一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法与流程

文档序号:11455906阅读:1182来源:国知局

本发明涉及一种聚乙烯醇(pva)/纤维素复合纤维的制备方法,具体地说,涉及一种以纤维素浆粕和聚乙烯醇(pva)为原料进行双组份(pva+纤维素)复合纤维的制备方法,属于纺织技术领域。



背景技术:

在同一根纤维截面上存在两种或两种以上不相混合的聚合物纤维,这种纤维称复合纤维,它是20世纪60年代发展起来的物理改性纤维。利用复合纤维制造技术可以获得兼有两种聚合物特性的双组分纤维。

纤维素类纤维主要是粘胶纤维,由于吸湿性好,穿着舒适,可纺性优良,应用广泛,其主要通过湿法纺丝进行制备。维纶是聚乙烯醇缩醛纤维的商品名称,其性能接近棉花,有"合成棉花"之称,是现有合成纤维中吸湿性最大的品种。聚乙烯醇纤维(pva纤维)是一种很有价值的功能性差别化纤维,其强度高、伸度低、模量大、耐酸碱、耐侯性和吸湿性好,耐腐蚀、不怕虫蛀,较长时间的日晒对其强度影响不大。

pva/纤维素复合纤维,兼具粘胶纤维和pva纤维的特点,为复合纤维的开发提供新的思路和方法,具有较好的发展前景。

专利cn102851774a公开了一种提高粘胶纤维强度的方法,该方法是以粘胶纤维为基体,聚乙烯醇为增强材料,以提高粘胶纤维的强度为目的,但该制备方法是完全按照粘胶法制备工艺,存在pva成型不充分,纺丝速度慢(其纺丝速度为10-30m/min),后续交联时间长,生产效率低等问题,不利于产业化生产,且交联过程中用到甲醛,增加了对人体的危害和环境污染。

专利zl201310085220.4公开了一种pva复合高强度高模量纤维素纤维的制备方法,该方法是将预交联的pva溶液与粘胶原液共混按照粘胶纤维制备工艺进行,增加了交联次数(共三次),生产工序繁多,生产效率低下。

现有技术中存在的技术问题:

(1)现有技术中为了增加pva/纤维素复合纤维的强度和模量,一般采取多次交联处理,包括pva溶液的预交联,纺丝共混液的二浴进一步交联成型,后处理中的继续交联浴等;

但pva溶液预交联不容易控制交联程度,造成pva的水溶性下降,而影响后续共混纺丝液的过滤性能;

进一步交联浴用到的乙醛等醛类物质具有较大的刺激性气味,造成生产环境恶化,污染环境,并且交联效果不明显。

(2)现有技术减少交联的次数,会大幅降低pva/纤维素复合纤维的强度和模量,并且会降低复合纤维的耐水性。



技术实现要素:

本发明要解决的问题是针对以上不足,提供一种pva/纤维素复合纤维的制备方法,工艺简单,以纤维素浆粕和聚乙烯醇为原料,通过调整成型浴组成,使两者同时成型得到复合纤维丝束。复合丝束经过湿热拉伸后进行丝束处理,然后经干热拉伸及热处理定型,简单交联后,再经过冷却、切断等工序,制得复合纤维素纤维。

本发明的发明目的为:

(1)提供一种新的pva/纤维素复合纤维的制备方法,本专利技术是在粘胶纤维和维纶纤维的成型工艺基础上进行了创新,取得了较好的效果。

(2)针对现有技术,省略pva溶液预交联和进一步交联浴,在交联次数减少的情况下,pva/纤维素复合纤维的强度和湿模量并没有较大变化,并使耐水性得到提高,同时改善后续纺丝效果和工作环境,提高纺丝效率,并赋予纤维较好的性能。

为解决以上技术问题,本发明采用的技术方案如下:

一种pva/纤维素复合纤维的制备方法,包括所述纺丝原液制备步骤、纺丝成型步骤、湿热拉伸步骤、丝束处理步骤、丝束干燥步骤、干热拉伸步骤、热处理定型步骤、简单交联步骤。

以下是对上述技术方案的进一步改进:

