专利名称：一种中等模量聚乙烯醇纤维的制备方法
技术领域：
本发明涉及聚乙烯醇纤维的制备方法，尤其涉及一种制备中等模量聚乙烯醇纤维的方法。
背景技术：
聚乙烯醇纤维(以下简称PVA纤维)作为一种耐腐蚀性、耐气候性及与基材良好粘结性能的高分子材料，其用途相当广泛，除了作石棉替代品、轮胎帘子线、产业用布等外。因为其良好的包容性，还可在PVA原液中混入各种功能性填料纺丝，满足不同的市场需求。制备PVA纤维的方法主要为湿法纺丝，它包括常规湿法纺丝工艺和高强高模纤维纺丝工艺。常规湿法纺丝是PVA原液从喷丝头喷出后，在饱和硫酸钠溶液中凝固成型，再通过后处理制得纤维，这种方法得到的纤维杨氏模量大约为40 llOcN/dtex。高强高模纤维纺丝工艺是添加了硼酸的PVA原液细流通过碱浴(氢氧化钠与硫酸钠溶液)交联成型，再经酸浴(硫酸与硫酸钠混合溶液)解除交联，然后进行长时间水洗处理，最后经高倍热拉伸制得高模量PVA纤维，该方法制得纤维模量在ISOcN/dtex以上；但其最大缺点在于纺丝过程中涉及到强酸强碱，操作危险性大；水洗时间很长，能耗高，因此用这种方法制备一些中等模量的纤维时更不具备优势。蒙脱土是近年来报道较多的一种功能性填料，它具有独特的层状一维纳米结构特性和形态特性，层间具有可设计的反应性，超大的比表面积和高达200以上的径/厚比，这种结构将赋予聚合物/蒙脱土复合材料优异的物理机械性能。但蒙脱土在PVA纤维制备中的应用目前尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全性好、操作简便的中等模量PVA纤维制备方法。本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。—种中等模量PVA纤维的制备方法，先将原料混合溶解，再进行常规湿法纺丝制得PVA纤维，其特征在于所述原料包括PVA、蒙脱土和水，其中PVA占100份、蒙脱土占I 20份、水占400 800份。本发明巧妙地采用上述量的蒙脱土分散到PVA原液中作为制备PVA纤维的原料，发现可采用常规湿法纺丝工艺就能制得中等模量的PVA纤维(获得的PVA纤维杨氏模量为110 190cN/dtex),其工艺简单、安全性好、成本低廉,特别适合工业化规模生产。为了提高最终PVA纤维的均匀性，得到质量更加稳定、商品性状更好的PVA纤维，进一步优选地，上述各原料为PVA 100份、蒙脱土占17份、水占650 680份。更优选地，上述原料中PVA的聚合度为1500 3000、醇解度为92 99mol% ;上述蒙脱土优选为钠基、钙基或者镁基蒙脱土中的至少一种，细度1500 3000目，若选用两种蒙脱土，优选按照1:1比例添加，选用三种蒙脱土则优选按1:1 :1加入。
在PVA纤维的制备过程中发现，虽按上述方法可制得中等模量的PVA纤维，但在制备过程中蒙脱土易结团、会影响最终PVA纤维模量，使PVA纤维品质不一；为了有效防止蒙脱土结团、使最终制得的PVA纤维模量均一，上述原料还包括O.1 I份添加剂，具体为0P-10、TX-100或者羧甲基纤维素中的至少一种，均为市售产品；若选用两种添加剂，优选按照1:1比例添加，选用三种蒙脱土则优选按1:1 :1加入。最优选地，本发明中等模量PVA纤维的制备方法所采用的初始原料组分为100份的PVA、17份的蒙脱土、O. 6份的添加剂和650 680份的去离子水；其中PVA的聚合度1500 3000，醇解度为92 99mol %，蒙脱土为细度为1500 3000目的钠基蒙脱土，添加剂为 TX-100。研发过程中进一步发现，在上述混合溶解步骤中，若控制不好易使得PVA溶解不好，从而影响纺丝效果在湿法纺丝过程中喷头易堵塞、易拉断，易使得最终制得的PVA纤维粗细不均匀、商品质量不够好。为了进一步提高最终PVA纤维的品质均一性，上述原料混合溶解中，混合温度优选为95 110°C，压力优选为O. 01 O. 15MPa，溶解时间优选为3 9小时，配成纺丝溶液；更优选为温度105°C，压力O. 08MPa，溶解时间5小时。为了进一步提高纺丝效果、提高最终制得的PVA纤维的强度，上述湿法纺丝过程中，喷丝头孔径优选为O. 07 O. 20mm、进一步优选为O.1 O. 12mm。具体地说，一种中等模量PVA纤维的制备方法，按如下步骤进行(I)纺丝原液的制备将聚合度为1500 3000，醇解度为92 99mol%的PVA100重量份，上述的蒙脱土 I 20重量份，上述的添加剂O.1 I重量份，去离子水400 800重量份，加入溶解釜中，在搅拌下于温度95 110°C，压力为O. 01 O. 15MPa，溶解3 9小时，配成纺丝溶液，再将溶液加压过滤、脱泡，制成纺丝原液；⑵湿法纺丝利用孔径为O. 