一种超疏水莱赛尔纤维的制备方法与流程

本发明属于超疏水纺织品
技术领域：
,具体涉及一种超疏水莱赛尔纤维的制备方法。
背景技术：
：莱赛尔纤维具有天然纤维的吸湿性、染色性和服用舒适性，此外，其具有合成纤维高强度等优异物理性能，是一种优异的服用纤维。莱赛尔纤维的制备方法是采用n-甲基吗啉-n-氧化物(简称：nmmo)为溶剂直接溶解纺丝浆粕，经干喷-湿纺纺丝工艺制备得到。莱赛尔纤维的生产过程对环境无污染，其可自然降解，被称为21世纪革命性纤维和纺织原料。随着社会生活水平的提高，多功能纺织品的市场需求在日益增强，其中，具有超疏水功能的纺织品越来越受到消费者的青睐。具有超疏水功能的纺织品不仅可应用于医疗、军用等领域，在日常生活中也应用广泛，如：帐篷、伞和防护服等。目前，对织物的超疏水性能的研究较多，如：中国专利申请号201610987952.6公布了一种超疏水纤维材料及其制备方法，该专利将纳米材料混合液附着在纤维材料表面，通过真空活化处理，得到超疏水纤维材料。此方法是对纤维材料的表面进行修饰得到的，制备工艺相对复杂。当前，制备超疏水纤维的方法主要有自组装法、溶胶-凝胶法和气相沉积法等，这些方法大部分在纤维的表面进行修饰或改性，其制备工艺复杂、设备要求高。莱赛尔纤维具有优异的性能，其在很多领域应用广泛，如果将其赋予超疏水的性能，其一定会发挥更大的作用。技术实现要素：本发明的目的是克服以往技术的不足，提供一种超疏水莱赛尔纤维的制备方法。本发明制备了一种低表面能物质长链脂肪醇，然后，将其与纤维素同时溶解于有机溶剂nmmo中，然后进行纺丝制备莱赛尔纤维。本发明制备的莱赛尔纤维的表面具有低表面能物质，因此，其具有超疏水的功能，应用前景广阔。本发明所述的一种超疏水莱赛尔纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：(1)低表面能物质的制备：称取一定质量的米糠蜡(海宁德邦化工有限公司生产)浸入1～5g/l氢氧化钠水溶液，米糠蜡质量(g)与氢氧化钠水溶液体积(ml)的浴比为1︰30～40，在90～98℃连续搅拌反应15～20小时，反应结束后，加入1～5g/l盐酸溶液中和，使溶液的ph为6～7，随后加入1～5g/l氯化钙溶液，均匀搅拌使沉淀产生，过滤，脱除废液，再将滤饼用40～55℃热水洗涤，真空干燥；然后，采用丙酮作萃取剂，固液比为1︰10～20，经5～10次萃取，将萃取液收集，在40～50℃减压蒸馏，制得长链脂肪醇；(2)纺丝液的制备：将质量分数为50～55％的nmmo的水溶液减压蒸馏至80～90％的nmmo水溶液，将步骤(1)制备的长链脂肪醇与棉浆粕(山东银鹰化纤有限公司生产)溶于nmmo水溶液，其中，长链脂肪醇与棉浆粕的质量比为1︰20～40，棉浆粕的质量(g)与nmmo水溶液体积(ml)的浴比为1︰10～15，在反应釜中于110～130℃真空搅拌溶解3～4小时，制得质量分数为10～15％的均匀纺丝液；(3)莱赛尔纤维的纺丝：将步骤(2)处理后的纺丝液加入螺杆挤压机，在95～120℃下进一步溶解，然后过滤，进入纺丝系统，其中，气隙长度为7～10cm，纺丝速度为40～55m/min，喷丝板孔径为15～120μm，孔毛细管长280～800μm；喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入凝固浴槽，凝固成形，凝固浴浓度为10～15％的nmmo的水溶液，凝固浴温度为0～15℃；莱赛尔纤维纺丝设备流程图如图1所示；(4)纤维的醇洗：将步骤(3)处理后的纤维浸入浓度为80～90％的乙醇溶液，浸入时间为3～4小时，溶液温度为室温，浴比1︰10～15；(5)纤维的漂白：将步骤(4)处理后的纤维浸入浓度为0.1～0.2g/l的漂白剂溶液(名称：强氯精，山东佳洁净水处理科技有限公司生产)，浸入时间为2～3小时，溶液温度为45～55℃，浴比1︰25～30；(6)纤维的水洗：将步骤(5)处理后的纤维浸入75～95℃的热水中，时间为2～3小时，浴比1︰15～25；(7)纤维的上油：将步骤(6)处理后的纤维浸入2～4g/l的油浴溶液(型号：hy-101，杭州华亚化工有限公司生产)，油浴温度为85～90℃，时间为2～4小时，浴比1︰20～25；(8)纤维的烘干：将步骤(7)处理后的纤维经过烘干处理后得到莱赛尔纤维。