CN103835022A - 一种纤维素共混纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种共混纤维及其制备方法,属于共混纤维技术领域。为了克服现有技术中纤维素纤维具有的强度和韧性较低的技术不足,本发明提供一种以纤维素为主要组分的共混纤维及其制备方法,该共混纤维包括如下按重量份的组分:天然纤维素60-80份,聚赖氨酸10-15份,聚丙烯腈3-7份,聚乙烯醇2-8份,壳聚糖0.5-3.5份。采用本发明处方和工艺制备得到的共混纤维性能优异,其柔韧性强、伸缩性好,可以满足纺织工业的需求。

Description

一种纤维素共混纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种共混纤维及其制备方法,属于共混纤维技术领域。
背景技术
随着技术的发展和进步,人们要求的不断提升,单一材料的纤维有时不能很好的满足人们的需求,各种各样的多组分纤维就应运而生。它们有着单一材料的纤维所不能同时具备的性能,兼具多种纤维的优点,能够提供更好的性能。共混纤维能够同时具有两种共混组分的部分优异性能,合理的性能组合就能得到性能优良的共混纤维,制备工艺简单,同时能减少较贵的材料的用量,节约成本。
纤维素是一种常见的天然高分子材料,对于这种自然界中最丰富的可再生资源的研究与开发,特别是对它进行的改性研究,今年来引起了人们的广泛的关注。纤维素耐湿性较好,但纤维素的不耐高温,强度较低,韧性也较低,严重限制了纤维素的应用范围,而通过将纤维素改性或者与其他物料混合制备成共混纤维为常用的解决途径。目前常用的纤维素的改性方法包括:衍生化改性、接枝共聚改性及共混改性等方法,其中接枝共聚改性的效果比较好,但是接枝共聚改性对工艺条件的要求非常严格,现有纤维素及纤维素衍生物的接枝改性大多停留在实验室阶段,要进一步实现扩大化生产还有很大难度,而共混改性流程简单,容易实现工业化生产,尤其是与一些可降解的高分子例如脂肪族聚酯PLA、PCL等共混,可以得到完全可再生、可降解的高分子材料,对于减少环境污染、减小石油消耗等具有很深远的意义。
目前再生纤维素纤维根据其生产工艺一般分为两类:一类是传统的粘胶法生产工艺; 另一类是新近发展的NMMO溶剂法生产工艺。粘胶法生产流程长, 能源消耗大, 生产过程中会释放出大量有毒CS2和H2S 气体; 同时产生了大量的酸性和碱性废水、废液、废渣, 既损害人类的身体健康, 又给人类赖以生存的环境造成了巨大的污染。从目前的现状来看, 溶剂法纤维素纤维中真正实现工业化的只有NMMO法一种。就溶剂本身而言,NMMO的价格昂贵, 因此实际生产中要求NMMO回收率在9 9 .5 % 以上才有经济意义, 所以对回收技术要求严格, 设备投资巨大; 并且在使用过程中,NMMO还会受热部分降解导致一部分的损失。
国内外研究人员目前在纤维素的新溶剂体系的开发方面, 仍在进行着不断的探索, 以期开发出更好的产品来。离子液体的出现大大增加了这种可能性。离子液体是完全由离子组成的液体, 在室温和接近室温下呈液态的熔融盐体系, 是近年来兴起的一种极具应用前景的“绿色” 溶剂。新型离子液体不断涌现, 其应用领域也不断拓宽。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔韧性强、伸缩性好的共混纤维及其方法。本发明以离子液体为溶剂,经双螺杆挤出机共混后,挤出经喷丝头纺丝成型,制备得到性能良好可降解纤维,对于产业化生产意义重大。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现:
一种纤维素共混纤维,所述共混纤维包括如下按重量份的组分:天然纤维素60-80份,聚赖氨酸10-15份,聚丙烯腈3-7份,聚乙烯醇2-8份,壳聚糖0.5-3.5份。
优选包括如下按重量份的组分:天然纤维素70份,聚赖氨酸12份,聚丙烯腈5份,聚乙烯醇5份,壳聚糖2.5份。
本发明所述纤维素共混纤维的制备方法具体步骤如下:
(1) 分别配制聚丙烯腈溶液和聚乙烯醇溶液;
(2) 配制纤维素溶液,将壳聚糖和聚赖氨酸真空干燥后加入到纤维素溶液中得到纺丝原液;
(3) 将纺丝原液和步骤(1)中所配制的聚丙烯腈溶液和聚乙烯醇溶液混合后采用双螺杆挤出机挤出得到共混丝束;
(4) 将步骤(3) 得到的共混丝束经过水槽洗去离子液体、拉伸、烘干、交联、洗脱即得共混纤维。
所述步骤1)中的天然纤维素优选为聚合度为400-2500,a-纤维素含量在95%以上。所述壳聚糖的分子量为50000~250000。所述聚乙烯醇或聚丙烯腈为均聚物或多元共聚物,其分子量为30000-300000。所述聚赖氨酸的聚合度为25-30,其分子量为3600-4300 。
所述步骤2)中加入温度为40-90℃,所述干燥温度为50-60℃,所述步骤3)中溶液的混合温度为35-40℃。
经过测试,本发明所制得的共混纤维的柔韧性能和强度优异,其在纤度、干断裂强度、湿断裂强度、干断裂伸长率和湿断裂伸长率方面均显著参比实施例1或2所制得的共混纤维。特别是本发明实施例3所制备得到的共混纤维在上述指标测试中最为优异,为本发明的最佳实施例。
本发明所述的共混纤维及其制备工艺,与现有技术相比具备如下优势:
1)                本发明所制得的共混纤维的柔韧性能和强度优异,其在纤度、干断裂强度、湿断裂强度、干断裂伸长率和湿断裂伸长率方面均显著优于采用现有技术所制得的共混纤维。
2)                本发明共混纤维的原料明确,环境友好性高,且制备方法简单,适合纺织工业中大力推广使用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释说明,但具体的实施例并不对本发明作任何限定。除非特别说明,实施例中所涉及的试剂、方法均为本领域常用的试剂和方法。
 
