一种基于改性铯钨青铜的蓄热阻燃聚酯纤维及其制备方法与流程

本发明属于功能纤维，尤其涉及一种基于改性铯钨青铜的蓄热阻燃聚酯纤维及其制备方法。

背景技术：

1、铯钨青铜是一类有着优异近红外光吸收性能的材料，有效吸收太阳能并转化为热能，而广泛地用于玻璃透明隔热涂料、太阳膜、玻璃隔热夹胶片、红外隐身等领域。聚酯纤维是目前产量最高、应用最广的合成纤维，在填充物、服装、室内家居等领域有广泛的应用。利用铯钨青铜制备蓄热保暖聚酯纤维材料成为研究热点。然而铯钨青铜粉体未经修饰直接加入共混，在聚酯中容易团聚，分散性较差，对纺丝设备压力较大，导致加工困难。此外，聚酯纤维极易燃烧，且在燃烧过程中熔滴现象严重，严重限制了其在填充物、室内家居等领域的应用。开发具有蓄热阻燃多功能的聚酯纤维意义重大。

2、中国发明专利(cn110067038a)公开了一种蓄热用纳米智能纤维的制备方法，以掺杂有铯钨青铜的聚乙烯醇缩丁醛作为壳层，以正十八烷作为芯层，通过同轴静电纺丝的方法制备壳层负载铯钨青铜的核壳结构纳米智能纤维；然而该方法无法解决铯钨青铜粉体在聚酯纤维中难以分散的问题，且其阻燃性能差。

3、中国发明专利(cn115819934a)公开了一种浅色发热蓄热纤维母粒及其制备方法，分别采用介孔氧化物和直链饱和脂肪酸包覆铯钨青铜粉体，制备了蓄热纤维母粒，然而直链饱和脂肪酸仅通过弱相互作用与介孔氧化物改性铯钨青铜结合，改性效率差，在纤维中的分散性能仍需进一步提高，且直链饱和脂肪酸的长碳链与聚酯纤维结合后产生支架效应，使得聚酯纤维的燃烧行为更复杂，火灾危害性更高。

4、基于以上背景，开发兼具蓄热和阻燃功能于一体的多功能铯钨青铜粉体，用于聚酯纤维的多功能改性意义重大。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于改性铯钨青铜的蓄热阻燃聚酯纤维及其制备方法，首先采用氨基硅烷偶联剂对纳米铯钨青铜进行改性，然后采用三氯化磷、季戊四醇和β-苯乙醇合成含活性氯基团的环状磷酸酯阻燃剂，并用其对改性纳米铯钨青铜进行处理，得到多功能铯钨青铜粉体。最后，采用多功能铯钨青铜和聚酯材料通过熔融共混的方式进行造粒、熔融纺丝的方式进行纺丝，制备基于改性铯钨青铜的蓄热阻燃聚酯纤维。

2、本发明的第一个目的是提供一种基于改性铯钨青铜的蓄热阻燃聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、向纳米铯钨青铜溶液中滴加氨基硅烷偶联剂溶液进行搅拌反应，得到改性铯钨青铜；

4、三氯化磷、季戊四醇和β-苯乙醇于第一溶剂中进行反应，得到含氯环状磷酸酯阻燃剂；

5、s2、将s1所述的含氯环状磷酸酯阻燃剂分散在第二溶剂中，加入s1所述的改性铯钨青铜进行反应，得到多功能铯钨青铜；

6、s3、对s2所述的多功能铯钨青铜和聚酯粉末进行造粒，得到多功能聚酯母粒；

7、s4、对s3所述的多功能聚酯母粒和聚酯切片进行纺丝，得到所述的基于改性铯钨青铜的蓄热阻燃聚酯纤维。

8、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述氨基硅烷偶联剂选自3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

9、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述滴加的速度为3ml/min-5ml/min，例如可以为3ml/min、4ml/min、5ml/min。

10、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述搅拌反应的温度为60℃-70℃，时间为3h-4h。

11、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述三氯化磷和季戊四醇的摩尔比为2-2.2:1，例如可以为(2:1)、(2.1:1)、(2.2:1)；三氯化磷和β-苯乙醇的摩尔比为1:1-1.1，例如可以为(1:1)、(1:1.1)。

12、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述含氯环状磷酸酯阻燃剂的制备具体包括以下步骤：

13、s11、三氯化磷和季戊四醇于第一溶剂中通过亲核取代反应生成中间产物；

14、s12、将s1所述的中间产物和β-苯乙醇进行反应生成所述的含氯环状磷酸酯阻燃剂。

15、在本发明的一个实施例中，在s11中，所述反应的温度为30℃-35℃，时间为4h-5h；

16、在本发明的一个实施例中，在s12中，所述反应的温度为30℃-35℃，时间为2h-3h。

17、在本发明的一个实施例中，季戊四醇含有四个羟基，可与两摩尔的三氯化磷发生反应，生成环状磷酸酯结构，三氯化磷磷稍微过量，保证季戊四醇全部参与反应；然后加入β-苯乙醇进行一侧封端，得到一侧封端，一侧保留活性氯基团的含氯环状磷酸酯阻燃剂。

