CN101696517B - 一种吸附转移纤维的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸附转移纤维的制造方法，其工艺过程如下：将充分干燥的聚丙烯腈与水溶性聚合物按70～95∶5～30的质量百分比共混后，溶于有机溶剂中，在50～70℃下搅拌3～5小时，制得浓度为15～30％的共混纺丝溶液；将共混溶液按湿法纺丝工艺纺丝，纺丝温度为50～70℃，凝固浴为水与所述有机溶剂的混合物，凝固浴中有机溶剂的体积百分含量为10～50％，凝固浴温度为10～50℃，制得初生纤维；再将初生纤维在温度为80～99℃的热水浴中拉伸1.5～5倍，然后充分洗涤所得纤维，即得吸附转移纤维；水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇或聚氧化乙烯，平均相对分子质量为0.1～20万；有机溶剂为二甲基乙酰胺，二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。

Description

一种吸附转移纤维的制造方法

技术领域

本发明涉及功能纤维制造技术，具体为一种利用湿法纺丝工艺制备对液态水具有吸附和转移功能的纤维制造方法。

背景技术

天然纤维由于吸湿、吸水性好，人体在潜汗或显汗时，穿着用其制成的织物能够将汗气、汗液迅速吸收、转移，给人以舒适的感觉。常规聚丙烯腈纤维的吸湿、吸水和导水性能较差，穿着该纤维制品会给人带来不舒适感，因而使其在服用领域的商业价值大大下降。目前人们已进行了大量的聚丙烯腈纤维改性研究，用以提高聚丙烯腈纤维的亲水性能，使其具有天然纤维的穿着舒适性。

其方法大致可分为两种类型：

一类为化学改性方法，即通过在纤维中引入亲水基团来提高其亲水性能。例如，BP 715194报道了将丙烯腈接枝到聚乙烯醇、明胶、淀粉、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮等亲水性聚合物上制成亲水性纤维的方法；US3035031报道了制备含有亲水性物质丙烯酸聚氧乙烯酯的丙烯腈共聚物方法；BP1345266公开了通过在碱液中对常规聚丙烯腈水解在纤维表层引入亲水基团，提高了纤维亲水性能的方法；CN101070634公开了一种将含有潜交联剂的共聚丙烯腈与醋酸纤维素共混纺丝后，将所得纤维经后交联及水解处理后，在纤维表层及内部引入了亲水基团的方法。以上所述方法可以提高纤维的吸湿、吸水性能，但是所得纤维成分已不完全是聚丙烯腈，且纤维力学性能、染色牢度下降幅度较大，手感硬化，已无法满足后序加工和产品质量的要求。

另一类为物理改性方法，它包括：①将聚丙烯腈与亲水性物质共混或复合的方法；②使纤维形态结构多孔化的方法；③使纤维截面异形化和表面粗糙化的方法。其中使纤维形态结构多孔化的研究比较多，多孔化方法又可分为孔洞固定法、高聚物共混相分离法和孔洞稳定剂添加法。

第一种孔洞固定法，是设法将湿纺聚丙烯腈初生纤维中存在的微孔固定下来，并保持到成品纤维。其实施途径有低温干燥法(参见JP665549)，它是一种将纤维在较低温度下干燥，降低纤维的致密化程度，从而使部分微孔保留下来的方法；JP8286173公开了将一种水溶性聚合物浸渗到初生纤维的微孔中去，待纤维经拉伸、干燥和水洗处理后，将水溶性聚合物溶出而将微孔保留的方法；JP025418报道了一种通过将凝胶丝束在干燥之前先用水蒸气处理，消除纤维内应力之后，再干燥来保留微孔的方法。该方法在一定程度上能使初生纤维中存在的微孔保留下来，但是用该法得到的多孔纤维其微孔孔径较小，微孔孤立存在、彼此不相连，不能为水分的吸收、转移提供较多的有效通道，且纤维耐热性较差，在后续高温染色及热定型过程中随着聚丙烯腈大分子及水分子的运动，纤维中的微孔仍然会闭合、消失。