实施例1 本发明共混纤维的制备
配制质量浓度为15% 的聚丙烯腈溶液和质量浓度为15%的聚乙烯醇溶液;配制质量浓度为5%的纤维素溶液,将壳聚糖和聚赖氨酸真空干燥(70℃、真空度为100Pa 的条件下真空干燥12 小时,干燥温度为45)后在50℃下加入到纤维素溶液中得到纺丝原液,将纺丝原液与聚丙烯腈溶液和聚乙烯醇溶液在75℃混合均匀,使得溶液中含有天然纤维素60份,聚赖氨酸10份,聚丙烯腈3份,聚乙烯醇2份,壳聚糖0.5份,将混合后的采用双螺杆挤出机挤出得到共混丝束;将共混丝束经过水槽洗去离子液体、拉伸、烘干、交联、洗脱即得共混纤维。
实施例2本发明共混纤维的制备
配制质量浓度为15% 的聚丙烯腈溶液和质量浓度为15%的聚乙烯醇溶液;配制质量浓度为5%的纤维素溶液,将壳聚糖和聚赖氨酸真空干燥(70℃、真空度为100Pa 的条件下真空干燥12 小时,干燥温度为45)后在50℃下加入到纤维素溶液中得到纺丝原液,将纺丝原液与聚丙烯腈溶液和聚乙烯醇溶液在50℃混合均匀,使得溶液中含有天然纤维素80份,聚赖氨酸15份,聚丙烯腈7份,聚乙烯醇8份,壳聚糖3.5份,将混合后的采用双螺杆挤出机挤出得到共混丝束;将共混丝束经过水槽洗去离子液体、拉伸、烘干、交联、洗脱即得共混纤维。
 
