以硫氰酸钠为溶剂湿法纺丝制备空调腈纶纤维的方法与流程

1.本发明涉及空调腈纶纤维制造技术领域，具体涉及一种以硫氰酸钠水溶液为纺丝溶剂采用湿法纺丝工艺制备空调腈纶纤维的方法。


背景技术：

2.随着人们生活水平的不断提高，对纺织服装功能性和舒适性的要求越来越高，传统纺织品御寒保暖功能已难以满足人们的要求。因此，开发具有功能性和舒适性的纺织品应运而生，其中具有保暖调温纺织品的研发取得了很大的发展。
3.空调纤维是国内对这类蓄热调温(智能调温)纤维的俗称，这种蓄热调温纤维起源于上世纪80年代的美国，当时最初是太空总署为登月计划而研发的，主要应用于宇航员服装、保护太空实验精密仪器等航天领域。
4.空调纤维的问世为人们引入了热调节功能纺织品的新概念，该纤维具有调温和贮热保温功能，是将相变材料制造技术与纤维制造技术相结合开发出的一类新型功能性产品，具有双向温度调节作用。当外界环境温度升高时，空调纤维中包含的相变材料发生相变，从固态变为液态，吸收热量储存于纤维内部；当外界环境温度降低时，相变材料从液态变为固态，释放出储存的热量，这种热转换在空调服装内起缓冲作用，减小皮肤温度的变化，保持体表温度，可使人体皮肤处在外界温度和体温之间的舒适温度范围之内，使人体处于一种舒适的状态。
5.空调纤维与传统御寒保暖衣物的保温机理有着明显不同。传统衣物主要是利用空气热传导率极小的特点，采用提高织物内部静止空气的方法来避免热量散失的，其绝热效果主要取决于织物的厚度和密度，且其保温效果受外界压力和水分的影响；而空调纤维是利用其内部的相变材料来调节热量而不是隔绝热量，是一种对水分和外界压力影响不敏感的，能为人体提供舒适微气候环境的新型保温纤维。
6.1994年美国outlast公司首次进行了空调纤维商业化生产，应用于民用领域。在此之后，西欧和日本也跟进进行了空调纤维应用的相关研究。
7.国内自上世纪90年代初开始空调纤维纺织品的研究工作。天津工业大学功能纤维研究所自1993年开始从事空调纤维的研究开发工作，2000年底成功完成相变物质熔融复合纺丝，研制出了相变物质含量在16％以上、单丝纤度为5.55dtex的空调聚酯纤维，并获得了国家发明专利。2008年3月在中国国际纺织技术展览会上，河北吉藁化纤有限责任公司和北京巨龙博方科学技术研究院共同推出了微胶囊复合纺丝法生产的空调粘胶纤维——丝维尔，该纤维的推出，不仅填补了我国粘胶纤维行业的一项空白，更使得我国在该领域研究的水平进入国际先进行列，而国内空调腈纶纤维的产品研发方面也只有一些试验阶段的报道，至今未见产业化生产。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种以硫氰酸钠为溶剂湿法纺丝制备空调腈纶纤维的方
法。本发明充分利用现有的腈纶纺丝生产线的消光剂调配加入系统，前期设备改造费用投入不大，移植产业化生产容易，具有现实的指导意义。
9.本发明的技术方案具体如下：
10.本发明提供了一种以硫氰酸钠为溶剂湿法纺丝制备空调腈纶纤维的方法，包括如下步骤：
11.(1)将含固量10wt％～30wt％的相变材料悬浮液、51wt％-60wt％硫氰酸钠水溶液和11wt％-13wt％聚丙烯腈纺丝原液依次按重量9-18:80-90：1-2混合，调配成均匀的含相变材料的添加剂，再用28wt％的氨水将所述添加剂的ph值调节至7.0-8.0；
12.其中，所述相变材料悬浮液由重量比为1：0.10～0.35：0.01～0.05的相变材料、水和分散剂组成或由重量比为1：0.10～0.35的相变材料和水组成；分散剂一般分为无机分散剂和有机分散剂两大类，常用的无机分散剂有硅酸盐类(如水玻璃)和碱金属磷酸盐类(如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠等)，有机分散剂包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯等。
13.(2)将步骤(1)得到的添加剂加热至50～60℃，串级计量后再用隔膜泵输送至多级静态混合器与聚丙烯腈纺丝原液在线混合后送入纺丝机进行湿法纺丝得空调腈纶纤维；其中，所述聚丙烯腈纺丝原液与添加剂的重量比为85-90：10-15。
14.进一步的，所述步骤(1)中的硫氰酸钠水溶液浓度为55wt-58wt％。
15.进一步的，所述步骤(1)中的相变材料选自选自聚乙二醇、正十二酸、正十三醇、正二十烷、聚癸二酸丙二酯中的一种或几种的混合物(包括其微胶囊)；优选的，所述相变材料为石蜡烯烃类混合物(全精炼粉状石蜡)，该石蜡烯烃类混合物主要成分是正二十二烷(c
22h46
)和正二十八烷(c
28h58
)直链烃；更优选石蜡烯烃类混合物直链烷烃含量大于95％以上。
16.进一步的，所述步骤(2)中的湿法纺丝，具体工艺参数如下：纺前原液温度50-60℃，凝固浴中浴液温度-2-2℃，凝固浴中硫氰酸钠溶液浓度为10-15wt％，负牵伸率为75～80％，冷牵伸比为1.1-1.8，预牵伸比为1.1-2.0，第一道热牵伸比为3.0-4.5，二道热牵伸比为3.5-6.5，其余预牵伸、水洗、二道热牵伸、干燥、上油、卷曲、热定型等工序为常规腈纶产品工艺参数。