第二种高聚物共混法，是通过将两种热力学上不相容的高聚物共混纺丝，利用相分离来产生微孔。如JP011124报道的通过将聚丙烯腈与醋酸纤维素共混湿法纺丝，在相界面上产生微孔，制备出多孔聚丙烯腈纤维方法。利用该方法制备多孔聚丙烯腈纤维可供选择的共混高聚物除醋酸纤维素外还可以为聚醋酸乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、丙烯腈-醋酸乙烯高聚物等(参见秦建等，共混聚丙烯腈纤维结构和性能的研究，高分子材料科学与工程，1985，1：44-51)。该方法制得的多孔纤维的特点是，由于共混高聚物没有溶出，纤维的力学性能下降幅度小，但是由于微孔只产生于相界面上，所以孔隙率增加相对较小，纤维的吸水、导水能力提高幅度有限，而且所添加的共混高聚物与聚丙烯腈的热稳定性不同，在后续进一步高温加工如染色过程中，因共混高聚物的热稳定性差而提前软化或分解，会导致整个纤维性能的恶化，因此所得纤维质量也并不令人满意。

第三种孔洞稳定剂添加法，是在聚丙烯腈原液中加入一种物质，待纺丝成形后，再设法去除该物质，使纤维中出现微孔。例如，JP79-43618报道了一种将聚丙烯腈与石蜡共混湿法纺丝成形后，将石蜡去除，使纤维成孔的方法；JP 77-114725公开了一种将丙烯腈共聚物与氯化石蜡共混纺丝成形后，用苯将氯化石蜡溶出后，在纤维中产生微孔的方法；JP79-68415报道了一种制备皮芯结构的多孔聚丙烯腈纤维的方法，该方法所得纤维的芯层为丙烯腈聚合物，皮层为丙烯腈聚合物与液体橡胶的共混物，纺丝成形后，用异丙醇将液体橡胶溶出后，使纤维皮层形成多孔结构，具有较好的亲水性能和力学性能；JP042005公开的是通过添加一种非挥发性的有机液体，待干法纺丝成形后将有机液体洗出，制得多孔纤维的方法；JP309613报道了一种在聚丙烯腈溶液中添加了一种有机液体的孔洞稳定剂添加法，该有机液体的沸点低于未经干燥的湿纺聚丙烯腈纤维的玻璃化温度，待纤维成形后，将纤维于温度高于有机液体的沸点但是低于聚丙烯腈纤维玻璃化温度的条件下干燥，使纤维中产生微孔；还有德国拜耳公司已实现工业化生产的多孔聚丙烯腈纤维是将聚丙烯腈与丙三醇共混干法纺丝成形后，将丙三醇洗出后制得所述纤维的方法。以上用孔洞稳定剂添加法制得的多孔纤维其成分为单一的聚丙烯腈，孔隙率相对较高，生产工艺简单，但是由于选用的孔洞稳定剂平均相对分子质量较小，且分子量单一，因此在连续相聚丙烯腈中的分散相相尺寸小，纺丝成形并经拉伸后，纤维中形成的微孔孔径较小，不易形成相互连接、内外贯通的导水通路，只能将水分吸收并保存在微孔中，而不能将吸收的水分快速转移出去，而且所得纤维微孔尺寸单一，其应用范围具有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种吸附转移纤维的制造方法。该制造方法采用孔洞稳定剂添加法，通过湿法纺丝工艺来制造，选用的孔洞稳定剂平均相对分子质量相对较大，分子量分布相对较宽，工艺相对简单，生产成本较低，所得吸附转移纤维手感柔软，耐热性好，纤维对水分的吸附、转移能力大小可根据实际需要通过调节孔洞稳定剂的平均相对分子质量及含量来控制，且所得纤维在对水分具有良好吸附、转移功能的同时，还具有吸水后保持纤维形态、良好的物理-机械性能、重复使用性能好等特点。