所述纺丝原液制备步骤:将平均聚合度为500~3000(优选地聚合度为1500~2500)的聚乙烯醇溶解制备质量分数为10%~20%(优选地质量分数为14%~18%)的聚乙烯醇(pva)溶液;将制备的pva溶液加入到通过粘胶法制备的粘胶原液中,得到纺丝原液;所述纺丝原液中pva:粘胶原液中甲种纤维素的重量比为10~90:90~10;优选为10-40:60-90。

所述纺丝成型步骤:所述纺丝原液通过调整后的凝固浴进行纺丝,所述凝固浴由50~80g/l(优选60~70g/l)的硫酸,1.0~10.0g/l(优选2.0~7.0g/l)的硫酸锌,380~415g/l(优选400~410g/l)的硫酸钠组成,凝固浴浓度的落差为5.0~10.0g/l,凝固浴温度为42~48℃,喷丝头牵伸-15%~10%(优选-15%~0%),丝条在凝固浴中的停留时间为10~15s;纺丝速度为35-45m/s。

凝固浴浓度的落差是指成型浴中硫酸浓度的降低。

所述湿热拉伸步骤:所述湿热牵伸定型及牵伸比率包括:湿热拉伸浴液是由硫酸钠360~370g/l,硫酸5~10g/l组成,温度90~95℃,丝束在浴液中的处理时间为2.0~3.0s,对纤维丝束的湿热牵伸倍数为30%~80%;

所述丝束处理步骤:水洗处理,水温40~42℃;脱硫及碱中和处理,温度40~42℃,氢氧化钠或者亚硫酸钠的浓度:4.0~6.0g/l;油浴浓度:4.0~7.0g/l;漂白浓度:双氧水0.5~2.0g/l。通过该工序的进行,实现了对复合纤维中纤维素组分的处理,防止了后续工序对纤维素组分的破坏,利于后续工序的进行;

所述丝束干燥步骤:采用热风作为热源,温度120~170℃,丝束进入下一步骤时水分含量在0.5~5.0%;

本发明是对纤维丝束进行脱硫浴、油浴、烘干处理,现有技术一般是对切断后纤维进行上述处理。

所述干热拉伸步骤:空气浴,温度200~210℃,时间70~90s,拉伸倍数50%~80%;

所述热处理定型步骤:空气浴,温度230~240℃,时间30~60s,热处理定型后快速冷却至40-50℃,使大分子固定,保持热处理效果;

所述简单交联步骤:所述交联浴由40~80g/l乙二醛或戊二醛的至少一种组成或者辐射交联,交联时间约为5~15min。简单交联后的纤维丝束经切断到所需长度和经过上油,油浴浓度:4.0~7.0g/l,得到最终产品。

本发明制备的pva/纤维素复合纤维,规格为(1.33~3.33)dtex*(38~51)mm,干强为2.12~2.58cn/dtex,湿强为1.08~1.56cn/dtex,湿模量为0.31-0.51cn/dtex,吸湿率为7.6~12.0%,耐水性提高10~20℃。

本发明省略了pva溶液预交联和进一步交联浴,增加湿热拉伸步骤、干热拉伸步骤、热处理定型步骤、和简单交联步骤相结合,并且将丝束处理步骤代替对切断后纤维处理步骤,使得制备的pva/纤维素复合纤维,在保证pva/纤维素复合纤维的强度的同时,提高复合纤维的耐水性。

本发明采用上述技术方案,与现有技术相比,具有以下技术效果:

(1)本发明省略pva溶液预交联和进一步交联浴;制备出pva/纤维素复合纤维,不仅可以使两种组分优势互补,而且可以实现两者在结构上的混纺,制备的pva/纤维素复合纤维的干强≥2.12cn/dtex,湿强≥1.08cn/dtex,湿模量≥0.31cn/dtex。

(2)本发明制备的复合纤维耐水性高,相对于现有专利技术,耐水性提高10~20℃,纺织加工性好,吸湿率在7.6~12.0%,本发明通过丝束干热拉伸、热处理定型等过程对pva进行耐水性处理,然后进行pva交联,进一步提高了复合纤维的耐水性。同时,制备的复合纤维,耐酸碱、耐侯性好,耐腐蚀、不怕虫蛀,较长时间的日晒对其强度影响不大。

