CN101381904A - 一种吸湿性共混纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种吸湿性共混纤维的制备方法，包括下列步骤：1.将纤维素酯粉料在80－120℃下真空干燥12－24小时，经双螺杆挤出，然后通过切粒机切粒，得到纤维素酯切片；2.将重量百分数为1％－20％的纤维素酯切片和80％－99％的疏水高聚物切片分别预结晶，干燥12－24小时，其中纤维素酯切片干燥温度100－120℃，疏水高聚物干燥温度依品种而定，然后混合，在真空转鼓烘箱中干燥1－2小时，干燥温度100－120℃，制得混合切片；3.将所述的混合切片，经通用熔融纺丝设备，制得具有良好吸湿性的共混纤维。本发明的优点是，改善疏水纤维的吸湿性，工艺简单方便，环境友好，无需对生产设备进行改造等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸湿性共混纤维的制备方法，具体地说是将纤维素酯与疏水高聚物共混熔融纺丝，提高疏水纤维的吸湿性。
背景技术
随着科技的发展和生活水平的不断提高，人们已对合成纤维织物提出了新的要求：穿着舒适性，能够在湿热的条件下能迅速吸收汗水并减少织物和皮肤之间的相对湿度，消除合成纤维通常都会产生的闷热感。由于大多数合成纤维均为疏水纤维，吸湿性较差，因此生产应用受到了极大的制约。例如，占据合成纤维中重要位置的涤纶纤维，以其强度高、耐磨性好、回弹性好、易洗、快干、挺括等优点深受人们的青睐，然而由于缺乏亲水性基团，结晶度高、分子极性小，导致涤纶织物吸湿性差、透气性差、易产生静电等问题，尤其在高温高湿气候下，涤纶纤维并不适宜用于服用织物。因此提高这类疏水纤维的吸湿性和舒适性已成为现今主要发展的方向。
从文献报道上看，改善疏水纤维织物穿着舒适性主要是通过化学改性和物理改性的方法提高纤维的吸湿性。化学改性主要是通过共聚的方法在分子链中引入醚键、羟基、磺酸等亲水性基团，但是生产速度慢，易产生大量废水。其次，用亲水性整理剂对纤维进行涂层处理以改变纤维的疏水表面层性能，然而这种方法常因亲水剂与纤维结合不牢导致吸湿没有耐久性。物理改性方法包括纤维的超细化，中空多孔化和异型截面化，都是利用了芯吸效应来提高纤维的吸湿性。其中以纤维的异型截面化应用最为广泛，如美国杜邦公司于1998年推出商品名为Coolmax异型截面涤纶新品，其表面有四道凹槽，具有芯吸效应。该纤维织成的面料能在身体刚开始发汗时就使湿气从皮肤排到织物表层，从而达到吸湿排汗的效果。日本东洋纺开发成功一种Y形截面的具有透气、吸湿性能的涤纶纤维Triactor，通过控制Y形截面三根“条”为特定形状，使它所形成的空间可使纤维的芯吸效应最大化。但是异型纤维要求对生产设备加以改造，且喷丝板加工工艺要求高，不易于推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种共混纤维的制备方法，该方法与已公开的其他方法相比，具有工艺简单方便，环境友好，无需对生产设备进行改造等优点。
为了达到上述目的，本发明提供了一种吸湿性共混纤维的制备方法，包括下列步骤：
1.造粒
为避免纤维素酯粉料在纺丝机螺杆中产生环结，纤维素酯粉料在80-120℃下真空干燥12-24小时，经双螺杆挤出，螺杆温度200-260℃，然后通过切粒机切粒，得到纤维素酯切片。
2.共混
将重量百分数为1％-20％的纤维素酯切片和80％-99％的疏水高聚物切片分别预结晶，干燥12-24小时，其中纤维素酯切片干燥温度100-120℃，疏水高聚物干燥温度依品种而定，如聚酯(PET)100-140℃，聚酰胺(PA)100-120℃，聚丙烯(PP)90-100℃，然后混合，在真空转鼓烘箱中干燥1-2小时，干燥温度100-120℃，制得混合切片。
3.纺丝
将所述的混合切片，经通用熔融纺丝设备，螺杆温度260-320℃，纺丝速度600-1500米/分钟，牵伸温度70-160℃，牵伸倍数2-4倍，制得具有良好吸湿性的共混纤维。