07 O. 20mm湿法纺丝喷丝头，将纺丝原液于温度95 100°C，经过滤器、计量泵，从喷丝头喷出，原液细流在较强凝固能力的凝固浴中成型，采用-O. 5 I倍喷丝头拉伸，凝固浴为370 420g/l硫酸钠溶液，浴温为35 60°C ；(3)纺丝后处理a、干燥将纤维上含有的50 90wt%水、通过多级焙烘除去，并对纤维进行预热，使之达到软化有利于下一步拉伸；b、拉伸热定型热定型温度为180 260°C,热拉伸I 6倍,热定型时间3 10分钟，获得PVA纤维。本发明制备方法具有如下的有益效果1、本发明通过在PVA原液中添加蒙脱土、其余步骤按常规湿法纺丝进行，使制得的纤维物理机械性能得到大幅提升，尤其是杨氏模量与常规湿法纺丝相比有30 100%的增加。2、本发明在PVA原液中进一步采用了辅助添加剂，使得蒙脱土分散更加均匀，原液性能更加稳定，更利于纺丝成型、提高最终制得的PVA纤维的均一性及品质。3、本发明PVA纤维制备方法与高强高模PVA纤维工艺相比，操作简单，成本低廉，更具环保性，特别适合工业化大规模生产。本发明制得的PVA纤维线密度为1. O 10.Odtex，干断裂强度6· O 10. OcN/dtex,断裂伸长6 20%，杨氏模量120 200cN/dtex ;非常适合在建筑领域或者工业用布中应用，其采用的蒙脱土为天然矿物，在混凝土砂浆中，与水泥基的粘结更为紧密。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。实施例1将聚合度为1750±50，醇解度为95mol%的PVA共15kg，1500目钙基蒙脱土O. 3kg，0P-10添加剂O.1kg,水84kg，加入到溶解釜中，在搅拌下于温度98±2°C，压力O. OlMPa，溶解4小时后，经泵输送过滤，常压下脱泡18小时，脱泡温度97°C，制得纺丝原液温度97°C，通过计量泵计量，经孔径为O.1Omm, 6000孔的喷丝板喷丝，芒硝凝固浴中凝固成形，喷丝头拉伸-O. 5倍，纺出的初生纤维经湿热、干燥、拉伸、热定型，总拉伸6倍，制得的纤维线密度3.1dtex,杨氏模量118cN/dtex。实施例2将聚合度为1750±50，醇解度为99mol%的PVA共15kg，1800目钠基蒙脱土O. 3kg，TX-100添加剂O. 2kg，水84kg，加入到溶解釜中，在搅拌下于温度98±2°C，压力
O.02MPa，溶解3小时后，经泵输送过滤，常压下脱泡4小时，脱泡温度97°C，制得纺丝原液温度97°C，通过计量泵计量，经孔径为O.1Omm, 6000孔的喷丝板喷丝，芒硝凝固浴中凝固成形，喷丝头拉伸-O. 2倍，纺出的初生纤维经湿热、干燥、拉伸、热定型，总拉伸9倍，制得的纤维线密度2. 2dtex，杨氏模量160cN/dtex。实施例3将聚合度为1850±50，醇解度为99mol%的PVA共15kg，3000目钠基蒙脱土
O.6kg，TX-100添加剂O. 2kg，水85kg，加入到溶解釜中，在搅拌下于温度108±2°C，压力
O.03MPa，溶解6小时后，经泵输送过滤，常压下脱泡16小时，脱泡温度97°C，制得纺丝原液温度97°C，通过计量泵计量，经孔径为O. 08mm, 8000孔的喷丝板喷丝，芒硝凝固浴中凝固成形，喷丝头拉伸O.1倍，纺出的初生纤维经湿热、干燥、拉伸、热定型，总拉伸9倍，制得的纤维线密度1. 8dtex,杨氏模量198cN/dtex。实施例4将聚合度为2000±50，醇解度为99mol %的PVA共14kg，2600目镁基蒙脱土
O.3kg，0P-10添加剂O.1kg,水86kg，加入到溶解釜中，在搅拌下于温度99± I °C，压力
O.03MPa，溶解6小时后，经泵输送过滤，常压下脱泡16小时，脱泡温度98°C，制得纺丝原液温度98°C，通过计量泵计量，经孔径为O.1Omm, 6000孔的喷丝板喷丝，芒硝凝固浴中凝固成形，喷丝头拉伸O. 9倍，纺出的初生纤维经湿热、干燥、拉伸、热定型，总拉伸9倍，制得的纤维线密度2.1dtex,杨氏模量190cN/dtex。对比例I将实施例2相同的PVA和溶剂，不加添加剂及蒙脱土，在相同的试验条件下制得的纤维杨氏模量110cN/dtex。
实施例5 9按以下各物料及工艺参数进行，其它均与实施例1相同。所制得的PVA纤维线密度为1. O 10. Odtex，干断裂强度6. O 10. OcN/dtex，断裂伸长6 20%，杨氏模量120 200cN/dtex,非常适合在建筑领域或者工业用布中应用。
权利要求
