CN103556302A - 一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法，属于海藻酸系纤维制备方法的技术领域，包含以下步骤：以含可溶性海藻酸盐的水溶液为纺丝原液，经过滤、脱泡后，经计量泵计量后通过喷丝头在凝固浴纺丝成形，然后进行拉伸，在松弛状态下进行预脱水以及采用亲水性有机溶剂萃取脱水干燥，使卷曲形态定型。

Description

一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法，属于海藻酸系纤维制备方法的技术领域。

背景技术

    海藻酸系纤维是以天然褐藻提取物为原料，通常，采用海藻酸盐水溶液在含有钙离子的凝固浴挤出进行纺丝，得到海藻酸钙纤维（英国专利1394741）。据已有的研究资料表明，纯海藻酸系纤维具有优异高吸收水性、易去除性、成胶阻塞性、生物相容性以及可降解吸收等性能，特别适合用于医用纱布、敷料等医疗卫生用途，是一种有发展前景的新型产业用纺织材料。

    卷曲性是短纤维的一种必不可少的特性。在梳理成无纺布网面或制成短纤纱线过程，卷曲提供了在诸纤维之间的抱合力。它可以提高梳理性能和纺纱性能，有助于提高无纺布网面或纱线的强力、均匀性以及膨松性。卷曲纤维在吸收性制品中提供了更高的吸收性。

    对熔纺热塑性纤维来说，其卷曲性可以比较容易地通过机械处理和热定型并举的方法实现，比如采用蒸汽填塞箱卷曲法。日本特开平5-209318号，采用了填塞箱卷曲法的方式制备海藻酸系纤维及针刺无纺布，美国专利US4562110 让海藻酸盐纤维挤压在“鱼尾”装置使纤维形成卷曲。但是，对于不具有热塑性的海藻酸系纤维来说，如通过机械轧压，由于海藻酸系纤维湿强较低，在压力下容易粘连并丝，制得的卷曲纤维经不起拉伸和润湿处理，故通过这些机械方法制得的卷曲型纤维，其适用性较低。制备由两种化学性质和物理性质均不同的聚合物的双组分纤维体系也可以赋予纤维卷曲性。但这种生产方法由于喷丝头组件复杂，生产工艺调节困难，同样难以在海藻酸系纤维生产得到应用。

发明内容

为解决海藻酸系纤维卷曲性加工难的问题，本发明提供一种可方便赋予海藻酸系纤维卷曲性的制备方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

    一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法，包括如下步骤：以含可溶性海藻酸盐的水溶液为纺丝原液，经过滤、脱泡后，经计量泵计量后通过喷丝头在凝固浴纺丝成形，控制成形速度，经一定张力下拉伸，在松弛状态下进行预脱水以及采用亲水性有机溶剂萃取脱水干燥，使卷曲形态定型（即在松弛状态下进行预脱水，再在松弛状态下采用亲水性有机溶剂萃取脱水，最后常温晾干得到卷曲形态定型的自卷曲型海藻酸系纤维）。

为了保证良好的可纺性，在进入计量泵之前的纺丝原液须进行过滤、真空脱泡等处理。

本发明得到的卷曲型海藻酸系纤维，其组成为海藻酸、水不溶性的海藻酸盐以及海藻酸衍生物的一种及以上为主体。

作为上述方案的进一步设置，所述纺丝原液中，可溶性海藻酸盐的浓度为2~8%，进一步优选的浓度为3~6%。

所述可溶性海藻酸盐为海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸铵中的任意一种或多种，并以水为溶剂形成纺丝原液。在此需要说明的是，纺丝原液的配制可以为将可溶性海藻酸盐固体粉粒溶解在水中，也可以为海藻经过处理消化并过滤后得到的溶液直接作为纺丝原液。

其中，所述纺丝原液在进入喷丝头前的旋转粘度值为500~50000mPa·s，进一步优选为1000~20000mPa·s。

所述喷丝头上的喷丝孔孔径在0.05~0.12mm，纺丝时单个喷丝头的纺丝原液吐出量在200~2000g/min。单个喷丝头上的孔数在数千至数万左右。

所述凝固浴为无机强酸或一些可反应形成不溶性海藻酸盐的可溶性金属盐类的一种及以上为主体溶解在水中。

其中，所述无机强酸包括盐酸、硫酸、磷酸中的任意一种或多种，金属盐类包括氯化钙、氯化铜、氯化锌、硫酸铜、硝酸银中的任意一种或多种。

所述控制成形速度，其方法为采用喷丝头负抽伸，即出凝固浴时的丝束速度小于喷丝头喷丝速度，两者的速度比值控制在0.50～0.95，优选为0.70～0.90。

本发明利用海藻酸系纤维形成的皮芯结构具有不同的力学收缩性，从而得到卷曲型海藻酸系纤维，需要通过以下四个步骤。

1.在凝固浴纺丝时，流出喷丝孔的粘胶细流，要施加一定的抽伸张力，即喷丝头的抽伸，以形成合适的皮芯结构。较坚硬的皮层与处于胶状的芯层，在后续拉伸中能够体现了不同的力学收缩，从而产生了卷曲形态。

