CN101037814A - 一种阻燃海藻纤维新材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃海藻纤维新材料的制备方法：将分子结构中G链段与M链段的比例为1∶1－3∶1、质量百分比浓度为4～7％的海藻酸钾或者海藻酸钾与海藻酸钠的混合物的水溶液经充分预溶解、溶解，并经次氯酸钠或双氧水等调节粘度、过滤、脱泡后，在室温进行溶液纺丝制备海藻酸盐纤维材料，纤维的牵伸比例为120～300％。该纤维极限氧指数达到34以上，纤维的拉伸强度大于3.5cN/tex，线密度为2.2－3.5dtex。用本发明方法生产出的纤维具有阻燃、断裂强度高和生物可降解等特点，因此可用于通过纯纺或混纺的方法制造阻燃纺织品。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻燃海藻纤维新材料的制备方法，更特别涉及一种采用海藻酸钾与海藻酸钠作为纺丝原料，通过湿法纺丝及拉伸热定型制备的海藻纤维新材料，属于高分子材料领域。
背景技术
近年来新型纤维层出不穷，再生纤维素纤维的不断创新就是其中的亮点之一，它为世界纺织业、服装业提供了新的发展机会。纤维素纤维由于其优异的服用性能而受到人们的青睐，但棉花的种植占用大量的农田，且棉纤维易燃，因此必须通过阻燃改性才能满足一些防护性服装的需要。粘胶纤维也是易燃纤维，而且粘胶纤维生产过程中产生大量的三废，对环境造成极大的污染。由于石油资源的储量有限，以及人类生存对经济可持续发展的要求，使得利用可再生性资源开发生物可降解材料成为当今新材料研究的热点，其中以生物可再生性资源生产功能性纤维新材料受到广泛重视。
海洋资源丰富，面积广阔，占地球面积的71％，是人类生存和发展的物质基础。海洋资源种类繁多，蕴藏量十分丰富。海藻酸属于海带、裙带菜为代表的褐藻类海藻植物中提炼的多糖物质，以D-甘露糖醛链段(M链段)和L-古洛糖醛酸链段(G链段)交替结构组成的天然高分子共聚物，具有纤维素类似结构的物质。用钙离子等多价金属离子可使水系中的海藻酸盐凝胶化，利用这个性质海藻酸纤维可由湿法纺丝制备，将海藻酸钾或海藻酸钠碱性浓溶液经过喷丝板挤出后送入含钙离子的酸性凝固浴中，海藻酸盐一价离子与钙离子发生离子交换，即形成不溶于水的海藻酸钙纤维。海藻纤维由于其纤维结构中含有大量的技术离子，因此具有本质阻燃及防辐射特性，而且燃烧时不产生烟及有害气体，在阻燃纺织服装等领域具有重要的应用价值。
国内外对海藻纤维已经开展了一些研究。JP9-119023公开了一种水溶性海藻纤维的制备方法，纤维干态强度为0.55-0.63cN/tex；纤度为4.3-4.1dtex。WO90/01954公开了一种医用复合纺织品的制备，海藻盐纤维作为与伤口接触的敷料。CN1285780C公开了一种聚丙烯腈-海藻酸钠复合纤维及其制备方法，海藻酸钠作为一种改性成分添加到聚丙烯腈纺丝液中，制备功能聚丙烯腈纤维材料。这些专利中制备的海藻纤维强度不高，并且没有对海藻酸盐原料进行筛选。
发明内容
本发明人为解决现有海藻纤维在弹性、强度及色泽等方面不够理想的问题，进行了深入研究，结果发现通过控制纺丝原料海藻酸盐的组成及链段结构比例，并通过调整纺丝液的粘度，控制纺丝凝固及热定型工艺，可以得到一种综合性能优良的阻燃海藻纤维材料。用本发明的方法生产出的海藻纤维材料具有本质阻燃阻燃、断裂强度高和生物可降解等优点，因此可用于通过纯纺或混纺方法制造阻燃纺织品。
本发明阻燃海藻纤维新材料的制备方法如下：
(1)将适量的海藻酸钾或者海藻酸钾与海藻酸钠的混合物溶于去离子水中以得到质量百分比浓度为4～7％的海藻酸盐溶液，其中海藻酸钾与海藻酸钠分子结构中G链段与M链段的比例均为1∶1-3∶1，混合物中海藻酸钾与海藻酸钠的重量比为100∶0-20∶80；
(2)利用双氧水或次氯酸钠等调节纺丝溶液的粘度为2000～13000mPa·S，并改善纺丝液的色泽；
(3)纺丝液经过过滤、减压脱泡后通过湿法纺丝工艺进行纺丝，纺丝液温度为45～55℃，凝固浴采用质量百分比浓度为2～5％的氯化钙水溶液，凝固浴的温度为25～55℃；
(4)通过凝固浴的初生海藻纤维通过预热浴及牵伸浴后进行拉伸热定型和上油处理，其中预热浴、牵伸浴和热定型温度分别为40～70℃、70～120℃和120～150℃，纤维的牵伸比例为120～300％。
由于通过控制纺丝原料海藻酸盐的组成及链段结构比例，并通过调整纺丝液的粘度，控制纺丝凝固及热定型工艺，纺制得到的海藻纤维白色有光泽，纤维的拉伸强度大于3.5cN/tex，线密度为2.2～3.5dtex，极限氧指数大于34，具有本质阻燃性质，因此可用于通过纯纺或混纺方法制造阻燃纺织品。