(3)提供一种新的pva/纤维素复合纤维的制备方法,本专利技术是在粘胶纤维和维纶纤维的成型工艺基础上进行了创新,取得了较好的效果。针对现有技术,省略pva溶液预交联和进一步交联浴,在不使pva/纤维素复合纤维强度的情况下,改善了后续纺丝效果和工作环境,提高了纺丝效率。

附图说明

图1,本发明pva/纤维素复合纤维制备工艺流程图。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。

实施例1:一种pva/纤维素复合纤维的制备方法

规格为1.33dtex*38mm的pva/纤维素复合纤维的具体的制备流程如图1所示。

包括以下步骤:

(1)纺丝原液制备步骤:

将平均聚合度为500的聚乙烯醇溶解制备质量分数为20%的聚乙烯醇(pva)溶液;将制备的pva溶液加入到通过粘胶法制备的粘胶原液中,得到纺丝原液;纺丝原液中pva:粘胶原液中甲种纤维素的重量比为10:90。

(2)纺丝成型步骤

纺丝原液通过调整后的凝固浴进行纺丝,凝固浴由80g/l的硫酸,10.0g/l的硫酸锌,380g/l的硫酸钠组成,凝固浴浓度的落差为10.0g/l,凝固浴温度为42℃,喷丝头牵伸20%,丝条在凝固浴中的停留时间为10s,纺丝速度为45m/s。

(3)湿热拉伸步骤

湿热拉伸浴液是由硫酸钠360g/l,硫酸10.0g/l组成,温度90℃,丝束在浴液中的处理时间为2.0s,湿热牵伸倍数为30%。

(4)丝束处理步骤

水洗处理,水温40℃;脱硫及碱中和处理,温度40℃,氢氧化钠浓度:6.0g/l;油浴浓度:4.0g/l;漂白浓度2.0g/l;通过该工序的进行,实现了对复合纤维中纤维素组分的处理,防止了后续工序对纤维素组分的破坏,利于后续工序的进行。

(5)丝束干燥步骤

采用热风作为热源,温度120℃,丝束进入下一步骤时水分含量在5.0%。

(6)干热拉伸步骤

空气浴,温度200℃,时间90s,拉伸倍数80%。

(7)热处理定型步骤

空气浴,温度230℃,时间50s,热处理定型后快速冷却至40℃,使大分子固定,保持热处理效果。

(8)简单交联步骤

所述交联浴由40g/l乙二醛组成,交联时间约为15min。

通过上述工艺制备的规格为1.33dtex*38mm的pva/纤维素复合纤维的干强2.12cn/dtex,湿强1.08cn/dtex,湿模量0.31cn/dtex,耐水性提高10℃,纺织加工性好,吸湿率在12.0%,耐酸碱、耐侯性和吸湿性好,耐腐蚀、不怕虫蛀。

实施例2:一种pva/纤维素复合纤维的制备方法

规格为1.56dtex*38mm的pva/纤维素复合纤维的具体的制备流程如图1所示。

包括以下步骤:

(1)纺丝原液制备步骤

将平均聚合度为1000的聚乙烯醇溶解制备质量分数为18%的聚乙烯醇(pva)溶液;将制备的pva溶液加入到通过粘胶法制备的粘胶原液中,得到纺丝原液;纺丝原液中pva:粘胶原液中甲种纤维素的重量比为20:80。

(2)纺丝成型步骤

纺丝原液通过调整后的凝固浴进行纺丝,凝固浴由75g/l的硫酸,7.6g/l的硫酸锌,392g/l的硫酸钠组成,凝固浴浓度的落差为8.8g/l,凝固浴温度为44℃,喷丝头牵伸12%,丝条在凝固浴中的停留时间为12s,纺丝速度为42m/s。

(3)湿热拉伸步骤

所述湿热牵伸定型及牵伸比率包括:湿热拉伸浴液是由硫酸钠362g/l,硫酸9.1g/l组成,温度91℃,丝束在浴液中的处理时间为2.2s,湿热牵伸倍数为39%。

(4)丝束处理步骤

水洗处理,水温41℃;脱硫及碱中和处理,温度41℃,亚硫酸钠浓度:5.2g/l;油浴浓度:4.6g/l;漂白浓度1.8g/l;通过该工序的进行,实现了对复合纤维中纤维素组分的处理,防止了后续工序对纤维素组分的破坏,利于后续工序的进行。