本发明具有如下显著特点：(1)本发明制备的莱赛尔纤维干断裂强度介于42～44cn/tex之间，其干断裂伸长率介于13.5％～15％之间；其湿断裂强度介于26～28cn/tex之间，其纤维湿断裂伸长率介于15.5％～17％之间，其主要强力性能与市场采购的莱赛尔纤维的强力性能接近。本发明制备的纤维素纤维是一个合格的莱赛尔纤维。(2)本发明制备的莱赛尔纤维的表面具有低表面能物质长链脂肪醇，将其纺制成莱赛尔纤维织物，水滴在莱赛尔纤维织物的表观接触角范围在151°～153°之间，而水滴在采购的莱赛尔纤维织物的表观接触角只有37.2°。由此认为，本发明制备的莱赛尔纤维具有超疏水性。(3)本发明采用nmmo溶解纤维素，nmmo具有溶解能力强、不挥发和易回收等优点。本发明方法制备的莱赛尔纤维具有较强的超疏水性，全部生产工艺简单，价格低廉，生产过程对环境污染小。附图说明图1莱赛尔纤维纺丝设备流程图(1.纺丝流体；2.导丝辊；3.凝固浴；4.导丝辊；5.卷绕辊；6.喷丝头；7.导管；8.计量泵；9.静态混合器；10.过滤器；11.计量区；12.排气孔；13.螺杆；14.料斗；15.搅拌叶；16.悬浮液)具体实施方式以下所述实施例详细说明了本发明。实施例1(1)低表面能物质的制备：称取200克的米糠蜡(海宁德邦化工有限公司生产)浸入1g/l氢氧化钠水溶液，米糠蜡质量(g)与氢氧化钠水溶液体积(ml)的浴比为1︰30，在90℃连续搅拌反应15小时，反应结束后，加入1g/l盐酸溶液中和，使溶液的ph为6，随后加入1g/l氯化钙溶液，均匀搅拌使沉淀产生，过滤，脱除废液，再将滤饼用40℃热水洗涤，真空干燥。然后，采用丙酮作萃取剂，固液比为1︰10，经5次萃取，将萃取液收集，在40℃减压蒸馏，制得长链脂肪醇。(2)纺丝液的制备：将质量分数为51.5％的nmmo的水溶液减压蒸馏至85％的nmmo水溶液，将步骤(1)制备的长链脂肪醇与棉浆粕(山东银鹰化纤有限公司生产)溶于nmmo水溶液，其中，长链脂肪醇与棉浆粕的质量比为1︰30，棉浆粕的质量(g)与nmmo水溶液体积(ml)的浴比为1︰12，在反应釜中于120℃真空搅拌溶解3.5小时，制得质量分数为12％的均匀纺丝液。(3)莱赛尔纤维的纺丝：将步骤(2)处理后的纺丝液加入螺杆挤压机，在100℃下进一步溶解，然后过滤，进入纺丝系统，其中，气隙长度为9cm，纺丝速度为45m/min，喷丝板孔径为80μm，孔毛细管长500μm；喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入凝固浴槽，凝固成形，凝固浴浓度为12％的nmmo的水溶液，凝固浴温度为14℃。莱赛尔纤维纺丝设备流程图如图1所示。(4)纤维的醇洗：将步骤(3)处理后的纤维浸入浓度为85％的乙醇溶液，浸入时间为3.5小时，溶液温度为室温，浴比1︰12。(5)纤维的漂白：将步骤(4)处理后的纤维浸入浓度为0.1g/l的漂白剂溶液(名称：强氯精，山东佳洁净水处理科技有限公司生产)，浸入时间为2.5小时，溶液温度为45℃，浴比1︰25。(6)纤维的水洗：将步骤(5)处理后的纤维浸入85℃的热水中，时间为2.5小时，浴比1︰20。(7)纤维的上油：将步骤(6)处理后的纤维浸入3g/l的油浴溶液(型号：hy-101，杭州华亚化工有限公司生产)，油浴温度为85℃，时间为3小时，浴比1︰24。