以下通过具体实施例来进一步说明本发明，但实施例仅用于说明，并绝非限定本发明的范围。
具体实施方式
实施例1：
将10公斤200目高粘度海藻酸钾加入到盛有190升去离子水的溶解釜中，在70℃下高速搅拌溶解，其中原料海藻酸钾G链段与M链段的比例为1∶1，并利用双氧水调节溶液的粘度为12000mPa·S，经过过滤、真空脱泡后制成纺丝液。
利用4000孔0.075微米的喷丝板进行湿法纺丝，纺丝速度为30米/分钟，纺丝液的温度为55℃，凝固浴为3％的氯化钙水溶液，凝固浴温度为40℃。经过凝固浴的得到的初生海藻纤维经过预加热浴、牵伸浴后进行牵伸热定型和上油处理，其中预加热浴、牵伸浴和牵伸定型温度分别为60℃、100℃、120℃，纤维的牵伸比例为180％。
实施例2：
将8公斤200目高粘度海藻酸钾和2公斤200目海藻酸钠加入到盛有190升去离子水的溶解釜中，在65℃下高速搅拌溶解，其中原料海藻酸钾G链段与M链段的比例为3∶1，并利用次氯酸钠调节溶液的粘度为10000mPa·S，经过过滤、真空脱泡后制成纺丝液。
利用4000孔0.075微米的喷丝板进行湿法纺丝，纺丝速度为30米/分钟，纺丝液的温度为55℃，凝固浴为3.5％的氯化钙水溶液，凝固浴温度为40℃。经过凝固浴的得到的初生海藻纤维经过预加热浴、牵伸浴后进行牵伸热定型和上油处理，其中预加热浴、牵伸浴和牵伸定型温度分别为60℃、100℃、120℃，纤维的牵伸比例为180％。
实施例3：
将10公斤200目高粘度海藻酸钾加入到盛有190升去离子水的溶解釜中，在70℃下高速搅拌溶解，其中原料海藻酸钾G链段与M链段的比例为2∶1，并利用双氧水调节溶液的粘度为5000mPa·S，经过过滤、真空脱泡后制成纺丝液。
利用4000孔0.060微米的喷丝板进行湿法纺丝，纺丝速度为30米/分钟，纺丝液的温度为55℃，凝固浴为3％的氯化钙水溶液，凝固浴温度为40℃。经过凝固浴的得到的初生海藻纤维经过预加热浴、牵伸浴后进行牵伸热定型和上油处理，其中预加热浴、牵伸浴和牵伸定型温度分别为70℃、100℃、130℃，纤维的牵伸比例为250％。
对比实施例1：
将10公斤海藻酸钠加入到盛有190升去离子水的溶解釜中，在65℃下高速搅拌溶解，其中原料海藻酸钠G链段与M链段的比例为1∶2，经过过滤、真空脱泡后制成纺丝液。
利用4000孔0.075微米的喷丝板进行湿法纺丝，纺丝速度为30米/分钟，纺丝液的温度为55℃，凝固浴为3.5％的氯化钙水溶液，凝固浴温度为40℃。经过凝固浴的得到的初生海藻纤维经过预加热浴、牵伸浴后进行牵伸热定型和上油处理，其中预加热浴、牵伸浴和牵伸定型温度分别为60℃、80℃、120℃，纤维的牵伸比例为180％。
对比实施例2：
将10公斤海藻酸钠加入到盛有190升去离子水的溶解釜中，在65℃下高速搅拌溶解，其中原料海藻酸钠G链段与M链段的比例为1∶2，并利用双氧水调节溶液的粘度为6000mPa·S，经过过滤、真空脱泡后制成纺丝液。
利用4000孔0.075微米的喷丝板进行湿法纺丝，纺丝速度为30米/分钟，纺丝液的温度为55℃，凝固浴为3.5％的氯化钙水溶液，凝固浴温度为40℃。经过凝固浴的得到的初生海藻纤维经过预加热浴、牵伸浴后进行牵伸热定型和上油处理，其中预加热浴、牵伸浴和牵伸定型温度分别为60℃、80℃、120℃，纤维的牵伸比例为180％。
将实施例1、2、3及对照实施例1、2所得到的海藻纤维进行力学性能及燃烧性能分析，测试结果如下：
由表中数据可知，通过本发明方法制备的海藻纤维材料具有更加优良的强度和本质阻燃性以及外观。
Claims (2)
1、一种阻燃海藻纤维新材料的制备方法，包括：
(1)将适量的海藻酸钾或者海藻酸钾与海藻酸钠的混合物溶于去离子水中以得到质量百分比浓度为4～7％的海藻酸盐溶液，其中海藻酸钾与海藻酸钠分子结构中G链段与M链段的比例均为1∶1-3∶1；
(2)利用双氧水、次氯酸钠等调节纺丝溶液的粘度为2000～13000mPa·S，并改善纺丝液的色泽；
(3)纺丝液经过过滤、减压脱泡后通过湿法纺丝工艺进行纺丝，纺丝液温度为45～55℃，凝固浴采用质量百分比浓度为2～5％的氯化钙水溶液，凝固浴的温度为25～55℃；和
(4)通过凝固浴的初生海藻纤维通过预热浴及牵伸浴后进行拉伸热定型和上油处理，其中预热浴、牵伸浴和热定型温度分别为40～70℃、70～120℃和120～150℃，纤维的牵伸比例为120～300％。
2、根据权利要求1的阻燃海藻纤维新材料的制备方法，其中海藻酸钾与海藻酸钠的混合物中海藻酸钾与海藻酸钠的重量比为100∶0-20∶80。
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