17.进一步的，所述步骤(1)和(2)中的纺丝原液总固控制在11.8
±
0.05％。
18.进一步的，所述的聚丙烯腈纺丝原液中的聚丙烯腈，由如下重量份的单体共聚而成：以100份计，丙烯腈单体85-92份、丙烯酸甲酯8-14份和甲基丙烯磺酸钠0.1-2.0份。
19.进一步的，所述的聚丙烯腈纺丝原液中的聚丙烯腈，由如下重量份的单体共聚而成：以100份计，丙烯腈单体90份、丙烯酸甲酯8份和甲基丙烯磺酸钠2份。
20.进一步的，所述的聚丙烯腈纺丝原液，以二步法配制获得：
21.将浓度为34wt％、温度50℃的聚丙烯腈淤浆和浓度为58wt％、温度85℃的nascn溶剂按进料比例进入高剪切溶解机混合，所述进料比例由dsc自动串级控制，串级比按出料的纺丝原液总固来调节，一般控制在1:1.4-1.6；纺丝原液总固控制在11.8
±
0.05％。
22.本发明还提供了一种由上述制备方法制得的空调腈纶纤维。
23.本发明的有益效果在于：
24.本发明提供的制备空调腈纶纤维的方法，是首先把相变材料的悬浮液与58wt％硫
氰酸钠溶剂按比例混合，调配成含一定浓度相变材料的添加剂，串级计量后再通过隔膜泵输送至多级静态混合器与常规纺丝原液在线混合后送入纺丝机进行常规湿法纺丝，经预牵伸、水洗、二道热牵伸、干燥、上油、卷曲、热定型等工序，从而制得一种含相变材料的空调腈纶纤维。
25.本发明充分利用现成的腈纶湿法纺丝生产线的原有消光剂调配加入系统，前期无需大规模的设备改造，费用投入少，即可非常容易实现产业化生产。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。下面实施例所用原料均可通过市售获得。
27.表1实施例所用相变材料来源说明
28.内容产品名称规格/牌号厂商名称实施例1全精炼粉状石蜡70#沧州市双峰业科技有限公司实施例2相变微胶囊28#上海儒熵新能源科技有限公司
29.实施例1
30.(1)取一个干净的2000ml空烧杯，将纤维素衍生物、粉状石蜡、去离子水按重量比0.1：1：2称重后放入烧杯中，控制转速(≤450rpm)搅拌条件下混合均匀，并用超声震荡60分钟后得含相变材料悬浮液待用。
31.(2)取一个干净的2000ml空烧杯，称取890g的浓度为58wt％硫氰酸钠水溶液，然后控制转速(≤250rpm)搅拌下，再缓慢地倒入10g的11.8wt％常规聚丙烯腈纺丝原液，充分均匀后再加入100g上述相变材料悬浮液，再搅拌30分钟，直至完全混和均匀，用浓度为28wt％的氨水将添加剂的ph值调节至7.0-8.0，得到含有相变材料的添加剂。
32.(3)把上述调配好的含相变材料添加剂，在搅拌的条件下，与二步法的11.8wt％聚丙烯腈原液混合，要求相变材料按纺丝原液总固的10-15wt％比例混合，搅拌30分钟，直至充分均匀，静置脱泡6小时以上待用，得到含10-15wt％相变材料的纺丝原液。
33.步骤(1)、(2)、(3)中涉及到的具体调配工艺参数见表2。
34.实施例2
35.(1)取一个干净的2000ml空烧杯，将含石蜡相变材料的微胶囊、去离子水按重量比1：2称重后放入烧杯中，不用加分散剂，控制转速(≤450rpm)搅拌条件下混合均匀，并用超声震荡30分钟后得含相变材料悬浮液待用。
36.(2)取一个干净的2000ml空烧杯，称取885g的浓度为58wt％硫氰酸钠水溶液，然后控制转速(≤250rpm)搅拌下，再缓慢地倒入15g的11.8wt％常规聚丙烯腈纺丝原液，充分均匀后再加入100g上述相变材料悬浮液，再搅拌30分钟，直至完全混和均匀，得到含有相变材料的添加剂。
37.(3)把上述调配好的含相变材料添加剂，在搅拌的条件下，与二步法的11.8wt％聚丙烯腈原液混合，要求相变材料按纺丝原液总固的10-15wt％比例混合，搅拌30分钟，直至充分均匀，静置脱泡6小时以上待用，得到含10-15wt％相变材料的纺丝原液。
38.(4)把上述配制好的含相变材料的纺丝原液加热至50-55℃后，在已调配好的浓度为10-15wt％硫氰酸钠水溶液的凝固浴，浴温为-2.0℃中进行纺丝，先经过预牵伸后，再经过二道热牵伸，把纺出的纤维细丝束卷绕在绕丝筒上，再把筒子放入烘箱进行1.0～3.0小时的干燥，得到含相变材料的腈纶纤维，其主要质量指标见表4。
39.小纺丝试验：计量泵供料量为10.0ml/转，喷丝板规格为1000孔*0.08mm，喷板过滤网规格为200目。其它具体纺丝工艺参数见表3，纺丝过程中肉眼观察凝固浴中丝束成型良好，喷板也没有发现堵孔现象，说明了可纺性好。
40.表2含相变材料添加剂的调配工艺参数
[0041][0042]
表3纺丝试验主要工艺参数
[0043][0044][0045]
表4空调腈纶纤维的主要物理指标
[0046][0047]
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以做出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。