(8)纤维的烘干：将步骤(7)处理后的纤维经过烘干处理后得到莱赛尔纤维a。实施例2(1)低表面能物质的制备：称取200克的米糠蜡(海宁德邦化工有限公司生产)浸入2g/l氢氧化钠水溶液，米糠蜡质量(g)与氢氧化钠水溶液体积(ml)的浴比为1︰35，在95℃连续搅拌反应18小时，反应结束后，加入2g/l盐酸溶液中和，使溶液的ph为6.5，随后加入2g/l氯化钙溶液，均匀搅拌使沉淀产生，过滤，脱除废液，再将滤饼用45℃热水洗涤，真空干燥。然后，采用丙酮作萃取剂，固液比为1︰15，经6次萃取，将萃取液收集，在45℃减压蒸馏，制得长链脂肪醇。(2)纺丝液的制备：将质量分数为54.3％的nmmo的水溶液减压蒸馏至88％的nmmo水溶液，将步骤(1)制备的长链脂肪醇与棉浆粕(山东银鹰化纤有限公司生产)溶于nmmo水溶液，其中，长链脂肪醇与棉浆粕的质量比为1︰30，棉浆粕的质量(g)与nmmo水溶液体积(ml)的浴比为1︰14，在反应釜中于120℃真空搅拌溶解3.5小时，制得质量分数为12％的均匀纺丝液。(3)莱赛尔纤维的纺丝：将步骤(2)处理后的纺丝液加入螺杆挤压机，在98℃下进一步溶解，然后过滤，进入纺丝系统，其中，气隙长度为8cm，纺丝速度为50m/min，喷丝板孔径为100μm，孔毛细管长500μm；喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入凝固浴槽，凝固成形，凝固浴浓度为14％的nmmo的水溶液，凝固浴温度为15℃。莱赛尔纤维纺丝设备流程图如图1所示。(4)纤维的醇洗：将步骤(3)处理后的纤维浸入浓度为90％的乙醇溶液，浸入时间为4小时，溶液温度为室温，浴比1︰15。(5)纤维的漂白：将步骤(4)处理后的纤维浸入浓度为0.2g/l的漂白剂溶液(名称：强氯精，山东佳洁净水处理科技有限公司生产)，浸入时间为3小时，溶液温度为55℃，浴比1︰25。(6)纤维的水洗：将步骤(5)处理后的纤维浸入95℃的热水中，时间为3小时，浴比1︰25。(7)纤维的上油：将步骤(6)处理后的纤维浸入4g/l的油浴溶液(型号：hy-101，杭州华亚化工有限公司生产)，油浴温度为90℃，时间为4小时，浴比1︰25。(8)纤维的烘干：将步骤(7)处理后的纤维经过烘干处理后得到莱赛尔纤维b。实施例3(1)低表面能物质的制备：称取200克的米糠蜡(海宁德邦化工有限公司生产)浸入3g/l氢氧化钠水溶液，米糠蜡质量(g)与氢氧化钠水溶液体积(ml)的浴比为1︰35，在95℃连续搅拌反应18小时，反应结束后，加入3g/l盐酸溶液中和，使溶液的ph为6.5，随后加入3g/l氯化钙溶液，均匀搅拌使沉淀产生，过滤，脱除废液，再将滤饼用45℃热水洗涤，真空干燥。然后，采用丙酮作萃取剂，固液比为1︰15，经7次萃取，将萃取液收集，在45℃减压蒸馏，制得长链脂肪醇。(2)纺丝液的制备：将质量分数为52.7％的nmmo的水溶液减压蒸馏至85％的nmmo水溶液，将步骤(1)制备的长链脂肪醇与棉浆粕(山东银鹰化纤有限公司生产)溶于nmmo水溶液，其中，长链脂肪醇与棉浆粕的质量比为1︰30，棉浆粕的质量(g)与nmmo水溶液体积(ml)的浴比为1︰15，在反应釜中于125℃真空搅拌溶解3.5小时，制得质量分数为15％的均匀纺丝液。(3)莱赛尔纤维的纺丝：将步骤(2)处理后的纺丝液加入螺杆挤压机，在120℃下进一步溶解，然后过滤，进入纺丝系统，其中，气隙长度为10cm，纺丝速度为55m/min，喷丝板孔径为100μm，孔毛细管长700μm；喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入凝固浴槽，凝固成形，凝固浴浓度为13％的nmmo的水溶液，凝固浴温度为10℃。