CN101985781A - 炉甘石纤维素纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种炉甘石纤维素纤维，通过炉甘石浆料制备、纺丝原液制备、变性纺丝原液制备和纺丝工序，得到成型炉甘石纤维素纤维，成品炉甘石纤维素纤维中炉甘石的重量百分比为5％-25％，采用离子液体溶解纺丝，增加了对纺丝的溶解度，提高了生产效率；避免了传统粘胶法在黄化工序中产生大量的硫化氢、二硫化碳，降低了环境污染，减轻了对操作人员健康的损害，采用离子液体作为凝固浴浴液，可以保证炉甘石中有效成分不被破坏，提高了成品纤维的功能性指标，干湿强、干伸具有显著提高，后处理工艺中，取消了常规纺丝原液纤维生产过程的漂白工序，避免了漂白物质对炉甘石及其中抗菌活性物质造成破坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维素纤维及其制备方法，具体地说，涉及一种炉甘石纤维素纤维及其制备方法。
背景技术
纤维素是一种可再生资源，普遍存在于大自然中，在树木、棉花、稻杆、玉米等植物和一些细菌的分泌物中都含有大量的纤维素，并成为代替石油裂解纤维产品的可再生资源。炉甘石主要成分为碳酸锌、含水碳酸锌、氧化锌，可用于多种接触性皮炎等皮肤病症的治疗，尤其对于溃疡不敛、脓水淋漓、湿疹湿疮、皮肤骚痒等病症有很好的疗效。炉甘石主要成分为碳酸锌、含水碳酸锌、氧化锌，不但可用于多种接触性皮炎等皮肤病症的治疗，尤其对于溃疡不敛、脓水淋漓、湿疹湿疮、皮肤骚痒等病症有很好的疗效。而且还具有显著的抗紫外线功能，对UVA区和UVB区紫外线都有屏蔽作用，可见光透过率大，另外还具有良好的抗菌功能。炉甘石为无机类紫外线屏蔽剂，通过对入射紫外线反射或折射，而达到防紫外线辐射的目的。试验表明在310～370nm波长区，对紫外线的反射或防护效果好，优于二氧化铁和高岭土。炉甘石与有机类紫外线屏蔽剂相比，除耐光与防紫外线性能比较优越外，其耐热性能也比较突出。炉甘石纤维素纤维是利用炉甘石含有的金属氧化物与纤维结合，增加织物表面对紫外线反射和散射作用，以防止紫外线透过织物而损害人体皮肤。炉甘石纤维素纤维织物对紫外线的屏蔽率在95％以上。
目前，所公开的专利和文献都是在粘胶液中直接添加微米级炉甘石微粉的方式来生产粘胶纤维，用以上方法生产粘胶纤维时，一方面在纺丝成型工序中，酸浴一般为硫酸、硫酸钠、硫酸锌组成的混合液，因为炉甘石的有效成分为碳酸锌及其氧化物，碳酸锌及氧化物同硫酸反应，最终生成硫酸锌造成炉甘石有效成分流失，从而降低成品纤维中的炉甘石的含量，另外操作人员长时间工作在酸性环境下，会对身体造成危害；另一方面由于在纤维素纺丝成型过程中会有大量硫酸锌形成，会影响酸浴中硫酸锌的含量，在实际的成型反应中，有多少的炉甘石生成了硫酸锌不得而知，不能量化，影响酸浴中对硫酸锌的调配，另外处理凝固浴液时还会对环境造成污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对以上问题，提供一种炉甘石纤维素纤维及其制备方法，采用该方法制备炉甘石纤维素纤维，生产率高，对环境污染少，对操作人员危害小，能最大限度的保证成品纤维中的炉甘石含量，避免采用粘胶法所造成的环境污染。
为解决以上问题，本发明采用的技术方案为：炉甘石纤维素纤维，其特征在于：所述炉甘石纤维素纤维为通过离子液体将纤维素溶解制成纺丝原液，在纺丝原液内添加纳米炉甘石粉体后制成变性纺丝原液，再用变性纺丝原液纺丝制成，成品炉甘石纤维素纤维中炉甘石的重量百分比为5％-25％。
上述技术方案的进一步改进：
所述成品炉甘石纤维素纤维的干强为0.9～3.2cN/dtex，湿强为0.9～2.8cN/dtex，干伸为6～20％。
所述纤维素包括聚合度在300～1500的棉浆粕、木浆粕、竹浆粕、芦苇浆粕、棉杆皮浆粕、速生杨浆粕中的至少一种。