(5)丝束干燥步骤

采用热风作为热源,温度135℃,丝束进入下一步骤时水分含量在4.1%。

(6)干热拉伸步骤

空气浴,温度205℃,时间82s,拉伸倍数72%。

(7)热处理定型步骤

空气浴,温度233℃,时间45s,热处理定型后快速冷却至42℃,使大分子固定,保持热处理效果。

(8)简单交联步骤

所述交联浴由48g/l戊二醛组成,交联时间约为12min。

通过上述工艺制备的规格为1.56dtex*38mm的pva/纤维素复合纤维的干强2.25cn/dtex,湿强1.25cn/dtex,湿模量0.35cn/dtex,耐水性提高13℃,纺织加工性好,吸湿率在11.2%,耐酸碱、耐侯性和吸湿性好,耐腐蚀、不怕虫蛀。

实施例3:一种pva/纤维素复合纤维的制备方法

规格为1.67dtex*38mm的pva/纤维素复合纤维的具体的制备流程如图1所示。

包括以下步骤:

(1)纺丝原液制备步骤

将平均聚合度为1700的聚乙烯醇溶解制备质量分数为15%的聚乙烯醇(pva)溶液;将制备的pva溶液加入到通过粘胶法制备的粘胶原液中,得到纺丝原液;纺丝原液中pva:粘胶原液中甲种纤维素的重量比为25:75。

(2)纺丝成型步骤

纺丝原液通过调整后的凝固浴进行纺丝,凝固浴由68g/l的硫酸,6.5g/l的硫酸锌,398g/l的硫酸钠组成,凝固浴浓度的落差为7.6g/l,凝固浴温度为45℃,喷丝头牵伸5.6%,丝条在凝固浴中的停留时间为13s,纺丝速度为40m/s。

(3)湿热拉伸步骤

所述湿热牵伸定型及牵伸比率包括:湿热拉伸浴液是由硫酸钠365g/l,硫酸8.3g/l组成,温度92℃,丝束在浴液中的处理时间为2.5s,湿热牵伸倍数为45%。

(4)丝束处理步骤

水洗处理,水温42℃;脱硫及碱中和处理,温度42℃,亚硫酸钠浓度:4.8g/l;油浴浓度:5.2g/l;漂白浓度1.5g/l;通过该工序的进行,实现了对复合纤维中纤维素组分的处理,防止了后续工序对纤维素组分的破坏,利于后续工序的进行。

(5)丝束干燥步骤

采用热风作为热源,温度152℃,丝束进入下一步骤时水分含量在3.5%。

(6)干热拉伸步骤

空气浴,温度206℃,时间77s,拉伸倍数65%。

(7)热处理定型步骤

空气浴,温度235℃,时间41s,热处理定型后快速冷却至44℃,使大分子固定,保持热处理效果。

(8)简单交联步骤

所述交联浴由55g/l乙二醛he22g/l戊二醛组成,交联时间约为10min。

通过上述工艺制备的规格为1.67dtex*38mm的pva/纤维素复合纤维的干强2.39cn/dtex,湿强1.41cn/dtex,湿模量0.41cn/dtex,耐水性提高15℃,纺织加工性好,吸湿率在10.5%,耐酸碱、耐侯性和吸湿性好,耐腐蚀、不怕虫蛀。

实施例4:一种pva/纤维素复合纤维的制备方法

规格为2.22dtex*51mm的pva/纤维素复合纤维的具体的制备流程如图1所示。

包括以下步骤:

(1)纺丝原液制备步骤

将平均聚合度为2500的聚乙烯醇溶解制备质量分数为12%的聚乙烯醇(pva)溶液;将制备的pva溶液加入到通过粘胶法制备的粘胶原液中,得到纺丝原液;纺丝原液中pva:粘胶原液中甲种纤维素的重量比为32:68。

(2)纺丝成型步骤

纺丝原液通过调整后的凝固浴进行纺丝,凝固浴由57g/l的硫酸,3.2g/l的硫酸锌,406g/l的硫酸钠组成,凝固浴浓度的落差为6.2g/l,凝固浴温度为46℃,喷丝头牵伸0%,丝条在凝固浴中的停留时间为14s,纺丝速度为38m/s。