实施例3本发明共混纤维的制备
配制质量浓度为15% 的聚丙烯腈溶液和质量浓度为15%的聚乙烯醇溶液;配制质量浓度为5%的纤维素溶液,将壳聚糖和聚赖氨酸真空干燥(70℃、真空度为100Pa 的条件下真空干燥12 小时,干燥温度为45)后在50℃下加入到纤维素溶液中得到纺丝原液,将纺丝原液与聚丙烯腈溶液和聚乙烯醇溶液在50℃混合均匀,使得溶液中含有天然纤维素70份,聚赖氨酸12份,聚丙烯腈5份,聚乙烯醇5份,壳聚糖2.5份,将混合后的采用双螺杆挤出机挤出得到共混丝束;将共混丝束经过水槽洗去离子液体、拉伸、烘干、交联、洗脱即得共混纤维。
 
实施例 4本发明共混纤维的制备
配制质量浓度为15% 的聚丙烯腈溶液和质量浓度为15%的聚乙烯醇溶液;配制质量浓度为5%的纤维素溶液,将壳聚糖和聚赖氨酸真空干燥(70℃、真空度为100Pa 的条件下真空干燥12 小时,干燥温度为45)后在50℃下加入到纤维素溶液中得到纺丝原液,将纺丝原液与聚丙烯腈溶液和聚乙烯醇溶液在50℃混合均匀,使得溶液中含有天然纤维素60份,聚赖氨酸12份,聚丙烯腈6份,聚乙烯醇5份,壳聚糖0.5份,将混合后的采用双螺杆挤出机挤出得到共混丝束;将共混丝束经过水槽洗去离子液体、拉伸、烘干、交联、洗脱即得共混纤维。
 
实施例5本发明共混纤维的制备
配制质量浓度为15% 的聚丙烯腈溶液和质量浓度为15%的聚乙烯醇溶液;配制质量浓度为5%的纤维素溶液,将壳聚糖和聚赖氨酸真空干燥(70℃、真空度为100Pa 的条件下真空干燥12 小时,干燥温度为45)后在50℃下加入到纤维素溶液中得到纺丝原液,将纺丝原液与聚丙烯腈溶液和聚乙烯醇溶液在50℃混合均匀,使得溶液中含有天然纤维素70份,聚赖氨酸12份,聚丙烯腈7份,聚乙烯醇6份,壳聚糖2.5份,将混合后的采用双螺杆挤出机挤出得到共混丝束;将共混丝束经过水槽洗去离子液体、拉伸、烘干、交联、洗脱即得共混纤维。
 
实施例 6本发明共混纤维的制备
配制质量浓度为15% 的聚丙烯腈溶液和质量浓度为15%的聚乙烯醇溶液;配制质量浓度为5%的纤维素溶液,将壳聚糖和聚赖氨酸真空干燥(70℃、真空度为100Pa 的条件下真空干燥12 小时,干燥温度为45)后在50℃下加入到纤维素溶液中得到纺丝原液,将纺丝原液与聚丙烯腈溶液和聚乙烯醇溶液在50℃混合均匀,使得溶液中含有天然纤维素80份,聚赖氨酸10份,聚丙烯腈6份,聚乙烯醇4份,壳聚糖2份,将混合后的采用双螺杆挤出机挤出得到共混丝束;将共混丝束经过水槽洗去离子液体、拉伸、烘干、交联、洗脱即得共混纤维。
 
参比实施例1  CN 103276473 A实施例2所制备得到的共混纤维
其制备方法为:
(1) 将可降解高分子PLA( 美国NatureWorks,4032D) 在70℃、真空度为110Pa 的条件下真空干燥12 小时,将400g 真空干燥后的可降解高分子PLA、40g 活性小分子AA( 国药集团,80001428) 以及0.4g 引发剂BPO( 国药集团,80016028) 共混后采用同向双螺杆挤出机反应挤出,螺杆各段温度为80℃、90℃、100℃、110℃、120℃和120℃,螺杆转速为200rpm,双螺杆挤出机的螺杆长径比为1∶50,将未反应的AA 用乙醇萃取除去后得到PLA-g-AA。
(2) 将聚合度为500 的棉纤维素( 江苏龙马,M500) 和PLA-g-AA 在70℃、真空度为100Pa 的条件下真空干燥12 小时,将400g 真空干燥后的棉纤维素、300g 真空干燥后的PLA-g-AA,1000g[BMIM]Cl( 上海成捷,LM1039) 共混均匀后采用同向双螺杆挤出机挤出、脱泡、过滤后,由纺丝组件的喷丝板纺出,双螺杆挤出机的螺杆长径比为1∶38,螺杆各段温度为120℃、130℃、140℃、150℃、160℃和170℃,螺杆转速为250rpm,双螺杆挤出机的机头压力为5MPa,真空泵压力为0.8MPa,纺丝温度为170℃,将所得的纤维经过水槽水洗除去离子液体,然后通过纺丝组件进行拉伸、卷绕,所述的卷绕通过纺丝组件中的卷绕机完成,所述的卷绕机卷绕速度为1000m/min,得到纤维素/PLA-g-AA 共混纤维,其纤度为3.73dtex,干断裂强度为2.51cN/dtex,湿断裂强度为1.34cN/dtex,干断裂伸长率为26.9%,湿断裂伸长率为49.3%。
 
