一种高韧性、阻燃无纺布及其制备方法与流程

本发明涉及无纺布制备，具体涉及一种高韧性、阻燃无纺布及其制备方法。

背景技术：

1、无纺布是一种由纤维通过物理、化学或机械方式相互结合制成的纺织品，广泛应用于各个领域，如家居用品、工业材料、医疗卫生等。高韧性、阻燃无纺布在很多领域中具有广泛的应用前景，如建筑、汽车、航空航天以及个人防护装备等。这种无纺布能够在面临高温、高压或者火灾等极端条件下保持稳定性和耐久性，有效保护人员和财产的安全。

2、现有技术中为提高无纺布的韧性和阻燃性能，通常的是向无纺布材料中加入阻燃添加剂或高分子树脂，将阻燃剂与无纺布预先混合，然后通过热压、热熔或者浸渍等工艺进行固化，但是，现有的阻燃添加剂与高分子材料之间的相容性较差，在无纺布中存在着弱界面，导致了无纺布材料的韧性下降，并且现有的无纺布采用的热压、热熔或者浸渍等固化工艺，制备过程复杂、无纺布韧性降低和阻燃效果不佳的问题。

3、针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高韧性、阻燃无纺布及其制备方法，用于解决现有技术中的无纺布材料的制备工艺复杂，无纺布的韧性和阻燃性能有待进一步提高的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种高韧性、阻燃无纺布，由聚氨酯纺丝膜和复合聚酯纺丝膜层层交替堆叠，得到上下表层均为聚氨酯纺丝膜的多层纺丝膜后，通过对多层纺丝膜进行蒸汽热轧处理后得到；

4、所述聚氨酯纺丝膜由以下步骤加工得到：

5、a1、将聚乙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯加入到氮气保护的三口烧瓶中搅拌，三口烧瓶温度升高至80-90℃，保温反应3-4h，向三口烧瓶中加入羟基封端聚二甲基硅氧烷，继续保温反应4-6h，后处理得到复合聚氨酯；

6、复合聚氨酯的合成反应原理为：

7、

8、a2、将复合聚氨酯、甲苯加入到三口烧瓶中搅拌均匀，三口烧瓶温度升高至45-50℃，向三口烧瓶中缓慢加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，采用二正丁胺法测定残余异氰酸酯基至未检出，保温反应2-3h，后处理得到改性聚氨酯；

9、改性聚氨酯的合成反应原理为：

10、

11、a3、将改性聚氨酯、n,n-二甲基甲酰胺加入到烧杯中搅拌均匀，得到纺丝液，对纺丝液进行静电纺丝，得到聚氨酯纺丝膜；

12、所述复合聚酯纺丝膜由以下步骤加工得到：

13、b1、将聚对苯二甲酸乙二醇酯、改性聚硅氧烷、六氟异丙醇加入到烧杯中，搅拌至体系完全溶解，静置消泡，得到纺丝液；

14、b2、将纺丝液转移到静电纺丝机中，进行静电纺丝，得到复合聚酯纺丝膜。

15、进一步的，所述多层纺丝膜的堆叠层数为5层或7层。

16、进一步的，步骤a1中聚乙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯、羟基封端聚二甲基硅氧烷的用量比为4g:4.5g:40ml:20g，聚乙二醇为聚乙二醇400，羟基封端聚二甲基硅氧烷的分子量为2000，是后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶保温80-90℃，减压蒸除溶剂，得到复合聚氨酯；步骤a2中复合聚氨酯、甲苯的用量比为1g:6ml，所述后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶温度升高至75-85℃，减压蒸除溶剂，得到改性聚氨酯。

17、进一步的，步骤a3中改性聚氨酯、n,n-二甲基甲酰胺的用量比为1g:4ml，所述静电纺丝操作包括：所述静电纺丝操作包括：将纺丝液加入到注射器内，并将注射器安装到静电纺丝机的注射泵上，设置推进速度为0.001mm/s，纺丝电压为24kv，纺丝膜收集在表面包覆有铝箔的滚筒上，滚筒距离静电纺丝喷头的距离为8cm，气流速度为12m/s，气流中氮气含量高于95％。