所述离子液体为1-烯丙基，3-甲基氯咪唑盐、1-丁基，3-甲基氯咪唑盐、氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑、3-甲基-N-丁基氯代吡啶或苄基二甲基十四烷基氯化铵溶液。
所述制备方法包括以下步骤：
(1)炉甘石浆料制备工序：取粒径为60～500nm的炉甘石，在炉甘石中加入分散剂，再加入脱离子水，配置成重量百分比浓度为10％～30％的炉甘石浆料；
(2)纺丝原液制备工序：将粉碎后的纤维素与离子液体均匀混合，并在40～120℃温度下溶解制成纺丝原液，纺丝原液内纤维素浓度为3～15％；
(3)变性纺丝原液制备工序：将步骤(1)制备的炉甘石浆料加入到步骤(2)制备的纺丝原液中并搅拌均匀，得到含有炉甘石的变性纺丝原液；
(4)纺丝工序：变性纺丝原液经温度为20℃-60℃的凝固浴纺丝成型，得到成型炉甘石纤维素纤维。
所述成型后的炉甘石纤维素纤维经牵伸工序、水洗和上油工序，制得成品炉甘石纤维素纤维。
步骤(1)中，所述分散剂包括胺类阳离子型表面活性剂、硅系类阳离子表面活性剂、三聚磷酸钠中的两种。
所述胺类阳离子型表面活性剂为双烷基二甲基氯化铵或多烷基三甲基氯化铵，加入量为相对炉甘石重量的0.01％～0.6％。
所述硅系类阳离子表面活性剂为聚硅氧烷季铵盐或二烷氧基硅烷季铵盐，硅系类阳离子表面活性剂与三聚磷酸钠的加入量分别为相对炉甘石重量的0.1％～1.5％。
步骤(4)中，变性纺丝原液在凝固浴纺丝成型前进行脱泡、过滤。
步骤(4)中，所述凝固浴为1-烯丙基，3-甲基氯咪唑盐、1-丁基，3-甲基氯咪唑盐、氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑、3-甲基-N-丁基氯代吡啶或苄基二甲基十四烷基氯化铵制成的温度为20～60℃、浓度为≤32％的水溶液。
所述牵伸工艺包括丝口牵伸、空气浴牵伸、第一塑化浴牵伸和第二塑化浴牵伸。
所述牵伸工艺的条件为：丝口牵伸-12％～0％、空气浴牵伸0％～65％、第一塑化浴牵伸4％～90％和第二塑化浴牵伸5％～100％。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)与传统的粘胶法生产炉甘石粘胶纤维相比，本发明制备方法中采用离子液体溶解纺丝，增加了对纺丝的溶解度，提高了生产效率；而且避免了传统粘胶法在黄化工序中产生大量的硫化氢、二硫化碳，降低了环境污染，减轻了对操作人员健康的损害。
(2)采用离子液体作为凝固浴浴液，可以保证炉甘石中有效成分不被破坏，提高了成品纤维的功能性指标，干湿强、干伸具有显著提高。
(3)后处理工艺中，取消了常规纺丝原液纤维生产过程的漂白工序，避免了漂白物质对炉甘石及其中抗菌活性物质造成破坏。
(4)变性纺丝原液在凝固浴纺丝成型前进行脱泡、过滤，提高了可纺性。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
具体实施方式
实施例1：炉甘石纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)炉甘石浆料制备工序：取粒径为125nm的炉甘石，在炉甘石中加入相对炉甘石重量为0.3％的分散剂双烷基二甲基氯化铵和相对炉甘石重量为0.5％的分散剂聚硅氧烷季铵盐，再加入脱离子水，配置成重量百分比浓度为25％的炉甘石浆料，将炉甘石浆料置于球磨机中，球磨100min制成均匀的纳米炉甘石浆料；
(2)纺丝原液制备工序：将聚合度为330的棉浆粕粉碎后再与1-烯丙基，3-甲基氯咪唑盐溶液均匀混合，在90℃溶解形成均一稳定的纺丝原液，纺丝原液内纤维素的重量百分比浓度为5％；
(3)变性纺丝原液制备工序：按炉甘石相对成品纤维重量为5％的比例，将步骤(1)制备的纳米炉甘石浆料加入到步骤(2)制备的纺丝原液中并搅拌均匀，得到含有炉甘石的变性纺丝原液；