参比实施例2   CN 103469362 A中实施例1所制备得到的多孔多胺基纤维
其制备方法为:
配制分子量为70000、质量浓度为10% 的超支化聚乙烯亚胺水溶液,再用醋酸调节蒸馏水pH 值至5,溶解分子量为250000 的壳聚糖,使其质量浓度达1%,在双组份湿纺装置中,将上述两种溶液分别注入纺丝细管,并在一内径0.5mm,长度为20cm 的透明成丝细管中汇聚混合及挤出,管内很快出现白色多孔、呈相互纠缠的聚乙烯亚胺和壳聚糖共混丝束,该纤维束被拉伸、干燥,再进入含质量浓度1% 的戊二醛的水溶液中,室温下交联,再将纤维倒入纯净水中缓慢搅拌洗脱,除去多余的戊二醛交联剂,烘干即得多孔多胺基纤维。
分别测定本发明实施例1-6以及参比实施例1和2的纤度(dtex)、干断裂强度(cN/ dtex)、   湿断裂强度(cN/ dtex)、干断裂伸长率(%)和湿断裂伸长率(%),测定结果如表1所示。
    表1 本发明共混纤维的伸长率及强度测试
Figure 880841DEST_PATH_IMAGE001
与参比实施例1 相比,*P<0.05,**P<0.01;
与参比实施例2相比,#P<0.05,##P<0.01;
由表1可以看出,本发明所制得的共混纤维的柔韧性能和强度有益,其在纤度、干断裂强度、湿断裂强度、干断裂伸长率和湿断裂伸长率方面均显著参比实施例1或2所制得的共混纤维。特别是本发明实施例3所制备得到的共混纤维在上述指标测试中最为优异,为本发明的最佳实施例。
 
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案;因此,尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明,但是,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换;而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种纤维素共混纤维,其特征在于,所述共混纤维包括如下按重量份的组分:天然纤维素60-80份,聚赖氨酸10-15份,聚丙烯腈3-7份,聚乙烯醇2-8份,壳聚糖0.5-3.5份。
2.如权利要求1所述的纤维素共混纤维,其特征在于,所述共混纤维包括如下按重量份的组分:天然纤维素70份,聚赖氨酸12份,聚丙烯腈5份,聚乙烯醇5份,壳聚糖2.5份。
3.权利要求1或2所述的纤维素共混纤维的制备方法,其特征在于,其包括如下步骤:
(1) 分别配制聚丙烯腈溶液和聚乙烯醇溶液;
(2) 配制纤维素溶液,将壳聚糖和聚赖氨酸真空干燥后加入到纤维素溶液中得到纺丝原液;
(3) 将纺丝原液和步骤(1)中所配制的聚丙烯腈溶液和聚乙烯醇溶液混合后采用双螺杆挤出机共混,经过喷丝头纺丝成型,得到共混丝束;
(4) 将步骤(3) 得到的共混丝束经过水槽洗去离子液体、塑化拉伸、切断烘干、交联、洗脱即得共混纤维。
4.如权利要求3所述的纤维素共混纤维的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中的天然纤维素的聚合度为400-2500,a-纤维素含量在95%以上。
5.如权利要求3所述的纤维素共混纤维的制备方法,其特征在于,所述壳聚糖的分子量为50000~250000。
6.如权利要求3所述的纤维素共混纤维的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中加入温度为40-90℃,所述干燥温度为50-60℃。
7.如权利要求3所述的纤维素共混纤维的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中溶液的混合温度为35-40℃。
8.如权利要求3所述的纤维素共混纤维的制备方法,其特征在于,所述聚乙烯醇或聚丙烯腈为均聚物或多元共聚物,其分子量为30000-300000。
9.如权利要求3所述的纤维素共混纤维的制备方法,其特征在于,所述聚赖氨酸的聚合度为25-30,其分子量为3600-4300 。
10.根据权利要求3所述的纤维素共混纤维的制备方法,其特征在于,所述共混纤维是共混短纤维或长丝,纤维强度是1~5cN/dtex。
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Address after: 223600, Jiangsu Shuyang Economic Development Zone, Ningbo Road, north side of the new 205 National Road on the east side of Suqian

