含磷阻燃共聚酯耐水解改性及纤维应用研究

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聚酯纤维性能优异,量大价优,应用广泛。但其属于易燃材料,经火源点燃后便燃烧剧烈,不易熄灭,给人民生命财产带来巨大威胁,因此阻燃聚酯纤维材料逐渐进入市场。从阻燃聚酯纤维的加工与应用来看,目前量产的品种不多,且在后续加工及应用中仍存在问题。阻燃聚酯纤维的后加工染色过程,属于高温高压的热湿环境。在这样的环境下,阻燃聚酯纤维结构中的酯键及磷氧键易发生断裂,影响阻燃聚酯纤维产品的性能及后续使用。基于以上问题,探索研究阻燃聚酯纤维在热湿环境中的结构性能变化及其性能下降机制,并提供应用性能的优化方案具有实际意义。碳化二亚胺是常用的耐水解剂,微量添加即可得到优异的耐水解效果。本文使用碳化二亚胺类耐水解剂对阻燃共聚酯进行共混改性,以增强其耐水解性能。对共混改性的耐水解阻燃共聚酯切片的基本性能进行评价,并且对其耐热湿性能与耐热氧化性能进行探索研究。在此基础上,对阻燃共聚酯与耐水解母粒进行熔融共混纺丝,对所纺制的耐水解改性阻燃共聚酯纤维的基本性能进行测试,并评价其阻燃性能与耐水解性能。具体研究内容如下:(1)市售的阻燃共聚酯切片中最主要产品为CEPPA阻燃剂改性的主链型阻燃共聚酯。其主链含有的磷氧键与酯键在水的作用下极易断裂,水解产生的酸性结构及高温条件又进一步促进水解反应。使用碳化二亚胺耐水解母粒对含磷阻燃共聚酯进行共混改性,制备有效含量为0.5 wt%、1.0 wt%和1.5 wt%的共混切片。碳化二亚胺的添加对阻燃共聚酯结晶能力和结晶温度有所提高,且增加了一定的耐热性。流变性能的测试表明,阻燃共聚酯比常规PET熔体对温度更加敏感。添加碳化二亚胺耐水解组分的共混纺丝工艺可参考阻燃共聚酯的纺丝工艺,纺丝温度可有所下降。(2)在相同条件下对常规PET、阻燃共聚酯及耐水解共混改性阻燃共聚酯切片进行热加工,发现各样品有不同程度的降解,均呈现出分子量下降,多分散系数增大的变化。而共混切片的降解情况比起阻燃共聚酯有所缓解,0 wt%、0.5wt%、1.0 wt%和1.5 wt%有效含量的耐水解阻燃共聚酯共混切片分别下降了6855g/mol、5130 g/mol、4371g/mol和4084 g/mol,同时多分散系数增大的趋势也逐渐减缓。使用常规PET与耐水解母粒高含量共混,测试发现碳化二亚胺的加入能够在热加工过程中消耗体系中的端羧基,端羧基的减少有益于抑制热降解及水解反应的发生。在同样的热湿环境下处理各样品,其分子量及起阻燃作用的磷含量均随处理时间的增加而下降。碳化二亚胺对含磷阻燃共聚酯的耐热湿性能有较好效果,其中添加0.5 wt%有效含量碳化二亚胺的共混切片效果较好,72小时热湿条件下磷含量和数均分子量的保持率比起纯样分别增大了18.64%和10.3%,在一定程度上提升了耐湿热性能和耐热氧化性能。(3)对含磷阻燃共聚酯及改性聚酯进行熔融纺丝成形,测试纤维的阻燃性能,极限氧指数约为28%,垂直燃烧UL-94级别均处于V-2级,阻燃性能良好。与常规PET纤维相比,含磷阻燃共聚酯纤维的断裂强度有所下降,添加耐水解成分后综合性能变化不大。因此,添加耐水解组分对阻燃共聚酯纤维的使用效果并未有过多影响。从水解结果来看,含磷阻燃共聚酯纤维比常规PET纤维的强度下降情况更严重,而添加了0.5 wt%碳化二亚胺后抑制了含磷阻燃共聚酯纤维水解后力学性能与阻燃性能的下降,72小时热湿水解强度保持率达到了83%以上,36小时热湿水解后极限氧指数保持率达92%。可见通过添加少量碳化二亚胺可在不影响纤维应用的同时增加纤维的耐水解作用,提升了含磷阻燃共聚酯纤维的使用性能。
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