[发明专利]一种阻燃聚氨酯弹性纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻燃聚氨酯弹性纤维的制备方法。

背景技术

随着全球经济社会的发展和人类生活水平、安全环保意识的日益提高，对绿色环保、安全健康、具有特殊性能的新材料的需求越发强烈。聚氨酯弹性纤维是一种具有高断裂伸长、低模量和高弹性回复率等优异性能的合成纤维，被广泛应用在针织服饰、家居用品等领域。然而聚氨酯弹性纤维的一大缺陷是它的易燃性，其极限氧指数只有17%，属于易燃产品，且燃烧后会释放出大量的有毒有害气体，严重影响人类身体健康、威胁着人类的生命财产安全和生存环境安全。若与涤纶、锦纶等纤维混织，其用量虽少，但当混纺织物接触热源、火源时，聚氨酯弹性纤维其易燃特性容易使其成为着火点而引燃其它纤维。特别是聚氨酯弹性纤维与阻燃涤纶等纤维混纺制成阻燃混纺织物等特殊产品时，对其阻燃特性更是会提出明确要求。因而，制备一种具有阻燃性能的聚氨酯弹性纤维便具有了积极的预防、延缓或终止火灾等现实意义。

传统纤维阻燃特性的获得，多采用织物阻燃后整理、共聚阻燃改性、共混阻燃改性、复合纺丝阻燃改性、接枝阻燃改性等方法。织物阻燃后整理技术，存在阻燃性随洗涤和随使用时间的延长，阻燃剂将渐渐挥发而阻燃性降低劣势。单纯的共聚阻燃改性一般不能达到理想的阻燃效果。共混阻燃改性技术多向纺丝原液中加入大量阻燃剂浆料或粉末，阻燃剂添加较少，达不到理想的阻燃效果，阻燃剂的添加过多，又将会严重降低共混物的可纺性。复合纺丝和接枝阻燃改性技术生产条件和生产成本都较高，因而不被广泛采用。同时，这些方法往往只能达到单一的效果，如改性使聚合物具有阻燃性，但却往往忽略了燃烧滴落性；重视了燃烧滴落性，聚合物可纺性及阻燃性又有所下降；添加的阻燃剂等助剂过多（一般大于聚酯总重量的30%），聚合物的可纺性严重下降，纤维机械性能如断裂强度、断裂伸长、弹性回复相应下降等。

而从环保角度考虑，卤素阻燃剂虽具有优异的阻燃效果，但却存在一系列的缺陷，如在燃烧时产生有侵蚀性的烟雾，同时产生有毒的多卤代苯并呋喃及多卤代二苯并戊烷等有毒有害致癌物质，这对生命和财产安全构成了严重威胁。因而无卤阻燃剂的使用，将会是时代的大趋势。

为此，现着重介绍一下磷系阻燃剂。磷系阻燃剂存在许多氧化态，它们的受热分解产物具有强烈的脱水作用，特别是聚合物结构中存在大量H、O元素时，脱水效果更为强烈。研究表明，磷系阻燃剂会干扰浓缩相的分解和增加燃烧中炭的生成，从而能够改善热塑性聚氨酯树脂的阻燃性。由燃烧生成的包含炭化树脂的炭膜，能够有效阻止树脂和树脂分解产生的气体相两者相接触，从而阻止火势的蔓延。磷系阻燃剂在燃烧时可通过高温分解产生偏磷酸，聚偏磷酸等物质，并且因为具有由磷酸层形成的保护层和聚偏磷酸脱氢所产生的炭膜而具有高阻燃性。同时，磷系阻燃剂还有增塑功能，它可使阻燃剂实现无卤化，因此被广泛应用在众多种树脂中。而三聚氰胺的阻燃作用主要是它能催化形成结炭固体覆盖层，氢氧化铝的阻燃作用在于它一方面能形成三氧化二铝固体保护层，另一方面，其常态下存在的大量结晶水，在燃烧时可快速分解，从而达到吸热降温阻燃作用。

同时，纤维阻燃改性多集中在涤纶、尼龙等领域。查阅资料发现，涉及热塑性聚氨酯塑料TPU的阻燃改性较多，但涉及聚氨酯脲PU弹性纤维阻燃改性的专利及文献却是极少的。

发明内容

技术问题：本发明涉及一种阻燃聚氨酯弹性纤维的制备方法，采用此方法制备的聚氨酯弹性纤维具有良好的永久阻燃特性，纤维弹性无损伤，且安全环保性好，对于预防、延缓或终止火灾很有作用，特适合防护服、家居用品、装饰用品、未成年人服饰等阻燃场合使用。

技术方案：本发明的一种阻燃聚氨酯弹性纤维的制备方法通过制备阻燃聚氨酯纺丝原液及后续干法纺丝两道主要工序制成，其中：

聚氨酯纺丝原液是由聚醚二醇、二异氰酸酯缩合加聚形成预聚体；将预聚体、含磷阻燃剂、二元胺、链终止剂共同扩链形成主链含有磷元素的阻燃聚氨酯聚合物；再将阻燃聚氨酯聚合物与无卤膦盐阻燃剂、三聚氰胺类阻燃剂、三氧化二铝及其它阻燃添加剂共混而制得聚氨酯纺丝原液；所述纺丝原液质量浓度为30-45%；将上述聚氨酯纺丝原液用干法纺丝技术纺制成纤维，纤维旦数为20D、30D、40D、140D、840D、1120D。

所述聚醚二醇为聚四氢呋喃二醇、聚氧化烯烃二醇或共聚醚二醇，聚醚二醇具有1000-5000的分子量。

所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI、甲苯二异氰酸酯TDI、萘二异氰酸酯NDI、六亚甲基二异氰酸酯HDI、多亚甲基多苯基多异氰酸酯PAPI或4，4，一二环己基甲烷二异氰酸酯HMDI。