步骤1中所述的纤维素酯，其分子结构式如下：
结构单元中R为羟基或2到15个碳原子组成的脂肪族羧酸酯，同一结构单元中三个位置的R相互独立，其中至少有一个为所述的脂肪族羧酸酯。所述的脂肪族羧酸酯为醋酸纤维素酯(CA)或丙酸纤维素酯(CP)或丁酸纤维素酯(CB)或醋酸丁酸纤维素酯(CAB)或醋酸丙酸纤维素酯(CAP)。
步骤2中所述的疏水高聚物可为聚酯(PET)或聚酰胺(PA)或聚丙烯(PP)或上述三种高聚物的改性物。
本发明中的重要步骤是步骤2，对于共混纺丝而言，只有保证切片的干燥和混合均匀，才能确保纺丝过程的稳定性和产品的均一性。因此本发明将两种切片分别干燥后，再在真空转鼓烘箱中混合干燥至少1小时以上，以保证切片的充分干燥和混合均匀。
本发明中所提供的提高疏水纤维吸湿性的制备方法，将纤维素酯与疏水高聚物共混熔融纺丝，利用纤维素酯在熔融纺丝过程中的物理化学变化，增加共混纤维中的羟基含量，使得共混纤维的吸湿性显著提高。
众所周知，纤维的吸湿性主要取决于纤维的化学结构和物理结构，由于疏水纤维的化学结构中缺乏亲水性基团，无法通过氢键与水分子缔合，使水分子失去热运动能力而留存在纤维中，因此纤维的吸湿性较差。另一方面，纤维的物理结构中有结晶区或高序区和非晶区或低序区之分，疏水纤维由于分子结构较为规整，结晶区或高序区含量较高，使得水分子很难在纤维中扩散和渗透，阻碍了纤维吸湿性的提高。
鉴于上述情况，本发明将纤维素酯与疏水高聚物共混熔融纺丝，制备的共混纤维吸湿性显著提高。这是因为纤维素酯含有一定量的羟基，有利于提高纤维的吸湿性，同时纤维素酯的分子结构中含有大量的侧链酯基，在熔融纺丝过程，含有微量水分的条件下，容易发生酯基水解反应，形成新的羟基，进一步增加纤维对水分子的亲和力。另一方面，添加少量的纤维素酯共混纺丝，有利于降低疏水高聚物的结晶能力，使纤维结构疏松，易于水分子在纤维内部扩散和渗透，与纤维内部的纤维素酯缔合，从而能够很好地改善疏水纤维的吸湿性能。
本发明所提供的提高疏水纤维吸湿性的制备方法中，添加的纤维素酯来源于自然界最丰富的绿色资源——纤维素，并且在共混熔融纺丝过程中不产生任何的废水，废气等有害环境的物质，具有优良的环境友好性。此外本发明所提供的制备方法，改善疏水纤维的吸湿性，其制造过程对设备无特殊要求，能在进口或国产的普通设备上进行生产，且加工工艺简单，成本价格低廉，易实现工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
对下列实施例中得到的共混纤维，依据GB/T14343-2003，测得纤维纤度；依据GB/T14344-2003，测得纤维断裂强度、断裂伸长；依据GB 6503-86，测得纤维吸湿率。
本发明中使用的一种改性聚酯(MPET)是公知的，具体参见中国专利200710040570.3。
实施例1
将CAB粉料置于真空干燥器内，真空度≤0MPa，温度120℃，时间12小时，充分干燥后，在Thermo Hakke EUROLAB-16双螺杆挤出机上挤出成条，螺杆温度260℃，通过切粒机切粒，得到CAB切片。
将CAB切片和MPET切片分别置于真空转鼓干燥器内，CAB切片和MPET切片干燥温度均为120℃，时间均为24小时；将干燥后的CAB切片和MPET切片混合(其中CAB切片和MPET切片重量百分数分别为2.5％和97.5％)，再置于真空转鼓干燥器内，温度120℃，混合干燥1.5小时，获得含水率小于50ppm的混合切片。
采用日本ABE复合纺丝机，螺杆各区温度均为300℃，箱体温度310℃，泵供量45克/分钟，卷绕速度800米/分钟，采用Barmag牵伸机，热盘和热板温度分别为80℃和140℃，牵伸倍数3倍，制得共混纤维。
实测得到共混纤维纤度133dtex/36F，断裂强度2.1cN/dtex，断裂伸长36％，吸湿率1.75％。
比较例1