莱赛尔纤维纺丝设备流程图如图1所示。(4)纤维的醇洗：将步骤(3)处理后的纤维浸入浓度为80～90％的乙醇溶液，浸入时间为3～4小时，溶液温度为室温，浴比1︰10～15。(5)纤维的漂白：将步骤(4)处理后的纤维浸入浓度为0.15g/l的漂白剂溶液(名称：强氯精，山东佳洁净水处理科技有限公司生产)，浸入时间为2.5小时，溶液温度为50℃，浴比1︰28。(6)纤维的水洗：将步骤(5)处理后的纤维浸入80℃的热水中，时间为2.5小时，浴比1︰20。(7)纤维的上油：将步骤(6)处理后的纤维浸入4g/l的油浴溶液(型号：hy-101，杭州华亚化工有限公司生产)，油浴温度为90℃，时间为3小时，浴比1︰24。(8)纤维的烘干：将步骤(7)处理后的纤维经过烘干处理后得到莱赛尔纤维c。实施例4(1)低表面能物质的制备：称取200克的米糠蜡(海宁德邦化工有限公司生产)浸入4g/l氢氧化钠水溶液，米糠蜡质量(g)与氢氧化钠水溶液体积(ml)的浴比为1︰35，在95℃连续搅拌反应18小时，反应结束后，加入4g/l盐酸溶液中和，使溶液的ph为6.5，随后加入4g/l氯化钙溶液，均匀搅拌使沉淀产生，过滤，脱除废液，再将滤饼用50℃热水洗涤，真空干燥。然后，采用丙酮作萃取剂，固液比为1︰15，经8次萃取，将萃取液收集，在45℃减压蒸馏，制得长链脂肪醇。(2)纺丝液的制备：将质量分数为54.3％的nmmo的水溶液减压蒸馏至88％的nmmo水溶液，将步骤(1)制备的长链脂肪醇与棉浆粕(山东银鹰化纤有限公司生产)溶于nmmo水溶液，其中，长链脂肪醇与棉浆粕的质量比为1︰30，棉浆粕的质量(g)与nmmo水溶液体积(ml)的浴比为1︰14，在反应釜中于120℃真空搅拌溶解3小时，制得质量分数为15％的均匀纺丝液。(3)莱赛尔纤维的纺丝：将步骤(2)处理后的纺丝液加入螺杆挤压机，在120℃下进一步溶解，然后过滤，进入纺丝系统，其中，气隙长度为7cm，纺丝速度为55m/min，喷丝板孔径为110μm，孔毛细管长600μm；喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入凝固浴槽，凝固成形，凝固浴浓度为10％的nmmo的水溶液，凝固浴温度为8℃。莱赛尔纤维纺丝设备流程图如图1所示。(4)纤维的醇洗：将步骤(3)处理后的纤维浸入浓度为85％的乙醇溶液，浸入时间为3小时，溶液温度为室温，浴比1︰11。(5)纤维的漂白：将步骤(4)处理后的纤维浸入浓度为0.2g/l的漂白剂溶液(名称：强氯精，山东佳洁净水处理科技有限公司生产)，浸入时间为3小时，溶液温度为55℃，浴比1︰25。(6)纤维的水洗：将步骤(5)处理后的纤维浸入95℃的热水中，时间为3小时，浴比1︰15。(7)纤维的上油：将步骤(6)处理后的纤维浸入2g/l的油浴溶液(型号：hy-101，杭州华亚化工有限公司生产)，油浴温度为85℃，时间为2小时，浴比1︰20。(8)纤维的烘干：将步骤(7)处理后的纤维经过烘干处理后得到莱赛尔纤维d。实施例5(1)低表面能物质的制备：称取200克的米糠蜡(海宁德邦化工有限公司生产)浸入5g/l氢氧化钠水溶液，米糠蜡质量(g)与氢氧化钠水溶液体积(ml)的浴比为1︰40，在98℃连续搅拌反应20小时，反应结束后，加入5g/l盐酸溶液中和，使溶液的ph为7，随后加入5g/l氯化钙溶液，均匀搅拌使沉淀产生，过滤，脱除废液，再将滤饼用55℃热水洗涤，真空干燥。然后，采用丙酮作萃取剂，固液比为1︰20，经10次萃取，将萃取液收集，在50℃减压蒸馏，制得长链脂肪醇。(2)纺丝液的制备：将质量分数为55.6％的nmmo的水溶液减压蒸馏至90％的nmmo水溶液，将步骤(1)制备的长链脂肪醇与棉浆粕(山东银鹰化纤有限公司生产)溶于nmmo水溶液，其中，长链脂肪醇与棉浆粕的质量比为1︰40，棉浆粕的质量(g)与nmmo水溶液体积(ml)的浴比为1︰15，在反应釜中于130℃真空搅拌溶解4小时，制得质量分数为15％的均匀纺丝液。