1.一种中等模量PVA纤维的制备方法，先将原料混合溶解，再进行常规湿法纺丝制得PVA纤维，其特征在于所述原料包括PVA、蒙脱土和水，其中PVA占100份、蒙脱土占I 20份、水占400 800份。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述各原料最好为PVA100份、蒙脱土占17份、水占650 680份。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述原料中PVA的聚合度为1500 3000、醇解度为92 99mol% ;所述蒙脱土优选为钠基、钙基或者镁基蒙脱土中的至少一种，细度1500 3000目。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述原料还包括O.1 I份添加齐U，所述添加剂为0P-10、TX-100或者羧甲基纤维素中的至少一种。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述原料还包括O.1 I份添加剂，所述添加剂为ΟΡ-ΙΟ、ΤΧ-100或者羧甲基纤维素中的至少一种。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述原料组分为100份的PVA、17份的蒙脱土、O. 6份的添加剂和650 680份的去离子水；其中PVA的聚合度1500 3000，醇解度为92 99mol%，蒙脱土为细度为1500 3000目的钠基蒙脱土，添加剂为TX-100。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述原料混合溶解中，混合温度优选为95 110°C，压力优选为O. 01 O. 15MPa，溶解时间优选为3 9小时，配成纺丝溶液。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述原料混合溶解中，混合温度为105°C，压力为O. 08MPa，溶解时间为5小时。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述原料混合溶解中，混合温度优选为95 110°C，压力优选为O. 01 O. 15MPa，溶解时间优选为3 9小时，配成纺丝溶液。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于所述原料混合溶解中，混合温度为105°C，压力为O. 08MPa，溶解时间为5小时。
11.如权利要求4或6所述的制备方法，其特征在于所述湿法纺丝过程中，喷丝头孔径优选为O. 07 O. 20mm、进一步优选为O.1 O. 12mm。
12.如权利要求5所述的制备方法，按如下步骤进行 (1)纺丝原液的制备 将所述的PVA、蒙脱土、添加剂和去离子水加入溶解釜中，在搅拌下于温度95 110°C，压力为O. 01 O. 15MPa，溶解3 9小时，配成纺丝溶液，再将溶液加压过滤、脱泡，制成纺丝原液； (2)湿法纺丝 利用孔径为O. 07 O. 20mm湿法纺丝喷丝头，将纺丝原液于温度95 100°C，经过滤器、计量泵，从喷丝头喷出，原液细流在较强凝固能力的凝固浴中成型，采用-O. 5 I倍喷丝头拉伸，凝固浴为370 420g/l硫酸钠溶液，浴温为35 60°C ； (3)纺丝后处理 a、干燥将纤维上含有的50 90被％水、通过多级焙烘除去，并对纤维进行预热，使之达到软化有利于下一步拉伸； b、拉伸热定型热定型温度为180 260°C,热拉伸I 6倍,热定型时间3 10分钟，获得PVA纤维。
全文摘要
一种中等模量PVA纤维的制备方法，先将原料混合溶解，再进行常规湿法纺丝制得PVA纤维，其特征在于所述原料包括PVA、蒙脱土和水，其中PVA占100份、蒙脱土占1～20份、水占400～800份。本发明PVA纤维制备方法与高强高模PVA纤维工艺相比，操作简单，成本低廉，更具环保性，特别适合工业化大规模生产。本发明制得的PVA纤维线密度为1.0～10.0dtex，干断裂强度6.0～10.0cN/dtex，断裂伸长6～20%，杨氏模量110～200cN/dtex；非常适合在建筑领域或者工业用布中应用。
文档编号D01F6/50GK103060940SQ20111031686
公开日2013年4月24日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者徐小松, 王建, 蔡霞, 张振宇, 刘婵, 李利 申请人:中国石油化工集团公司, 中国石化集团四川维尼纶厂