專利名稱：一種納米SiO的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種納米SiO2阻燃粘膠纖維及膜的制備方法，是采用粘膠法，以粘膠(即纖維素磺酸鹽的氫氧化鈉水溶液)和硅溶膠為原料，通過混合、脫泡、抽絲、再生、水洗、堿洗等工藝過程，實現(xiàn)納米SiO2阻燃粘膠纖維及膜的制備，特別是涉及一種由纖維素與二氧化硅(SiO2)組成的阻燃粘膠纖維及纖維素/SiO2的有機-無機聚合物納米復合膜的制備方法，屬于高分子材料領域。
背景技術(shù)：
纖維素可以用于制造纖維、塑料、膠片、薄膜等，在民用、工業(yè)、醫(yī)學、國防和科學研究等方面都有著廣泛的用途。纖維素的資源是無限的，充分利用這一豐富的資源來發(fā)展纖維素工業(yè)，具有長遠的、重要的意義，而且，再生纖維素同天然纖維素一樣是環(huán)境友好的，可以再生和自然降解。
再生纖維素纖維，即粘膠纖維可以替代棉纖維，可以純紡，也可以與其他纖維如滌綸混紡，制成紡織品。目前已有的技術(shù)是采用粘膠法生產(chǎn)纖維素纖維，但是存在環(huán)境污染的問題；銅氨溶液法只是在極少數(shù)企業(yè)采用；N-甲基嗎啉-N-氧化物綠色溶劑法生產(chǎn)Lycell(萊賽爾)纖維，存在技術(shù)難度大不宜被采用，我國也只是處在中試生產(chǎn)水平，因此，仍然采用粘膠法生產(chǎn)改性、功能化再生纖維素纖維，依然有重要的實際意義。再生纖維素纖維遇火燃燒只發(fā)生炭化，因此可以用作服裝面料如部隊作戰(zhàn)服、消防服、床上用品以及老人、兒童、病人服裝等，彌補熱塑性纖維的不足?，F(xiàn)有的再生纖維素纖維阻燃改性主要使用膦酸酯類阻燃劑和聚硅酸鹽類阻燃劑，如Clarian公司的Exolit阻燃劑及阻燃粘膠纖維和Kemira公司的Visil纖維等，雖然符合阻燃劑的無鹵化、低毒、抑煙等要求，但是存在制備難度大，在生產(chǎn)原料及生產(chǎn)過程中存在環(huán)境污染問題，因此，無機阻燃劑及無機阻燃材料將是所有材料阻燃改性的發(fā)展方向。
納米SiO2可以用于高分子材料中，制備聚合物/納米復合材料，提高材料的力學性能和熱性能等，在再生纖維素/納米SiO2復合材料的研究中也取得了一定的進展，SiO2添加到再生纖維素中，一方面可以提高纖維素材料的耐熱性能、阻燃性能，另一方面，高添加量的SiO2可以替代部分纖維素，可以較大程度減少粘膠生產(chǎn)過程中帶來的環(huán)境污染問題。因此，納米SiO2的應用，對粘膠纖維和玻璃紙等再生纖維素工業(yè)，可以減少污染、降低成本、提高產(chǎn)品附加值，但是在制備聚合物/納米復合材料采用硅酸鹽作為納米SiO2的前驅(qū)物，因為含有較高濃度的氧化鈉或氧化鉀成分，在進入凝固浴后，硅酸鹽發(fā)生酸解，一方面消耗凝固浴中的硫酸，生成大量的硫酸鹽，另一方面影響凝固浴中硫酸及硫酸鹽的組成，對凝固浴的處理帶來較大的工作量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種納米SiO2阻燃粘膠纖維及膜的制備方法，包括混合、脫泡、抽絲、水洗、堿洗等工藝過程，是將硅溶膠加入到粘膠溶液(纖維素磺酸鹽的氫氧化鈉水溶液)中，進行攪拌混合；然后在18℃下，對混合溶液進行真空脫泡處理，去除其中所含的氣體，得粘膠-硅溶膠溶液；再將粘膠-硅溶膠溶液加到凝固酸浴中，進行凝固，粘膠與凝固浴中的硫酸發(fā)生反應再生成纖維素，硅溶膠在酸性條件下凝膠化生成SiO2，在凝固浴中抽絲，再經(jīng)水洗、堿洗得到納米SiO2阻燃粘膠纖維，將粘膠-硅溶膠溶液涂成薄膜進入凝固浴可得到纖維素/SiO2的有機-無機聚合物納米復合膜。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的阻燃粘膠纖維及纖維素/SiO2復合膜的制備分為兩步第一步粘膠-硅溶膠溶液的制備將硅溶膠加入到粘膠溶液中(纖維素磺酸鹽的氫氧化鈉水溶液)，進行攪拌混合、真空脫泡處理，去除粘膠-硅溶膠溶液中所含的氣體。
所采用的硅溶膠可以是堿性的硅溶膠，也可以是酸性的硅溶膠，硅溶膠中SiO2的最佳含量是10～40％，硅溶膠的最佳加入量為按SiO2計算占粘膠中α-纖維素質(zhì)量的15～30％。