(4)纺丝工序：变性纺丝原液经温度为50℃的凝固浴纺丝成型，得到成型炉甘石纤维素纤维，凝固浴液体由1-烯丙基，3-甲基氯咪唑盐水溶液制成，重量百分比浓度为10％；
成型后的炉甘石纤维素纤维经牵伸工序、后处理工序及烘干工序，制得成品炉甘石纤维素纤维；
牵伸工序为：成型后的纤维经丝口牵伸→空气浴牵伸→第一塑化浴牵伸→第二塑化浴牵伸，得到1.33dtex*38mm炉甘石纤维素纤维；
牵伸工序的工艺条件为：丝口牵伸-10％、空气浴牵伸5％、第一塑化浴牵伸10％和第二塑化浴牵伸55％；
牵伸后的纤维经后处理工序最终制得炉甘石纤维素纤维成品，后处理工序包括水洗、上油工序。
实施例2：炉甘石纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)炉甘石浆料制备工序：取粒径为80nm的炉甘石，在炉甘石中加入相对炉甘石重量为0.5％的分散剂双烷基二甲基氯化铵和相对炉甘石重量为1.5％的分散剂三聚磷酸钠，再加入脱离子水，配置成重量百分比浓度为22％的炉甘石浆料，将炉甘石浆料置于球磨机中，球磨120min制成均匀的纳米炉甘石浆料；
(2)纺丝原液制备工序：将聚合度约为800木浆粕和聚合度为700棉浆粕按重量比1∶3混合粉碎，再与1-丁基，3-甲基氯咪唑盐溶液均匀混合，在110℃溶解形成均一稳定的纺丝原液，纺丝原液内纤维素的重量百分比浓度为8％；
(3)变性纺丝原液制备工序：按炉甘石相对成品纤维重量为15％的比例，将步骤(1)制备的纳米炉甘石浆料加入到步骤(2)制备的纺丝原液中并搅拌均匀，搅拌均匀的纺丝原液经脱泡、过滤，得到含有炉甘石的变性纺丝原液；
(4)纺丝工序：变性纺丝原液经温度为20℃的凝固浴纺丝成型，凝固浴液体由1-丁基，3-甲基氯咪唑盐水溶液制成，重量百分比浓度为20％；
成型后的炉甘石纤维素纤维经牵伸工序、后处理工序及烘干工序，制得成品炉甘石纤维素纤维；
牵伸工序为：成型后的纤维经丝口牵伸→空气浴牵伸→第一塑化浴牵伸→第二塑化浴牵伸，得到2.78dtex*51mm炉甘石纤维素纤维；
牵伸工序的工艺条件为：丝口牵伸-10％、空气浴牵伸8％、第一塑化浴牵伸15％和第二塑化浴牵伸35％。
牵伸后的纤维经后处理工序最终制得炉甘石纤维素纤维成品，后处理工序包括水洗、上油工序。
实施例3：炉甘石纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)炉甘石浆料制备工序：取粒径为160nm的炉甘石，在炉甘石中加入相对炉甘石重量为0.6％的分散剂多烷基三甲基氯化铵和相对炉甘石重量为0.9％的分散剂三聚磷酸钠，再加入脱离子水，配置成重量百分比浓度为26％的炉甘石浆料，将炉甘石浆料置于球磨机中，球磨100min制成均匀的纳米炉甘石浆料；
(2)纺丝原液制备工序：将聚合度为1000木浆粕、聚合度为900竹浆粕按重量比5∶1混合粉碎，再与氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑溶液均匀混合，在80℃溶解形成均一稳定的纺丝原液，纺丝原液内纤维素的重量百分比浓度为15％；
(3)变性纺丝原液制备工序：按炉甘石相对成品纤维重量为25％的比例，将步骤(1)制备的纳米炉甘石浆料加入到步骤(2)制备的纺丝原液中并搅拌均匀，搅拌均匀的纺丝原液经脱泡、过滤，得到含有炉甘石的变性纺丝原液；
(4)纺丝工序：变性纺丝原液经温度为60℃的凝固浴纺丝成型，凝固浴液体由氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑水溶液制成，重量百分比浓度为3％；
成型后的炉甘石纤维素纤维经牵伸工序、后处理工序及烘干工序，制得成品炉甘石纤维素纤维；