除未加CAB切片以外，本比较例采用几乎与实施例1完全相同的工艺条件，以MPET聚酯切片为原料，置于真空转鼓干燥器内，干燥温度120℃，时间24小时；采用日本ABE复合纺丝机，螺杆各区温度均为300℃，箱体温度310℃，泵供量45克/分钟，卷绕速度800米/分钟，采用Barmag牵伸机，热盘和热板温度分别为75℃和150℃，牵伸倍数3倍，制得MPET纤维。
实测得到MPET纤维纤度138dtex/36F，断裂强度2.2cN/dtex，断裂伸长32％，吸湿率0.56％。
实施例2
将CP粉料置于真空干燥器内，真空度≤0Mpa，温度100℃，时间16小时，充分干燥后，在Thermo Hakke EUROLAB-16双螺杆挤出机上挤出成条，螺杆温度220℃，通过切粒机切粒，得到CP切片。
将CP切片和PP切片分别置于真空转鼓干燥器内，CP切片和PP切片干燥温度分别为120℃和100℃，时间均为16小时；将干燥后的CP切片和PP切片混合(其中CP切片和PP切片重量百分数分别为20％和80％)，再置于真空转鼓干燥器内，温度110℃，混合干燥2小时，获得含水率小于50PPM的混合切片。
采用日本ABE复合纺丝机，螺杆各区温度分别为285℃，295℃，295℃，295℃，295℃，箱体温度270℃，泵供量45克/分钟，卷绕速度900米/分钟，采用Barmag牵伸机，热盘和热板温度分别为80℃和150℃，牵伸倍数4倍，制得共混纤维。
实测得到共混纤维纤度137dtex/36F，断裂强度1.6cN/dtex，断裂伸长32％，吸湿率2.39％。
比较例2
除未加CP切片以外，本比较例采用几乎与实施例1完全相同的工艺条件，以PP切片为原料，置于真空转鼓干燥器内，干燥温度100℃，时间16小时；采用日本ABE复合纺丝机，螺杆各区温度分别为285℃，295℃，295℃，295℃，295℃，箱体温度270℃，泵供量45克/分钟，卷绕速度900米/分钟，采用Barmag牵伸机，热盘和热板温度分别为75℃和150℃，牵伸倍数4倍，制得PP纤维。
实测得到PP纤维纤度133dtex/36F，断裂强度3.2cN/dtex，断裂伸长33％，吸湿率0.33％。
实施例3
将CB粉料置于真空干燥器内，真空度≤0MPa，温度80℃，时间24小时，充分干燥后，在Thermo Hakke EUROLAB-16双螺杆挤出机上挤出成条，螺杆温度230℃，通过切粒机切粒，得到CB切片。
将CB切片和PET切片分别置于真空转鼓干燥器内，CB切片和PET切片干燥温度分别为100℃和130℃，时间均为24小时；将干燥后的CB切片和PET切片混合(其中CB切片和PET切片重量百分数分别为10％和90％)，再置于真空转鼓干燥器内，温度100℃，混合干燥2小时，获得含水率小于50PPM的混合切片。
采用日本ABE复合纺丝机，螺杆各区温度均为290℃，箱体温度315℃，泵供量45克/分钟，卷绕速度600米/分钟，采用Barmag牵伸机，热盘和热板温度分别为75℃和140℃，牵伸倍数2倍，制得共混纤维。
实测得到共混纤维纤度135dtex/36F，断裂强度2.5cN/dtex，断裂伸长22％，吸湿率2.09％。
实施例4
将CAB粉料置于真空干燥器内，真空度≤0MPa，温度120℃，时间18小时，充分干燥后，在Thermo Hakke EUROLAB-16双螺杆挤出机上挤出成条，螺杆温度260℃，通过切粒机切粒，得到CAB切片。
将CAB切片和PA切片分别置于真空转鼓干燥器内，CAB切片和PA切片干燥温度均为120℃，时间均为12小时；将干燥后的CAB切片和PA切片混合(其中CAB切片和PA切片重量百分数分别为2.5％和97.5％)，再置于真空转鼓干燥器内，温度120℃，混合干燥1小时，获得含水率小于50PPM的混合切片。
采用日本ABE复合纺丝机，螺杆各区温度均为290℃，箱体温度300℃，泵供量45克/分钟，卷绕速度1000米/分钟，采用Barmag牵伸机，热盘和热板温度分别为80℃和145℃，牵伸倍数3倍，制得共混纤维。
实测得到共混纤维纤度133dtex/36F，断裂强度2.1cN/dtex，断裂伸长36％，吸湿率4.53％。