将出凝固浴时的丝束速度与喷丝头喷丝速度比例定义为喷丝头抽伸值。如抽伸值过大，凝固不充分，皮层过薄，在后续拉伸时皮层破损，不能体现较明显的收缩差异，同时破损后胶状的芯层漏出后容易使纤维发生粘连。抽伸值越小，则延长初生纤维处于塑性冻胶状态的时间，有利于均匀一致的固化和牵伸能力的提高。但是抽伸值过小，丝条在凝固浴中阻力增回，所得纤维的物理机械性能，特别是断裂伸长降低，同时纤维会变粗。

2．纤维成形后，得到充分的拉伸。拉伸力越大，卷曲形态越能体现，理想的总拉伸比例（最后一组罗拉速度与第一组罗拉速度之比）应接近纤维的最大拉伸能力，但为了保证连续生产，不产生断丝毛丝，以最大拉伸比的70~90%为合适的拉伸比例，一般来说，总拉伸比例在1.3~2.5倍，优选为1.5~2.0。

3．拉伸之后进行松弛。纤维经强力拉伸后，再经松弛，由于皮芯层表现出不同的回弹性，在松弛后产生明显的卷曲形态。干燥过程时均须在松弛状态下进行。

4．通过亲水性有机溶剂萃取纤维内部水分，使纤维的卷曲形态得以固定。如果直接采用烘干脱水，由于水的强大表面张力作用，纤维相互接近，形成毛细管效应，导致纤维间吸引力增加，而使得纤维粘连发硬。本发明采用亲水性有机溶剂将纤维中的水分萃取后，亲水性有机溶剂的表面张力小，对纤维拉紧的作用也小，故经脱水后，纤维间的吸引力和毛细管作用将大大降低，从而减轻了粘连程度。而后除去有机溶剂，得到的纤维不发生粘连，卷曲形态也得以固定。

为了减少有机溶剂的使用量，可在有机溶剂萃取之前进行预脱水，预脱水后纤维的水分率需控制在50%以上，否则纤维因失水发生粘连。预脱水的温度不能超过90度，否则也易使纤维局部发生粘连。预脱水过程可以采用离心脱水或真空干燥等低温脱水方式。

有机溶剂快速蒸发去除，有利于卷曲形态的固定，所以使用的亲水性有机溶剂其沸点须小于水的沸点，故分子中碳数不宜过多，碳数1~5的醇类、碳数2~5的酮类以及碳数2~5的醚类均为合适的溶剂，优选为甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、四氢呋喃。

通过以上关键的四个步骤后，得到具有卷曲形态的海藻酸系纤维，根据用途可以切断成相应长度的短纤维。

本发明得到的海藻酸系纤维还可以经过离子交换或支化交联反应等处理成其它类别的海藻酸系纤维。离子交换反应采用如前所述的凝固浴成分，支化交联反应可采用氧化烯烃类、异氰酸酯类、二醛类等化合物形成水不溶性的海藻酸系衍生物。处理过程可以在凝固浴之后的浴槽在有张力的情况下进行，也可在拉伸结束后的松弛过程时采用浸渍的方式。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明。下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

实施例1

取8kg海藻酸钠原料（规格:200mPa·s，含水率14.9%）溶解于140L纯水（25℃电导率为5.0μS/cm2）在40℃保温下搅拌2h ，配制成4.6wt%的海藻酸钠溶液，然后经过滤，真空脱泡8小时（真空度为-0.8MPa）后，40℃保温放置一天，原液粘度为4200mPa·s，通过孔径0.08mm，孔数为15000孔的喷丝头，原液吐出量约为800g/min，凝固浴浓度为40g/L的氯化钙水溶液，喷丝头抽伸值为1.1，接着在牵伸机上牵伸，总拉伸比例在1.8，无张力下存条，再进行离心脱水，采用90wt%的酒精溶液进行水分萃取，再进行自然晾干，得到海藻酸钙纤维丝束。

实施例2

取8kg海藻酸钠原料（规格:400mPa·s，含水率14.9%）溶解于140L纯水（25℃电导率为5.0μS/cm2）在40℃保温下搅拌2h ，配制成4.6wt%的海藻酸钠溶液，然后经过滤，真空脱泡8小时（真空度为-0.8MPa）后，40℃保温放置一天，原液粘度为4200mPa·s，通过孔径0.08mm，孔数为15000孔的喷丝头，原液吐出量约为800g/min，凝固浴浓度为40g/L的氯化钙水溶液，出凝固浴时的丝束速度与喷丝头喷丝速度比例为0.8，接着在牵伸机上牵伸，总拉伸比例在1.2，无张力下存条，再进行离心脱水，采用90wt%的酒精溶液进行水分萃取，离心脱溶剂后进行常温自然晾干，得到海藻酸钙纤维丝束。