本发明解决所述制造方法技术问题的技术方案是：设计一种吸附转移纤维的制造方法，其工艺过程如下：将充分干燥的聚丙烯腈与水溶性聚合物按70～95∶30～5的质量百分比共混后，溶于有机溶剂中，在50～70℃下搅拌3～5小时，制得浓度为15～30％，并具有良好成纤性能的共混纺丝溶液；将所述共混溶液按湿法纺丝工艺纺丝，纺丝温度为50～70℃，凝固浴为水与所述有机溶剂的混合物，温度为10～50℃，凝固浴中有机溶剂的体积百分含量为10～50％，制得初生纤维；再将初生纤维在温度为80～99℃的热水浴中拉伸1.5～5倍，然后充分洗涤所得纤维，即得所述吸附转移纤维；所述的水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇或聚氧化乙烯，平均相对分子质量为0.1～20万；所述的有机溶剂为二甲基乙酰胺，二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；所述的充分洗涤是指在温度10～80℃的水中浸泡2～10天。

与现有技术相比，本发明制造方法由于选用水溶性聚合物作为孔洞稳定剂，在制备过程中，只需要水洗即可去除，因此具有生产过程简单，易于实施，周期短，符合绿色环保要求，易工业化等特点。本发明制造方法所得吸附转移纤维由于选用了具有较高不同平均相对分子质量的水溶性聚合物作为孔洞稳定剂与聚丙烯腈共混纺丝，通过适当选择水溶性聚合物的平均相对分子质量及含量调节其在溶液中的分散情况，因而可以控制纤维中微孔的尺寸、结构及形态，与其它多孔纤维较小的微孔孔径、固定的微孔孔径分布及微孔含量的改性聚丙烯腈纤维相比，本发明的吸附转移纤维具有更好的产品性能和更广泛的适用性。与常规聚丙烯腈纤维相比，本发明吸附转移纤维特殊的表面沟槽及内部孔洞结构使纤维对水分的吸附、转移能力显著提高。例如，本发明纤维在选用质量百分比为90∶10的聚丙烯腈与聚氧化乙烯(平均相对分子质量为5万)共混纺丝得到的吸附转移纤维，其保水率为79.23％，最大芯吸高度为11.5cm(参见实施例4)；选用质量百分比为90∶10的聚丙烯腈∶聚氧化乙烯(平均相对分子质量为10万)共混纺丝得到的吸附转移纤维，其保水率为72.65％，最大芯吸高度为12.3cm(参见实施例5)；而用相同工艺制得的常规聚丙烯腈纤维其保水率仅为6.72％，最大芯吸高度仅为5.6cm，并且本发明纤维具有较好的力学性能，可以按常规方法进行纺织加工。

具体实施方式

下面结合实施例进一步叙述本发明。

本发明设计了一种具有吸附和转移功能的纤维(简称为吸附转移纤维)制造方法(以下简称制造方法)。该制造方法的工艺过程如下：将充分干燥的聚丙烯腈与水溶性聚合物按70～95∶30～5的质量百分比共混后，溶于有机溶剂中，在50～70℃下搅拌2～5小时，使其充分混匀并溶解，制得浓度为15～30％，并具有良好成纤性能的共混纺丝溶液；将所述的共混溶液按湿法纺丝工艺纺丝，纺丝温度为50～70℃，凝固浴为水与所述有机溶剂(即溶解聚合物所用的有机溶剂)的混合物，温度为10～50℃，凝固浴中有机溶剂的体积百分含量为10～50％，得到初生纤维；将初生纤维在温度为80～99℃的热水浴中拉伸1.5～5倍，然后充分洗涤所得纤维，去除所述水溶性聚合物后，即得所述吸附转移纤维；所述的水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇或聚氧化乙烯，平均相对分子质量为0.1～20万；所述的有机溶剂为二甲基乙酰胺，二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；所述的充分洗涤是指在温度10～80℃的水中浸泡2～10天。