(3)湿热拉伸步骤

所述湿热牵伸定型及牵伸比率包括:湿热拉伸浴液是由硫酸钠368g/l,硫酸6.8g/l组成,温度93℃,丝束在浴液中的处理时间为2.7s,湿热牵伸倍数为68%。

(4)丝束处理步骤

水洗处理,水温41℃;脱硫及碱中和处理,温度41℃,氢氧化钠浓度:4.4g/l;油浴浓度:6.3g/l;漂白浓度0.9g/l;通过该工序的进行,实现了对复合纤维中纤维素组分的处理,防止了后续工序对纤维素组分的破坏,利于后续工序的进行。

(5)丝束干燥步骤

采用热风作为热源,温度163℃,丝束进入下一步骤时水分含量在1.9%。

(6)干热拉伸步骤

空气浴,温度208℃,时间74s,拉伸倍数56%。

(7)热处理定型步骤

空气浴,温度237℃,时间35s,热处理定型后快速冷却至47℃,使大分子固定,保持热处理效果。

(8)简单交联步骤

辐射交联,交联时间约为8min。

通过上述工艺制备的规格为2.22dtex*38mm的pva/纤维素复合纤维的干强2.43cn/dtex,湿强1.46cn/dtex,湿模量0.44cn/dtex,耐水性提高18℃,纺织加工性好,吸湿率在8.8%,耐酸碱、耐侯性和吸湿性好,耐腐蚀、不怕虫蛀。

实施例5:一种pva/纤维素复合纤维的制备方法

规格为3.33dtex*51mm的pva/纤维素复合纤维的具体的制备流程如图1所示。

包括以下步骤:

(1)纺丝原液制备步骤:

将平均聚合度为3000的聚乙烯醇溶解制备质量分数为10%的聚乙烯醇(pva)溶液;将制备的pva溶液加入到通过粘胶法制备的粘胶原液中,得到纺丝原液;纺丝原液中pva:粘胶原液中甲种纤维素的重量比为40:60。

(2)纺丝成型步骤:

纺丝原液通过调整后的凝固浴进行纺丝,凝固浴由50g/l的硫酸,1.0g/l的硫酸锌,415g/l的硫酸钠组成,凝固浴浓度的落差为5.0g/l,凝固浴温度为48℃,喷丝头牵伸-15%,丝条在凝固浴中的停留时间为15s,纺丝速度为35m/s。

(3)湿热拉伸步骤

所述湿热牵伸定型及牵伸比率包括:湿热拉伸浴液是由硫酸钠370g/l,硫酸5.0g/l组成,温度95℃,丝束在浴液中的处理时间为3.0s,湿热牵伸倍数为80%。

(4)丝束处理步骤

水洗处理,水温40℃;脱硫及碱中和处理,温度42℃,亚硫酸钠浓度:4.0g/l;油浴浓度:7.0g/l;漂白浓度0.5g/l;通过该工序的进行,实现了对复合纤维中纤维素组分的处理,防止了后续工序对纤维素组分的破坏,利于后续工序的进行。

(5)丝束干燥步骤

采用热风作为热源,温度170℃,丝束进入下一步骤时水分含量在0.5%。

(6)干热拉伸步骤

空气浴,温度210℃,时间70s,拉伸倍数50%。

(7)热处理定型步骤

空气浴,温度240℃,时间30s,热处理定型后快速冷却至40℃,使大分子固定,保持热处理效果。

(8)简单交联步骤

所述交联浴由80g/l戊二醛组成,交联时间约为5min。

通过上述工艺制备的规格为3.33dtex*51mm的pva/纤维素复合纤维的干强2.58cn/dtex,湿强1.56cn/dtex,湿模量0.51cn/dtex,耐水性提高20℃,纺织加工性好,吸湿率在7.6%,耐酸碱、耐侯性和吸湿性好,耐腐蚀、不怕虫蛀。

本发明中所述凝固浴浓度的落差是指成型浴中硫酸浓度的降低。

除非特殊说明,本发明所述的比例,均为质量比例,所述百分比,均为质量百分比。

最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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