牵伸工序为：成型后的纤维经丝口牵伸→空气浴牵伸→第一塑化浴牵伸→第二塑化浴牵伸，得到2.22dtex*51mm炉甘石纤维素纤维；
牵伸工序的工艺条件为：丝口牵伸-5％、空气浴牵伸10％、第一塑化浴牵伸9％和第二塑化浴牵伸65％。
牵伸后的纤维经后处理工序最终制得炉甘石纤维素纤维成品，后处理工序包括水洗、上油工序。
实施例4：炉甘石纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)炉甘石浆料制备工序：取粒径为75nm的炉甘石，在炉甘石中加入相对炉甘石重量为0.5％的分散剂多烷基三甲基氯化铵和相对炉甘石重量为0.5％的分散剂二烷氧基硅烷季铵盐，再加入脱离子水，配置成重量百分比浓度为18％的炉甘石浆料，将炉甘石浆料置于球磨机中，球磨120min制成均匀的纳米炉甘石浆料；
(2)纺丝原液制备工序：将聚合度为1300的棉杆皮浆粕与聚合度为1200的棉浆粕按重量比1∶8混合粉碎，再与3-甲基-N-丁基氯代吡啶溶液均匀混合，在115℃溶解形成均一稳定的纺丝原液，纺丝原液内纤维素的重量百分比浓度为10％；
(3)变性纺丝原液制备工序：按炉甘石相对成品纤维重量为12％的比例，将步骤(1)制备的纳米炉甘石浆料加入到步骤(2)制备的纺丝原液中并搅拌均匀，搅拌均匀的纺丝原液经脱泡、过滤，得到含有炉甘石的变性纺丝原液；
(4)纺丝工序：变性纺丝原液经温度为30℃的凝固浴纺丝成型，凝固浴液体由3-甲基-N-丁基氯代吡啶水溶液制成，重量百分比浓度为15％；
成型后的炉甘石纤维素纤维经牵伸工序、后处理工序及烘干工序，制得成品炉甘石纤维素纤维；
牵伸工序为：成型后的纤维经丝口牵伸→空气浴牵伸→第一塑化浴牵伸→第二塑化浴牵伸，得到2.22dtex*51mm炉甘石纤维素纤维；
牵伸工序的工艺条件为：丝口牵伸-1％、空气浴牵伸5％、第一塑化浴牵伸11％和第二塑化浴牵伸65％。
牵伸后的纤维经后处理工序最终制得炉甘石纤维素纤维成品，后处理工序包括水洗、上油工序。
实施例5：炉甘石纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)炉甘石浆料制备工序：取粒径为105nm的炉甘石，在炉甘石中加入相对炉甘石重量为0.1％的分散剂多烷基三甲基氯化铵和相对炉甘石重量为0.5％的分散剂聚硅氧烷季铵盐，再加入脱离子水，配置成重量百分比浓度为20％的炉甘石浆料，将炉甘石浆料置于球磨机中，球磨120min制成均匀的纳米炉甘石浆料；
(2)纺丝原液制备工序：将聚合度为800的棉浆粕与聚合度为700的竹浆粕按重量比5∶1混合粉碎，再与苄基二甲基十四烷基氯化铵溶液均匀混合，在90℃溶解形成均一稳定的纺丝原液，纺丝原液内纤维素的重量百分比浓度为8％；
(3)变性纺丝原液制备工序：按炉甘石相对成品纤维重量为6％的比例，将步骤(1)制备的纳米炉甘石浆料加入到步骤(2)制备的纺丝原液中并搅拌均匀，搅拌均匀的纺丝原液经脱泡、过滤，得到含有炉甘石的变性纺丝原液；
(4)纺丝工序：变性纺丝原液经温度为40℃的凝固浴纺丝成型，凝固浴液体由苄基二甲基十四烷基氯化铵水溶液制成，重量百分比浓度为13％；
成型后的炉甘石纤维素纤维经牵伸工序、后处理工序及烘干工序，制得成品炉甘石纤维素纤维；
牵伸工序为：成型后的纤维经丝口牵伸→空气浴牵伸→第一塑化浴牵伸→第二塑化浴牵伸，得到1.33dtex*38mm炉甘石纤维素纤维；
牵伸工序的工艺条件为：丝口牵伸-2％、空气浴牵伸8％、第一塑化浴牵伸16％和第二塑化浴牵伸58％。
牵伸后的纤维经后处理工序最终制得炉甘石纤维素纤维成品，后处理工序包括水洗、上油工序。
以上实施例中，变性纺丝原液在凝固浴纺丝成型前进行脱泡、过滤，可以提高其可纺性。
将本发明以上实施例得到的炉甘石纤维素纤维与目前常规方法生产的炉甘石纤维素纤维进行对比，检测结果如下表：