本发明制造方法所述的水溶性聚合物的选择及使用是本发明的技术关键之一。所述的水溶性聚合物选择依据或要求是：

1.水溶性聚合物必须能溶解在聚丙烯腈溶解所用的有机溶剂中；

2.含有水溶性聚合物的聚丙烯腈原液必须有一定的稳定性和可纺性，即共混原液在制备之后，经受脱泡、过滤、直到纺丝成形这一段时间内，两种聚合物不发生明显的分层，粘度不发生剧升；

3.水溶性聚合物在纺丝过程中不溶或很少溶于凝固浴，不分解、不气化，始终留在纤维中；同时，

4.待纤维凝固成形后，水溶性聚合物要能够容易从纤维中分离出去；

5.选用的水溶性聚合物平均相对分子质量要相对较大，以保证纺丝纤维成形后，再将其溶出后能在纤维中产生相互连接、内外贯通的沟槽、缝隙及孔洞；

6.选用的水溶性聚合物平均相对分子质量分布要较宽，以便根据实际需要通过调节其平均相对分子质量来控制纤维的微孔孔径大小；

7.水溶性聚合物溶出后形成的多孔纤维要保证其力学性能可以满足进一步加工要求。

据所述原则，本发明所述的水溶性聚合物应选择具有良好可加工性、水溶性较优、分子量分布较宽的高聚物，例如不同平均相对分子质量的聚乙烯醇、聚乙二醇或聚氧化乙烯等。本发明实施例的水溶性聚合物优选聚乙二醇或聚氧化乙烯。

本发明中所用水溶性聚合物的平均相对分子质量变化对所得吸附转移纤维的孔结构有较大影响。若平均相对分子质量较低，则在纺丝过程中，水溶性聚合物易于溶入凝固浴中，所得纤维孔径较小或无孔，起不到孔洞稳定剂的作用；若平均相对分子质量较高，则在纤维成形后，水溶性聚合物与纤维的分离较为困难，也不利于成孔。研究表明，水溶性聚合物的平均相对分子质量可在0.1～20万范围内进行选择，但比较理想的为1～10万。实施例的聚乙二醇的平均相对分子质量优选0.1～2万，聚氧化乙烯平均相对分子质量优选5～10万。

试验研究表明，在所用水溶性聚合物平均相对分子质量一定的条件下，其含量变化对所得吸附转移纤维的孔结构也有较大的影响。若混合物中水溶性聚合物含量过少，则经洗涤后所得纤维的孔隙率较低，且微孔间不易相互连接、贯通，纤维对水分的吸附、转移能力提高不明显；若混合物中水溶性聚合物含量太高，则纤维的吸附、转移能力虽然可大幅提高，但是纤维的力学性能下降较大，且由于水溶性聚合物含量增加到一定程度后在聚丙烯腈/有机溶剂体系中的分散性变差，会导致纤维的孔结构变化，均一性也相应变差。研究表明，聚丙烯腈与水溶性聚合物的共混质量比可选用70～95∶30～5，优选95～85∶5～15。

本发明制造方法所述有机溶剂的选择及使用是本发明的另一技术关键。实验研究表明，适当的有机溶剂为二甲基乙酰胺，二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。实施例优选二甲基乙酰胺。

本发明制造方法所制得的初生共混纤维要进行先拉伸，再卷绕的后拉伸处理，所得纤维质量比较理想。对纤维进行适当的后拉伸，可使纤维获得一定程度的取向，改善纤维的力学性能，使纤维满足进一步加工的需要，且在热水浴中拉伸过程中，部分水溶性聚合物可溶于热水浴中，减轻了后处理洗涤负担。后拉伸的倍数应该适当，若拉伸倍数过低，拉伸效果不明显；拉伸倍数过高，则会使纤维本身断裂，适得其反。一般的热水浴中拉伸倍数为1.5～5倍，比较理想的是热水浴中拉伸2～4倍。

本发明制造方法中，经湿法纺丝及热水浴中拉伸后的纤维需要经过充分洗涤过程，以彻底去除水溶性聚合物，使所得吸附转移纤维具有均匀而稳定的孔结构。所述充分洗涤是指在温度10～80℃的水中浸泡2～10天，但优选工艺是：浸泡水温30～70℃，浸泡时间5～7天。