18、进一步的，步骤b1中聚对苯二甲酸乙二醇酯、改性聚硅氧烷、六氟异丙醇的用量比为5g:3g:30ml；步骤b2中静电纺丝操作包括：将纺丝液加入到注射器内，并将注射器安装到静电纺丝机的注射泵上，设置推进速度为0.001mm/s，纺丝电压为23kv，纺丝膜收集在表面包覆有铝箔的滚筒上，滚筒距离静电纺丝喷头的距离为15cm，气流速度为8m/s。

19、进一步的，改性聚硅氧烷由以下步骤加工得到：

20、c1、将甲基二乙氧基硅烷、γ-氯丙基甲基二乙氧基硅烷、无水乙醇和纯化水加入到三口烧瓶中搅拌均匀，向三口烧瓶中加入盐酸，调节体系ph＝3，三口烧瓶温度升高至50-60℃，保温反应3-5h，后处理得到聚硅氧烷；

21、聚硅氧烷的合成反应原理为：

22、

23、c2、将聚硅氧烷、n,n-二甲基甲酰胺加入到三口烧瓶中搅拌至体系溶解，向三口烧瓶中加入三聚氰酸和三乙胺，三口烧瓶温度升高至85-95℃，保温反应8-10h，三口烧瓶温度降低至室温，抽滤，滤液转移到三口烧瓶中搅拌，向三口烧瓶中加入三甲胺水溶液，三口烧瓶温度升高至55-65℃，搅拌反应20-22h，后处理得到复合聚硅氧烷；

24、复合聚硅氧烷的合成反应原理为：

25、

26、c3、将复合聚硅氧烷、异丙醇加入到三口烧瓶中搅拌至体系溶解，向三口烧瓶中加入丙烯醇和催化剂，三口烧瓶温度升高至体系回流，保温反应6-8h，后处理得到改性聚硅氧烷。

27、改性聚硅氧烷的合成反应原理为：

28、

29、进一步的，步骤c1中甲基二乙氧基硅烷、γ-氯丙基甲基二乙氧基硅烷、无水乙醇和纯化水的用量比为5g:3g:12ml:6ml，所述后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶温度升高至65-75℃，减压蒸除溶剂，得到聚硅氧烷；步骤c2中聚硅氧烷、n,n-二甲基甲酰胺、三聚氰酸、三乙胺和三甲胺水溶液的用量比为10g:35ml:1g:0.78g:10ml，所述三甲胺水溶液中三甲胺的质量分散为35％，所述后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶温度升高至90-95℃，减压蒸除n,n-二甲基甲酰胺，三口烧瓶温度降低至室温，向三口烧瓶中加入二氯甲烷，室温下搅拌20-25min，抽滤，滤饼用二氯甲烷洗涤三次后抽干，将滤饼转移到温度为60-70℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到复合聚硅氧烷；步骤c3中复合聚硅氧烷、异丙醇、丙烯醇和催化剂的用量比为10g:50ml:2g:0.02g，所述催化剂为氯铂酸，所述后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶温度保温回流，蒸除溶剂，得到改性聚硅氧烷。

30、一种高韧性、阻燃无纺布的制备方法，包括以下步骤：

31、s1、将聚氨酯纺丝膜和复合聚酯纺丝膜层层交替堆叠，得到上下表层均为聚氨酯纺丝膜的多层纺丝膜；

32、s2、将多层纺丝膜加入到热轧机中，设置热轧压力为3-5mpa，以0.5mol/l盐酸作为水源，经过加热蒸发形成盐酸蒸汽，对多层纺丝膜进行蒸汽渗透处理35-45min，降温至室温，出料得到复合无纺布粗品；

