烯腈纤维大分子中的活性氰基进行改性，工艺流程简单可控，要求较低，制得的聚丙烯腈纤维阻燃与热稳定性能极佳，同时该改性过程还能有效避免添加阻燃剂对环境造成的危害。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

本具体实施方式采用以下技术方案：一种基于盐酸羟胺化学改性的阻燃聚丙烯腈纤维的制备方法，其制备步骤为：

(1)肟化反应：先配制一定浓度的盐酸羟胺水溶液，并用特定浓度的NaOH水溶液调节其pH，最后使聚丙烯腈纤维与该溶液在水浴条件下发生充分反应；

(2)将经过步骤(1)处理后的纤维取出用去离子水洗涤多次后用烘箱烘干，所用烘箱温度均为60℃～80℃；

(3)磷酸化反应：将步骤(2)处理后纤维浸入一定浓度的磷酸水溶液中，同时加入一定量尿素作为催化剂，使其在水浴条件下发生充分反应；

(4)将经过步骤(3)处理的纤维取出用去离子水洗涤多次后用烘箱烘干，制得阻燃聚丙烯腈纤维，所用烘箱温度均为60℃～80℃。

值得注意的是，所述盐酸羟胺水溶液的浓度为20g/L～100g/L，NaOH水溶液的浓度为0.1mol/L，溶液pH为3～6.5，水浴温度为60～95℃，反应时间为0.5～6h。