Patentee after: AOSI ECOLOGICAL (CHINA) CO.,LTD.

Address before: 362000 Hongyuan Textile Technology (Quanzhou) Co., Ltd., Hongyuan Road, Fujian Quanzhou economic and Technological Development Zone

Patentee before: HONGYUAN TEXTILE TECHNOLOGY (QUANZHOU) Co.,Ltd.

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Denomination of invention: Cellulose blended fibers and preparation method thereof

Effective date of registration: 20170302

Granted publication date: 20141029

Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Quanzhou branch

Pledgor: AOSI ECOLOGICAL (CHINA) CO.,LTD.

Registration number: 2017990000147

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Date of cancellation: 20171128

Granted publication date: 20141029

Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Quanzhou branch

Pledgor: AOSI ECOLOGICAL (CHINA) CO.,LTD.

Registration number: 2017990000147

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Denomination of invention: Cellulose blended fibers and preparation method thereof

Effective date of registration: 20171220

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Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Quanzhou branch

Pledgor: AOSI ECOLOGICAL (CHINA) CO.,LTD.

Registration number: 2017990001194

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Date of cancellation: 20190107

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Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Quanzhou branch

Pledgor: AOSI ECOLOGICAL (CHINA) CO.,LTD.

Registration number: 2017990001194

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Denomination of invention: Cellulose blended fibers and preparation method thereof

Effective date of registration: 20190107

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Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Quanzhou branch

Pledgor: AOSI ECOLOGICAL (CHINA) CO.,LTD.

Registration number: 2019990000010

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Granted publication date: 20141029

Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Quanzhou branch

Pledgor: AOSI ECOLOGICAL (CHINA) CO.,LTD.

Registration number: 2019990000010

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Denomination of invention: Cellulose blended fibers and preparation method thereof

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Pledgee: Bank of China Limited Quanzhou Qingmeng sub branch

Pledgor: AOSI ECOLOGICAL (CHINA) CO.,LTD.

Registration number: Y2020980000281

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Granted publication date: 20141029

Pledgee: Bank of China Limited Quanzhou Qingmeng sub branch

Pledgor: AOSI ECOLOGICAL (CHINA) Co.,Ltd.

Registration number: Y2020980000281

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Denomination of invention: A cellulose blend fiber and its preparation method

Effective date of registration: 20210114

Granted publication date: 20141029

Pledgee: Bank of China Limited Quanzhou Qingmeng sub branch

Pledgor: AOSI ECOLOGICAL (CHINA) Co.,Ltd.

Registration number: Y2021990000049

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Date of cancellation: 20220127

Granted publication date: 20141029

Pledgee: Bank of China Limited Quanzhou Qingmeng sub branch

Pledgor: AOSI ECOLOGICAL (CHINA) CO.,LTD.

Registration number: Y2021990000049

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Denomination of invention: Cellulose blend fiber and preparation method thereof

Effective date of registration: 20220128

Granted publication date: 20141029

Pledgee: Bank of China Limited Fengze sub branch

Pledgor: AOSI ECOLOGICAL (CHINA) CO.,LTD.

Registration number: Y2022110000024

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