本发明的吸附转移纤维特别适于作为棉纤维的替代品，制造成内衣、衬衫、运动衣和床单等与人肌肤接触的用品。棉纤维是通过化学和物理两种机理来吸水，水分被吸附后存在于纤维的大分子间，而本发明吸附转移纤维是借助纤维微孔的毛细芯吸作用来吸附和转移水分的，水分的吸附和转移均在微孔中进行，因而吸水后的纤维仍然具有或保持较好的蓬松性、弹性及透气、透湿性，因此本发明的吸附转移纤维的优越性在于，吸水后不会像棉纤维一样膨胀，失去蓬松性及弹性，使棉织物的透气、透湿性下降并粘贴于皮肤表面，不会使人不舒适，同时本发明吸附转移纤维由于存在大量的微孔，因而能够保持较多的静止空气，还具有保暖功能，吸水后也不会使人有湿冷的不快感觉。

本发明未述及之处适用于现有技术。

下面给出本发明的具体实施例，但本发明权利要求不受具体实施例的限制。

实施例1

将充分干燥的聚丙烯腈与水溶性聚合物聚乙二醇(平均相对分子质量为1千)按80∶20的质量比共混后，溶于有机溶剂二甲基乙酰胺中，在60℃下搅拌4h，将其充分溶解，得到浓度为25％，并具有良好可纺性的成纤共混纺丝原液；将所得共混溶液静置脱泡4h，以体积百分含量为40％的二甲基乙酰胺水溶液为凝固浴(室温)湿法纺丝，然后在96℃的热水浴中拉伸3.5倍，卷绕后，置于50℃的温水中浸泡5天，取出经室温干燥后，即得所述吸附转移纤维。

经测定，在1000g离心力下离心脱水10min，所得纤维的保水率为19.65％，100根15cm长的所得纤维组成的纤维束平衡芯吸高度为6.8cm。

实施例2

将充分干燥的聚丙烯腈与水溶性聚合物聚乙二醇(平均相对分子质量为1万)按80∶20的质量比共混后，溶于有机溶剂二甲基乙酰胺中，在65℃下搅拌3h，将其充分溶解，得到浓度为25％，并具有良好可纺性的成纤共混纺丝原液；将所得共混溶液静置脱泡4h，以体积百分含量为35％的二甲基乙酰胺水溶液为凝固浴(50℃)湿法纺丝，然后在85℃的热水浴中拉伸3倍，卷绕后，置于60℃的温水中浸泡5天，取出经室温干燥后，即得所述吸附转移纤维。

经测定，在1000g离心力下离心脱水10min，所得纤维的保水率为65.24％，100根15cm长的所得纤维组成的纤维束平衡芯吸高度为10.5cm。

实施例3

将充分干燥的聚丙烯腈与水溶性聚合物聚乙二醇(平均相对分子质量为2万)按85∶15的质量比共混后，溶于有机溶剂二甲基乙酰胺中，在65℃下搅拌3h，将其充分溶解，得到浓度为25％，并具有良好可纺性的成纤共混纺丝原液；将所得共混溶液静置脱泡4h，以体积百分含量为40％的二甲基乙酰胺水溶液为凝固浴(10℃)湿法纺丝，然后在96℃的热水浴中拉伸3.5倍，卷绕后，置于70℃的温水中浸泡5天，取出经室温干燥后，即得所述吸附转移纤维。

经测定，在1000g离心力下离心脱水10min，所得纤维的保水率为63.58％；100根15cm长的所得纤维组成的纤维束平衡芯吸高度为10.2cm。

实施例4

将充分干燥的聚丙烯腈与水溶性聚合物聚氧化乙烯(平均相对分子质量为5万)按90∶10的质量比共混后，溶于有机溶剂二甲基乙酰胺中，在65℃下加热搅拌3h，将其充分溶解，得到浓度为20％，具有良好可纺性的成纤共混纺丝原液；将所得共混溶液静置脱泡4h，以体积百分含量为40％的二甲基乙酰胺水溶液为凝固浴(20℃)湿法纺丝，然后在95℃的热水浴中拉伸3倍，卷绕后，置于50℃的温水中浸泡7天，取出经室温干燥后，即得所述吸附转移纤维。