实施例5
将CA粉料置于真空干燥器内，真空度≤0MPa，温度120℃，时间12小时，充分干燥后，在Thermo Hakke EUROLAB-16双螺杆挤出机上挤出成条，螺杆温度250℃，通过切粒机切粒，得到CA切片。
将CA切片和MPET切片分别置于真空转鼓干燥器内，CA切片和MPET切片干燥温度均为120℃，时间均为24小时；将干燥后的CA切片和MPET切片混合(其中CA切片和MPET切片重量百分数分别为5％和95％)，再置于真空转鼓干燥器内，温度120℃，混合干燥2小时，获得含水率小于50PPM的混合切片。
采用日本ABE复合纺丝机，螺杆各区温度均为295℃，箱体温度310℃，泵供量45克/分钟，卷绕速度1300米/分钟，采用Barmag牵伸机，热盘和热板温度分别为80℃和140℃，牵伸倍数3倍，制得共混纤维。
实测得到共混纤维纤度135dtex/36F，断裂强度1.7cN/dtex，断裂伸长29％，吸湿率1.52％。
实施例6
将CAP粉料置于真空干燥器内，真空度≤0MPa，温度120℃，时间12小时，充分干燥后，在Thermo Hakke EUROLAB-16双螺杆挤出机上挤出成条，螺杆温度220℃，通过切粒机切粒，得到CAP切片。
将CAP切片和MPET切片分别置于真空转鼓干燥器内，CAP切片和MPET切片干燥温度均为120℃，时间均为20小时；将干燥后的CAP切片和MPET切片混合(其中CAP切片和MPET切片重量百分数分别为2.5％和97.5％)，再置于真空转鼓干燥器内，温度120℃，混合干燥2小时，获得含水率小于50PPM的混合切片。
采用日本ABE复合纺丝机，螺杆各区温度均为295℃，箱体温度320℃，泵供量45克/分钟，卷绕速度1500m/min，采用Barmag牵伸机，热盘和热板温度分别为80℃和140℃，牵伸倍数3倍，制得共混纤度。
实测得到共混纤维纤度132dtex/36F，断裂强度1.5cN/dtex，断裂伸长25％，吸湿率1.45％。
Claims (4)
1.一种吸湿性共混纤维的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
1)造粒
将纤维素酯粉料在80-120℃下真空干燥12-24小时，经双螺杆挤出，螺杆温度200-260℃，然后通过切粒机切粒，得到纤维素酯切片；
2)共混
将重量百分数为1％-20％的纤维素酯切片和80％-99％的疏水高聚物切片分别预结晶，干燥12-24小时，其中纤维素酯切片干燥温度100-120℃，疏水高聚物干燥温度依品种而定，其范围为90-140℃，然后混合，在真空转鼓烘箱中干燥1-2小时，干燥温度100-120℃，制得混合切片；
3)纺丝
将所述的混合切片，经通用熔融纺丝设备，螺杆温度260-320℃，纺丝速度600-1500米/分钟，牵伸温度70-160℃，牵伸倍数2-4倍，制得共混纤维。
2.如权利要求1所述的一种吸湿性共混纤维的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的纤维素酯，分子结构式如下：
式中R为羟基或2到15个碳原子组成的脂肪族羧酸酯，同一结构单元中三个位置的R相互独立，其中至少有一个为所述的脂肪族羧酸酯。
3.如权利要求2所述的一种吸湿性共混纤维的制备方法，其特征在于，所述的纤维素酯为醋酸纤维素酯(CA)，丙酸纤维素酯(CP)，丁酸纤维素酯(CB)，醋酸丁酸纤维素酯(CAB)，醋酸丙酸纤维素酯(CAP)。
4.如权利要求1所述的一种吸湿性共混纤维的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的疏水高聚物为聚酯(PET)，聚酰胺(PA)，聚丙烯(PP)或上述三种高聚物的改性物。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110427 Termination date: 20130904 |