(3)莱赛尔纤维的纺丝：将步骤(2)处理后的纺丝液加入螺杆挤压机，在120℃下进一步溶解，然后过滤，进入纺丝系统，其中，气隙长度为10cm，纺丝速度为55m/min，喷丝板孔径为110μm，孔毛细管长400μm；喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入凝固浴槽，凝固成形，凝固浴浓度为15％的nmmo的水溶液，凝固浴温度为9℃。莱赛尔纤维纺丝设备流程图如图1所示。(4)纤维的醇洗：将步骤(3)处理后的纤维浸入浓度为88％的乙醇溶液，浸入时间为3小时，溶液温度为室温，浴比1︰15。(5)纤维的漂白：将步骤(4)处理后的纤维浸入浓度为0.2g/l的漂白剂溶液(名称：强氯精，山东佳洁净水处理科技有限公司生产)，浸入时间为3小时，溶液温度为55℃，浴比1︰25。(6)纤维的水洗：将步骤(5)处理后的纤维浸入75℃的热水中，时间为2小时，浴比1︰15。(7)纤维的上油：将步骤(6)处理后的纤维浸入2g/l的油浴溶液(型号：hy-101，杭州华亚化工有限公司生产)，油浴温度为85℃，时间为2小时，浴比1︰20。(8)纤维的烘干：将步骤(7)处理后的纤维经过烘干处理后得到莱赛尔纤维e。性能评价实例：对本发明中上述具体实施例1～5制备得到的莱赛尔纤维a、b、c、d、e进行强力性能测试，测试方法参考gb/t-24218.3-2010《纺织品、非织造布试验方法第3部分：断裂强力和断裂伸长率的测定》，采用favimat-bobot2全自动单纤维万能测试仪测定试样的强力性能，测试试样不少于30根，取测试平均值。测试结果如表1所示，其中，莱赛尔纤维a、b、c、d、e简称纤维a、b、c、d、e，采购的莱赛尔纤维来自于绍兴丹澳纺织品有限公司。表1莱赛尔纤维a、b、c、d、e和采购的莱赛尔纤维的力学性能项目纤维a纤维b纤维c纤维d纤维e采购的莱赛尔纤维干断裂强度(cn/tex)43.143.543.542.142.947.3干断裂伸长率(％)14.214.614.114.513.912.9湿断裂强度(cn/tex)26.827.527.426.327.735.2湿断裂伸长率(％)16.316.516.415.815.714.1从表1可见，莱赛尔纤维干断裂强度介于42～44cn/tex之间，略低于采购的莱赛尔纤维，莱赛尔纤维干断裂伸长率介于13.5％～15％之间，略高于采购的莱赛尔纤维；莱赛尔纤维湿断裂强度介于26～28cn/tex之间，低于采购的莱赛尔纤维，莱赛尔纤维湿断裂伸长率介于15.5％～17％之间，略高于采购的莱赛尔纤维。从力学性能的测试结果来看，本发明制备的莱赛尔纤维的主要力学性能与绍兴丹澳纺织品有限公司的莱赛尔纤维比较接近，由此可见，本发明制备的纤维素纤维是一种合格的莱赛尔纤维。为了更好地检测本发明中制备的莱赛尔纤维的超疏水性，将本发明中上述具体实施例1～5制备得到的莱赛尔纤维a、b、c、d、e和采购的莱赛尔纤维采用相同的工艺，将其纺制成莱赛尔纤维织物a、b、c、d、e(简称织物a、b、c、d、e)和采购的莱赛尔纤维织物。采用xg-cama1基本型接触角测试仪测定水滴在莱赛尔纤维织物表面的表观接触角，测试试样不少于30个，取测试平均值，测试结果如表2所示。表2水滴在莱赛尔纤维织物a、b、c、d、e和自购的莱赛尔纤维织物的表观接触角从表2可见，水滴在莱赛尔纤维织物a、b、c、d、e的表观接触角范围分别在151°～153°之间，而采购的莱赛尔纤维织物的表观接触角只有37.2°。通常情况下，当表观接触角大于150°时，说明该织物具有超疏水性。由此可以认为，本发明制备的莱赛尔纤维具有超疏水性。当前第1页12