33、s3、使用纯化水和肥皂对无纺布粗品洗涤后，晾晒至干，对无纺布粗品的边缘进行修剪，得到复合无纺布。

34、本发明具备下述有益效果：

35、1、本发明的复合无纺布，通过聚氨酯纺丝膜和复合聚酯纺丝膜层层交替堆叠，经蒸汽热轧处理，促进聚酯纺丝膜上的硅氧烷键断开与复合聚酯纺丝膜或聚氨酯纺丝膜上的活性官能团发生重组交联，提高聚氨酯纺丝膜和聚氨酯纺丝膜自身或复合聚酯纺丝膜之间的交联度，形成稳定交联的一体式无纺布材料，简化了无纺布的制备工艺，并且通过提高组成无纺布材料的多层纤维层的交联度，有效的提高了无纺布的抗拉伸韧性，复合聚酯纺丝膜上的三聚氰酸、甲胺盐酸盐均具有良好的阻燃性能，通过其与高交联度的无纺布相互配合，提高无纺布的阻燃性能。

36、2、本发明的复合无纺布，通过聚乙二醇400、异佛尔酮二异氰酸酯在甲苯体系中进行缩合交联反应后与羟基封端聚二甲基硅氧烷作为扩链剂进行进一步反应，制备得到具有聚二甲基硅氧烷为柔性嵌段的复合聚氨酯，复合聚氨酯与3-氨基丙基三乙氧基硅烷进行反应，形成三乙氧基硅烷封端修饰的改性聚氨酯，通过以氮气为气流，对改性聚氨酯纺丝液进行静电纺丝，制备得到具有大量三乙氧基硅烷修饰的聚氨酯纺丝膜，聚氨酯的自身结构中含有酯键或醚键，使得材料在拉伸过程中能够发生变形并具有一定的回弹性，并且，复合聚氨酯中同时含有聚乙二醇400与聚二甲基硅氧烷链段，通过聚乙二醇400与聚二甲基硅氧烷相互配合，提高复合聚氨酯纺丝膜的抗拉伸韧性，在改性聚氨酯链段的两端设置的硅氧乙烷封端基，能够在酸性条件水解形成活动硅羟基与聚氨酯纺丝膜或复合聚酯纺丝膜上的活性基团进行反应，形成化学交联，提高复合无纺布的交联度，进一步的提高复合无纺布的抗拉韧性。

37、3、本发明的复合无纺布，通过甲基二乙氧基硅烷、γ-氯丙基甲基二乙氧基硅烷在酸性条件下进行缩合反应，制备得到具有卤素和硅氢修饰的长直链的聚硅氧烷，聚硅氧烷上的卤素先后与三聚氰酸、三甲胺发生亲核取代反应，形成新的胺基化合物，然后聚硅氧烷与丙烯醇在催化剂作用下发生取代加成反应，在聚硅氧烷上形成醇羟基，通过在聚硅氧烷上修饰极性的醇羟基，可以与聚对苯二甲酸乙二醇酯上的酯基团形成氢键的相互作用，有助于降低两者之间的相互斥性，提高聚硅氧烷与聚对苯二甲酸乙二醇酯之间的相容性，从而制备得到混合均匀的纺丝液，经过静电纺丝制备得到聚对苯二甲酸乙二醇酯和改性聚硅氧烷均匀混合分布的复合聚酯纺丝膜，硅氧烷链段的柔软性和弹性可能有助于提高膜的韧性和撕裂强度，在将聚氨酯纺丝膜和复合聚酯纺丝膜进行蒸汽热轧处理时，盐酸蒸汽进入到多层纺丝膜中，促进膜层之间相互交联，提高膜层之间的交联度，聚硅氧烷链段上修饰的三聚氰酸、三甲胺在高温燃烧时可分解产生气体，如水蒸气、二氧化碳等，这些气体会稀释可燃物表面的氧气，带走部分热量，降低可燃物的表面温度，从而降低燃烧速率，聚硅烷在高温下会裂解产生硅氧烷，这些化合物可以进一步抑制火焰的传播，同时，这些化合物与三聚氰酸。三甲胺相互配合，在可燃物表面形成一层不燃性的保护层，抑制聚酯无纺布在燃烧过程中的热分解和降解，从而减少可燃物的产生，降低燃烧强度，从而达到阻燃效果。