经测定，在1000g离心力下离心脱水10min，所得纤维的保水率为79.23％，100根15cm长的所得纤维组成的纤维束平衡芯吸高度为11.3cm。

实施例5

将充分干燥的聚丙烯腈与水溶性聚合物聚氧化乙烯(平均相对分子质量为10万)按90∶10的质量比共混后，溶于有机溶剂二甲基乙酰胺中，在65℃下加热搅拌3h，将其充分溶解，得到浓度为20％，具有良好可纺性的成纤共混纺丝原液，将所得共混溶液静置脱泡4h，以体积百分含量为40％的二甲基乙酰胺水溶液为凝固浴(室温)湿法纺丝，然后在95℃的热水浴中拉伸3倍，卷绕后，置于50℃的温水中浸泡7天，取出经室温干燥后，即得所述吸附转移纤维。

经测定，在1000g离心力下，离心脱水10min，所得纤维的保水率为72.65％；100根15cm长的所得纤维组成的纤维束平衡芯吸高度为12.3cm。

实施例6

将充分干燥的聚丙烯腈与水溶性聚合物聚氧化乙烯(平均相对分子质量为5万)按95∶5的质量比共混后，溶于有机溶剂二甲基乙酰胺中，在65℃下加热搅拌3h，将其充分溶解，得到浓度为18％，并具有良好可纺性的成纤共混纺丝原液，将所得共混溶液静置脱泡4h，以体积百分含量为35％的二甲基乙酰胺水溶液为凝固浴(30℃)湿法纺丝，然后在80℃的热水浴中拉伸2.5倍，卷绕后，置于50℃的温水中浸泡6天，取出经室温干燥后，即得所述吸附转移纤维。经测定，在1000g离心力下，离心脱水10min，所得纤维的保水率为25.32％；100根15cm长的所得纤维组成的纤维束平衡芯吸高度为7.1cm。

Claims (5)

1.一种吸附转移纤维的制造方法，其工艺过程如下：将充分干燥的聚丙烯腈与水溶性聚合物按70～95∶5～30的质量百分比共混后，溶于有机溶剂中，在50～70℃下加热搅拌3～5小时，制得浓度为15～30％，并具有良好成纤性能的共混纺丝溶液；将所述共混溶液按湿法纺丝工艺纺丝，纺丝温度为50～70℃，凝固浴为水与所述有机溶剂的混合物，温度为10～50℃，凝固浴中有机溶剂的体积百分含量为10～50％，制得初生纤维；再将初生纤维在温度为80～99℃的热水浴中拉伸1.5～5倍，然后充分洗涤所得纤维，即得所述吸附转移纤维；所述的水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇或聚氧化乙烯，平均相对分子质量为0.1～20万；所述的有机溶剂为二甲基乙酰胺，二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；所述的充分洗涤是指在温度10～80℃的水中浸泡2～10天。

2.根据权利要求1所述吸附转移纤维的制造方法，其特征在于所述的有机溶剂为二甲基乙酰胺；所述水溶性聚合物的平均相对分子质量为1～10万；所述聚丙烯腈与水溶性聚合物的共混质量比为85～95∶5～15。

3.根据权利要求1或2所述吸附转移纤维的制造方法，其特征在于所述的水溶性聚合物为聚乙二醇或聚氧化乙烯；聚乙二醇的平均相对分子质量为0.1～2万，聚氧化乙烯平均相对分子质量为5～10万。

4.根据权利要求1或2所述吸附转移纤维的制造方法，其特征在于所述的热水浴中拉伸2～4倍。

5.根据权利要求1或2所述吸附转移纤维的制造方法，其特征在于所述的充分洗涤为在温度30～50℃的水中浸泡5～7天。