从表中可以看出，本发明5个实施例制备的炉甘石纤维素纤维与现有常规方法生产的炉甘石纤维素纤维相比，干湿强、干伸得到大幅度的提高，本发明实施例制备的炉甘石纤维素纤维中，实施例5生产的炉甘石纤维素纤维最好。
Claims (10)
1.炉甘石纤维素纤维，其特征在于：所述炉甘石纤维素纤维为通过离子液体将纤维素溶解制成纺丝原液，在纺丝原液内添加纳米炉甘石粉体后制成变性纺丝原液，再用变性纺丝原液纺丝制成，成品炉甘石纤维素纤维中炉甘石的重量百分比为5％-25％。
2.如权利要求1所述的炉甘石纤维素纤维，其特征在于：所述成品炉甘石纤维素纤维的干强为0.9～3.2cN/dtex，湿强为0.9～2.8cN/dtex，干伸为6～20％。
3.如权利要求1所述的炉甘石纤维素纤维，其特征在于：所述纤维素包括聚合度在300～1500的棉浆粕、木浆粕、竹浆粕、芦苇浆粕、棉杆皮浆粕、速生杨浆粕中的至少一种。
4.如权利要求1、2或3所述的炉甘石纤维素纤维，其特征在于：所述离子液体为1-烯丙基，3-甲基氯咪唑盐、1-丁基，3-甲基氯咪唑盐、氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑、3-甲基-N-丁基氯代吡啶或苄基二甲基十四烷基氯化铵溶液。
5.如权利要求1所述炉甘石纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
(1)炉甘石浆料制备工序：取粒径为60～500nm的炉甘石，在炉甘石中加入分散剂，再加入脱离子水，配置成重量百分比浓度为10％～30％的炉甘石浆料；
(2)纺丝原液制备工序：将粉碎后的纤维素与离子液体均匀混合，并在40～120℃温度下溶解制成纺丝原液，纺丝原液内纤维素浓度为3～15％；
(3)变性纺丝原液制备工序：将步骤(1)制备的炉甘石浆料加入到步骤(2)制备的纺丝原液中并搅拌均匀，得到含有炉甘石的变性纺丝原液；
(4)纺丝工序：变性纺丝原液经温度为20℃-60℃的凝固浴纺丝成型，得到成型炉甘石纤维素纤维。
6.如权利要求5所述的炉甘石纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述成型后的炉甘石纤维素纤维经牵伸工序、水洗和上油工序，制得成品炉甘石纤维素纤维。
7.如权利要求5或6所述的炉甘石纤维素纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述分散剂包括胺类阳离子型表面活性剂、硅系类阳离子表面活性剂、三聚磷酸钠中的两种。
8.如权利要求7所述的炉甘石纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述胺类阳离子型表面活性剂为双烷基二甲基氯化铵或多烷基三甲基氯化铵，加入量为相对炉甘石重量的0.01％～0.6％；
所述硅系类阳离子表面活性剂为聚硅氧烷季铵盐或二烷氧基硅烷季铵盐，硅系类阳离子表面活性剂与三聚磷酸钠的加入量分别为相对炉甘石重量的0.1％～1.5％。
9.如权利要求5所述的炉甘石纤维素纤维的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，变性纺丝原液在凝固浴纺丝成型前进行脱泡、过滤。
10.如权利要求5或9所述的炉甘石纤维素纤维的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述凝固浴为1-烯丙基，3-甲基氯咪唑盐、1-丁基，3-甲基氯咪唑盐、氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑、3-甲基-N-丁基氯代吡啶或苄基二甲基十四烷基氯化铵制成的温度为20～60℃、浓度为≤32％的水溶液。
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