18、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述纳米铯钨青铜溶液包括纳米铯钨青铜粉体和乙醇溶液。

19、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述氨基硅烷偶联剂溶液包括氨基硅烷偶联剂和乙醇。

20、在本发明的一个实施例中，在s2中，所述含氯环状磷酸酯阻燃剂和改性铯钨青铜的质量比为1-1.3:1，例如可以为(1:1)、(1.2:1)、(1.3:1)；含氯环状磷酸酯阻燃剂的活性氯与改性铯钨青铜的氨基发生反应，得到多功能铯钨青铜。

21、在本发明的一个实施例中，在s2中，所述反应的温度为30℃-35℃，例如可以为30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃；时间为2h-3h，例如可以为2h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h、3h。

22、在本发明的一个实施例中，所述第一溶剂和第二溶剂独立地选自三氯甲烷和/二氯甲烷。

23、进一步地，所述第一溶剂和第二溶剂均为三氯甲烷。

24、在本发明的一个实施例中，在s3之前，还包括对所述多功能铯钨青铜和聚酯粉末进行干燥的步骤，所述多功能铯钨青铜的干燥温度为60℃-80℃，例如可以为60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃；干燥时间为7h-9h，例如可以为7h、8h、9h；所述聚酯粉末的干燥温度为120℃-130℃，例如可以为120℃、121℃、122℃、123℃、124℃、125℃、126℃、127℃、128℃、129℃、130℃；时间为10h-12h，例如可以为10h、11h、12h。

25、在本发明的一个实施例中，在s3中，所述造粒是通过双螺杆挤出机进行熔融共混、挤出成型、冷却切粒；所述造粒的温度为255℃-270℃；加工温度过低，无法将多功能铯钨青铜和聚酯粉末混合均匀，不利于造粒，温度过高则会造成能源浪费。

26、在本发明的一个实施例中，在s3中，所述多功能聚酯母粒中多功能铯钨青铜的质量分数为20％-25％，例如可以为20％、21％、22％、23％、24％、25％。

27、在本发明的一个实施例中，在s4之前，还包括对所述多功能聚酯母粒和聚酯切片进行干燥的步骤，所述干燥是先以90℃-110℃预结晶3h-4h，然后以120℃-140℃干燥10h-15h，保证多功能聚酯母粒和聚酯切片的最终水分低于100ppm。

28、在本发明的一个实施例中，在s4中，所述纺丝是通过熔融纺丝机进行纺丝、冷却后上油、预牵伸、卷绕、牵伸；所述纺丝的工艺参数为：速度为2500m/min-2800m/min，温度为280℃-290℃，牵引倍率为1.5-2。

29、在本发明的一个实施例中，在s4中，所述基于改性铯钨青铜的蓄热阻燃聚酯纤维中多功能聚酯母粒的质量分数为15％-20％，例如可以为15％、16％、17％、18％、19％、20％。

30、本发明的第二个目的是提供一种所述的方法制备得到的基于改性铯钨青铜的蓄热阻燃聚酯纤维。

31、在本发明的一个实施例中，所述基于改性铯钨青铜的蓄热阻燃聚酯纤维的表面温度升高比普通纤维高19.8℃-22.4℃，极限氧指数为28.5％-30.1％，断裂强力为3.2cn/detx-3.4cn/detx。

32、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

33、(1)本发明所述的制备方法中采用氨基硅烷偶联剂对纳米铯钨青铜进行改性，硅烷偶联剂与纳米铯钨青铜表面的羟基发生缩合反应，将氨基硅烷偶联剂接枝在纳米铯钨青铜表面，引入氨基。

34、(2)本发明所述的制备方法中含氯环状磷酸酯阻燃剂的活性氯与改性铯钨青铜的氨基发生反应，因此环状磷酸酯阻燃剂通过共价键将二氧化硅和纳米铯钨青铜颗粒包覆在内部，一方面，环状磷酸酯阻燃剂的分子结构中含有较多的六元环，末端含有苯环结构，与聚酯的结构相似，因此两者可通过相似相溶原理产生结合，相容性好，在聚酯纤维中分散性好，蓄热和阻燃效率高，对聚酯纤维的力学性能影响小；另一方面，环状磷酸酯阻燃剂和纳米纳米铯钨青铜、纳米二氧化硅之间起到协同阻燃效应，该有机-无机阻燃体系具有较高的阻燃抑烟性能。