[发明专利]含超支化聚合物的聚丙烯腈纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含超支化聚合物的聚丙烯腈纤维及其制备方法，制备方法：将含多功能改性剂和聚丙烯腈的纺丝原液进行湿法纺丝制得含超支化聚合物的聚丙烯腈纤维，多功能改性剂的分子结构式主要由分子A、分子B和金属离子Mⁿ⁺构成，分子A中的羧基、分子B中的胺基和金属离子Mⁿ⁺间通过离子键和配位键键接形成三角形键合结构，结构式如下：制得的含超支化聚合物的聚丙烯腈纤维的单丝纤度为1.3～2.5dtex，极限氧指数为29％～38％，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为77％～93％。本发明的制备方法，工艺简单，绿色环保，成本低廉；本发明的产品，阻燃、抗菌及机械性能优良，市场前景好。

技术领域

本发明属于纤维改性技术领域，涉及含超支化聚合物的聚丙烯腈纤维及其制备方法，特别涉及一种添加有加工性能优良的多功能改性剂的阻燃抗菌聚丙烯腈纤维及其制备方法。

背景技术

聚丙烯腈纤维是合成纤维四大品种之一，是一种优良的纺织用品原料，其耐光性能、抗辐射性能及保暖性能好，柔软度高，被誉为“人造羊毛”，因此广泛地应用于服装面料和窗帘等领域。随着社会的不断发展，人们对聚丙烯腈纤维的功能性提出了更高的要求。对聚丙烯腈纤维进行功能性改性成为了目前热点的研究方向。

纯聚丙烯腈纤维的极限氧指数仅为17～18％，在合成纤维中属低极限氧指数类的纤维，这极大的限制了其应用，因此对其进行阻燃改性是其应用的迫切需求。目前聚丙烯腈纤维的阻燃改性主要采用以下两种方法：一是共聚改性，即以含有阻燃元素(如卤素和磷等)的乙烯基化合物作为共聚单体与丙烯腈进行共聚而达到改性的目的，共聚法的优点是产品阻燃性能及耐久性好，缺点是单体阻燃元素含量较高会一定程度上影响纤维的耐热性、耐光性、尺寸稳定性和染色性；二是共混改性，即在纺丝原液中混入添加型阻燃剂(如卤代磷酸酯类化合物、含溴化合物等)，虽然其能一定程度降低纤维的发粘温度(耐热性能)并提高收缩性，但阻燃剂的引入会带来相分离的问题，这一定程度上影响了共混改性在聚丙烯腈纤维阻燃改性的应用。

此外，随着人们对室内、床上用品以及服装功能化要求的不断提高，抗菌性聚丙烯腈纤维的开发也成为热点之一。目前抗菌聚丙烯腈纤维的制备法主要有以下两种：一种是在聚丙烯腈纤维形成后对其进行抗菌处理，主要是借助于后处理工艺使抗菌剂附着在纤维表面，所制备的聚丙烯腈纤维虽有较好的抗菌性能，但在使用过程中由于纤维织物的多次洗涤后其抗菌效果会大打折扣；另一种是将抗菌粉末与纺丝液共混纺丝而获得具有抗菌性的聚丙烯腈纤维，但该方法所制备的抗菌聚丙烯腈纤维中抗菌粉末分散不均(相分离)，使得大多数聚丙烯腈抗菌率较低。

分析目前聚丙烯腈纤维阻燃性及抗菌性开发遇到的问题可以发现，如何解决共混改性中添加剂引发的相分离问题是目前共混改性面临的最大挑战。

超支化聚合物如超支化聚酯等具有高度支化的分子结构，在高分子共混领域应用广泛，如超支化聚酯与阻燃剂共混等，超支化聚合物常被作为粘度调节剂广泛地应用于工业生产的各个领域中，其与聚合物的相容性好，能够完美解决阻燃剂的引入带来的相分离问题，但超支化聚合物仍存在热性能比基体低，影响玻璃化温度T_g，进而影响材料的力学性能的问题。虽然将超支化聚合物与金属离子配位能够大幅地提高其热性能，得到的有机无机杂化材料在一定程度上近似无机粒子，但目前制备负载金属离子的超支化聚合物使用的溶剂多为有机溶剂，其对环境不友好，此外，合成制得的负载金属离子的超支化聚合物在水相中难以达到纳米尺度分散，这极大地限制了其在水相高聚物材料成型如溶液纺丝成型的纤维改性中的应用。

因此，研究一种基于提高负载金属离子的超支化聚合物的分散性进而提高聚丙烯腈纤维的阻燃及抗菌性能的方法极具现实意义。

发明内容