第二步阻燃粘膠纖維及膜的制備將粘膠-硅溶膠溶液加到凝固酸浴中抽絲，粘膠與凝固浴中的硫酸發(fā)生反應再生成纖維素，硅溶膠在酸性條件下凝膠化生成二氧化硅(SiO2)，生成纖維素-二氧化硅初生絲，初生絲再經(jīng)過牽伸、水洗、堿洗等過程得到阻燃粘膠纖維。
將粘膠-硅溶膠溶液涂成薄膜，加到凝固酸浴中再生、凝膠化可得到纖維素/SiO2的有機-無機聚合物納米復合膜。
凝固浴最佳組成為硫酸100～130克/升、硫酸鈉270～340克/升、硫酸鋅0～11克/升、其他成分是水，酸浴溫度最佳為30～50℃，凝固時間最佳為0.5～10秒。
本發(fā)明方法工藝簡單，易操作，用該制備方法制得的阻燃粘膠纖維及膜具有較好的阻燃、耐熱效果。
具體實施例方式本發(fā)明可按下列實施例進行具體說明其制備過程和效果。
實施例1
取31.25克Si02含量為20％的堿性硅溶膠，加入到500克α-纖維素含量為8.35％(質(zhì)量)、氫氧化鈉含量為5.8％(質(zhì)量)的粘膠水溶液中，在18℃下攪拌0.5小時，然后在18℃下進行真空脫泡處理8小時，去除溶液中所含的氣體，得到粘膠-硅溶膠溶液。
取少許粘膠-硅溶膠溶液，在平板上用涂布器涂成均勻的薄膜，然后將薄膜放入到硫酸含量為100克/升、硫酸鈉270克/升及水配成的凝固浴中，在50℃下反應10秒，得到SiO2含量為15％的纖維素/SiO2的有機-無機聚合物納米復合膜。
纖維素/SiO2的有機-無機聚合物納米復合膜在火中點燃，離開火源后可以自熄，極限氧指數(shù)為27.0％，膜中SiO2的粒徑在20nm左右。
實施例2取實施例1中粘膠-硅溶膠溶液，通過紡絲機以80米/秒的速度進入凝固浴中抽絲生成初生絲。凝固浴組成為硫酸含量為130克/升、硫酸鈉270克/升、硫酸鋅11克/升及水，溫度為50℃。初生絲再經(jīng)過牽伸、水洗、堿洗等過程，得到納米SiO2阻燃粘膠纖維。
阻燃粘膠纖維的干強為2.36cN/dtex，濕強為1.31cN/dtex，干伸為14.6％，極限氧指數(shù)為27.3％，阻燃粘膠纖維中SiO2的粒徑在20nm左右。
權(quán)利要求
1.一種納米SiO2阻燃粘膠纖維及膜的制備方法，包括混合、脫泡、抽絲、水洗、堿洗工藝過程，其特征在于將硅溶膠加入到粘膠溶液即纖維素磺酸鹽的氫氧化鈉水溶液中，進行攪拌混合；然后在18℃下，對混合溶液進行真空脫泡處理，去除其中所含的氣體，得粘膠-硅溶膠溶液；再將粘膠-硅溶膠溶液加到凝固酸浴中，進行凝固，粘膠與凝固浴中的硫酸發(fā)生反應再生成纖維素，硅溶膠在酸性條件下凝膠化生成SiO2，在凝固浴中抽絲，再經(jīng)水洗、堿洗得到納米SiO2阻燃粘膠纖維，將粘膠-硅溶膠溶液涂成薄膜進入凝固浴得到纖維素/SiO2的有機-無機聚合物納米復合膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米SiO2阻燃粘膠纖維及膜的制備方法，其特征在于粘膠溶液中α-纖維素質(zhì)量含量為8.35％，氫氧化鈉質(zhì)量含量為5.8％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米SiO2阻燃粘膠纖維及膜的制備方法，其特征在于所采用的硅溶膠是堿性或酸性的硅溶膠，硅溶膠中SiO2的含量是10～40％，硅溶膠的加入量為按SiO2計算占粘膠中α-纖維素質(zhì)量的15～30％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米SiO2阻燃粘膠纖維及膜的制備方法，其特征在于凝固酸浴的組成為硫酸100～130克/升，硫酸鈉270～340克/升，硫酸鋅0～11克/升，溫度為30～50℃，凝固時間為0.5～10秒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米SiO
文檔編號D01F1/02GK101050559SQ20061004354
公開日2007年10月10日 申請日期2006年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月9日
發(fā)明者紀全, 夏延致, 曾靜, 逄奉建, 孔慶山 申請人:青島大學