实施例3

取8kg海藻酸钠原料（规格:200mPa·s，含水率14.9%）溶解于140L纯水（25℃电导率为5.0μS/cm2）在40℃保温下搅拌2h ，配制成4.6wt%的海藻酸钠溶液，然后经过滤，真空脱泡8小时（真空度为-0.8MPa）后，40℃保温放置一天，原液粘度为4200mPa·s，通过孔径0.08mm，孔数为15000孔的喷丝头，原液吐出量约为800g/min，凝固浴浓度为40g/L的氯化钙水溶液，出凝固浴时的丝束速度与喷丝头喷丝速度比例为0.8，接着在牵伸机上牵伸，总拉伸比例在1.8，无张力下存条，再进行离心脱水后，浸泡在90wt%的酒精溶液，离心脱溶剂后常温干燥，得到海藻酸钙纤维丝束。

实施例4

取8kg海藻酸钠原料（规格:400mPa·s，含水率14.9%）溶解于140L纯水（25℃电导率为5.0μS/cm2）在40℃保温下搅拌2h ，配制成4.6wt%的海藻酸钠溶液，然后经过滤，真空脱泡8小时（真空度为-0.8MPa）后，40℃保温放置一天，原液粘度为2000mPa·s，通过孔径0.08mm，孔数为15000孔的喷丝头，原液吐出量约为800g/min，凝固浴浓度为40g/L的氯化钙水溶液，出凝固浴时的丝束速度与喷丝头喷丝速度比例为0.8，接着在牵伸机上牵伸，总拉伸比例在1.8，在张力下收卷，再进行离心脱水后，浸泡在丙酮溶液，离心脱溶剂后常温干燥，得到海藻酸钙纤维丝束。

实施例5

取7kg海藻酸钠原料（规格:200mPa·s，含水率14.9%）溶解于140L纯水（25℃电导率为5.0μS/cm2）在40℃保温下搅拌2h ，配制成4.0wt%的海藻酸钠溶液，然后经过滤，真空脱泡8小时（真空度为-0.8MPa）后，40℃保温放置一天，原液粘度为2200mPa·s，通过孔径0.08mm，孔数为15000孔的喷丝头，原液吐出量约为800g/min，凝固浴浓度为40g/L的氯化钙水溶液，出凝固浴时的丝束速度与喷丝头喷丝速度比例为0.8，接着在牵伸机上牵伸，总拉伸比例在1.9，存条放置，再进行离心脱水后，浸泡在90wt%的酒精溶液，离心脱溶剂后常温干燥，得到海藻酸钙纤维丝束。

从实施例的测试结果来看，实施例1与实施例3相比，由于喷丝头抽伸值不同，后续拉伸比例相同，断裂强度和断裂伸长相差不大，但卷曲程度相差比较大。这说明在凝固浴时成形状态影响了产品的卷曲性。实施例2与实施例3相比，总拉伸比例较低，断裂强度自然下降，同时也基本形成不了卷曲形态。实施例4采用丙酮作为溶剂，实施例5采用更低浓度的纺丝原液，同样均获得了自卷曲的海藻酸纤维。

上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法，其特征在于包含以下步骤：以含可溶性海藻酸盐的水溶液为纺丝原液，经过滤、脱泡后，经计量泵计量后通过喷丝头在凝固浴纺丝成形，然后进行拉伸，在松弛状态下进行预脱水以及采用亲水性有机溶剂萃取脱水干燥，使卷曲形态定型。

2.如权利要求1所述的一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法，其特征在于：所述纺丝原液中可溶性海藻酸盐的质量浓度为2~8%，可溶性海藻酸盐为海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸铵中的任意一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法，其特征在于：所述凝固浴为无机强酸或一些可反应形成不溶性海藻酸盐的可溶性金属盐类的一种及以上为主体溶解在水中；其中，所述无机强酸包括盐酸、硫酸、磷酸中的任意一种或多种，金属盐类包括氯化钙、氯化铜、氯化锌、硫酸铜、硝酸银中的任意一种或多种。

4.如权利要求1所述的一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法，其特征在于：所述纺丝原液经过滤、脱泡后，在进入计量泵之前，该纺丝原液的旋转粘度值为500 ~50000mPa·s。

5.如权利要求1所述的一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法，其特征在于：所述纺丝原液经计量泵计量后通过喷丝头在凝固浴纺丝成形时，要控制成形速度，具体采用喷丝头负抽伸，使得出凝固浴丝束的速度小于喷丝头喷丝的速度。

6.如权利要求1所述的一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法，其特征在于：所述拉伸工序，其总拉伸比为1.3~2.5。

7.如权利要求1所述的一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法，其特征在于：所述预脱水工序，其预脱水温度不能超过90℃，预脱水后纤维水分率控制在50~200%。

8.如权利要求1所述的一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法，其特征在于：所述亲水性有机溶剂是碳数在1~5的醇类、碳数在2~5的酮类以及碳数在2~5的醚类中，至少一种及以上。

9.如权利要求8所述的一种自卷曲型海藻酸系纤维的制备方法，其特征在于：所述亲水性有机溶剂是甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃中的任意一种或多种。