[发明专利]一种本征阻燃纤维湿法纺丝的制备方法

说明书

本发明公开了一种本征阻燃纤维湿法纺丝的制备方法，在高分子水溶液中分别加入醛类、酚类和碱性催化剂，反应一段时间后加入改性剂继续反应至分层，沉淀得到的醇溶性酚醛树脂，加入乙醇配成酚醛纺丝溶液，湿法纺丝、加热固化得到酚醛纤维。本发明通过合理设计酚醛结构、湿法纺丝制备了酚醛纤维，该纤维具有纺丝性能好，纺丝、固化工艺简单，制备过程无污染、效率高，酚醛纤维性能好等优点。

技术领域

本发明属于特种纤维的制备领域，具体涉及一种改性酚醛纺丝溶液的制备、湿法纺丝及热固化获得本征阻燃酚醛纤维的制备方法。

背景技术

酚醛纤维作为一种三维交联型纤维，是由Economy等在研究宇宙开发用廉价炭纤维时，首次发明并申请了相关专利［Economy J，Clark R A，US patent，3650102］。三维交联型纤维具有本征阻燃、隔热性能好及碳化得率高等特点，交联后的酚醛纤维(交联度大于85%)具有优异的阻燃性，高温稳定性，良好的耐烧蚀性及耐腐蚀性，引起了科学工作者的关注[郭金海，酚醛纤维的研究进展及应用[J]，高科技纤维与应用，2009，32(5)：36]。

同时酚醛纤维作为炭纤维前驱体，经碳化、活化工艺后可制备高效且应用范围广泛的新型吸附材料。酚醛基活性炭纤维由于孔径均匀、分布窄，且为狭缝型孔型，而与吸附质相互作用强；其微孔丰富，孔径小而均匀，单峰型分布的细口直径，因而具有高的比表面积，较大的吸附容量，吸附脱附速率快等特性，可用于水体/空气净化、贵金属/溶剂回收、储能储氢等领域。但现有的酚醛纤维制备中，由于熔融纺丝后存在由于溶液固化导致的污染、低效问题；而湿法纺丝中又存在分子量低、强度低的问题。

发明内容

针对以上现状，本发明的目的在于提供一种本征阻燃纤维湿法纺丝的制备方法。

针对存在的纺丝溶液问题和初生纤维后处理固化问题，本发明公开了在酚醛溶液中，继续加入改性剂进行反应获得沉淀产物，加入乙醇搅拌得到酚醛纺丝溶液，湿法纺丝机、热固化制备酚醛纤维的方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种本征阻燃纤维湿法纺丝的制备方法，包括以下步骤：

（1）向水溶性高分子溶液中加入醛类化合物和酚类化合物，加入碱性催化剂得到碱性条件下的溶液，在50-100℃内的两个温度条件下各反应一段时间；降温到30-90℃，加入多官能团改性剂，并逐渐升温到60-100℃反应一段时间，沉淀得到的酚醛树脂；

（2）向步骤（1）得到的酚醛树脂中加入乙醇，搅拌均匀得到酚醛纺丝溶液，使用湿法纺丝工艺，经过凝固浴后卷绕得到初生纤维；

（3）初生纤维经过水洗后，在烘箱中按照一定的升温速率到达固化温度，保持一段时间得到本征阻燃纤维。

进一步，所述步骤（1）中水溶性高分子为PVA、PVP或PEO，醛类化合物为多聚甲醛、甲醛、戊二醛、乙醛或糠醛；酚类化合物为苯酚、甲酚、对甲苯酚、二甲酚、间苯二酚或双酚A；碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、碳酸氢钠、氢氧化镁、氢氧化钙或氢氧化钡；多官能团改性剂为硅酸酯、磷酸、硼酸或三聚氰胺。

进一步，所述步骤（1）中水溶性高分子溶液中高分子的质量含量为1-30%，醛类和酚类的摩尔比为（1-5）:1，多官能团改性剂、酚类与水溶性高分子的质量比为（0.01-0.35）:1:（0.05-25）。

进一步，所述步骤（1）中碱性条件下的溶液的pH值范围为7.5-10.5。

进一步，所述步骤（1）中50-100℃内的两个温度条件为50-70℃和75-100℃，在50-70℃下反应0.1h-7h，在75-100℃下反应0.1h-7h；在60-100℃下，反应时间为0.1h-6h。

进一步，所述步骤（2）中加入乙醇的质量与酚醛树脂的质量比为（0.2-2）:1。