CN104451930A - 一种晶须增强再生纤维素纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶须增强再生纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：（1）制备粘胶纺丝液、配制纳米纤维素晶须分散体系；（2）将所配制的纳米纤维素晶须分散体系与粘胶纺丝液共混的同时，加入交联剂反应后，进行湿法纺丝。由此可知：纳米纤维素晶须的加入使得整个混合体系形成一个复合材料的结构，该结构结合了纳米纤维素晶须、粘胶纺丝液中粘胶纤维这两种组分的优点，即粘胶的流动性能和纳米纤维素晶须材料的高强度，得到性能更加优异的复合纤维。

Description

一种晶须增强再生纤维素纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种晶须增强再生纤维素纤维及其制备方法，属于纺织工业用原材料及其制造领域。

背景技术

粘胶纤维是以天然纤维素为原料，经过一系列的物理化学反应制备得到纤维素黄原酸酯溶液，后经过湿法纺丝得到的再生纤维素纤维。粘胶纤维具有许多优异的特点，如吸湿性好，亲肤透气，易染色，手感好等。但是也存在着尺寸稳定性差，弹性差，易起皱，强力低的缺点，尤其是湿强较差，极大的影响了粘胶纤维的使用性能。

纳米纤维素是指纳米纤维素晶须(NCW)长度为10-1000 nm，横截面尺寸只有5-20nm，长度与横截面尺寸之比(长径比)为1-100。钠米纤维素晶须结晶性高、亲水性强、强度大，具有特殊的光学性质、流变性能和机械性能，有着广泛的用途；特别是其具有生物相容性和生物可降解性，可用于制备环保型的纳米复合材料，因此对纳米纤维素晶须的研究是当前的一个热点。

利用纳米纤维素晶须作为添加剂与粘胶纺丝液共混纺丝，得到类似复合材料的再生纤维素纤维，以改善粘胶纤维的强力是一种非常有效的途径，国内的许多学者对此也做了大量的研究。中国专利CN10175671A公开了一种高强度粘胶纤维的制备方法，其特征在于将细菌纤维素与粘胶纺丝溶液共混后经纺丝制得粘胶纤维。该法采取直接将细菌纤维素与粘胶纺丝液共混，粘胶液与细菌纤维素之间无直接作用，达不到提高强力的目的。中国专利CN103255488A公开了一种高强度粘胶纤维的制备方法，其特征在于将无机纳米纤维素晶须和纤维素晶须与粘胶纺丝液共混，经湿法纺丝后制得粘胶纤维。该发明采用的是无机纳米纤维素晶须，其与纤维素之间也没有任何作用力结合，且相容性较差，不能有效达到强力增强的目的；同时纳米纤维素晶须与纺丝液之间仅通过氢键的微弱作用力结合，也达不到理想的效果。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种晶须增强再生纤维素纤维的制备方法，其通过在制备过程中添加纳米纤维素晶须，以改善粘胶纤维的机械性能，提高再生纤维素纤维的结构稳定性。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种晶须增强再生纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：（1）制备粘胶纺丝液、配制纳米纤维素晶须分散体系；（2）将所配制的纳米纤维素晶须分散体系与粘胶纺丝液共混的同时，加入交联剂，加入交联剂反应后，进行湿法纺丝。

所述纳米纤维素晶须分散体系的配制方法为：在反应釜内，先采用蒸馏水调制纳米纤维素晶须，然后加入分散剂，充分搅拌后获得纳米纤维素晶须乳状液；最后经过滤得到均匀的纳米纤维素晶须分散乳液，该纳米纤维素晶须分散乳液即为所述的纳米纤维素晶须分散体系。

所述的纳米纤维素晶须为细菌纤维素或植物纤维素晶须中的一种。

所述的纳米纤维素晶须的规格为直径小于100nm，长度500nm左右，长径比大于50。

所述的纳米纤维素晶须的质量分数占纳米纤维素晶须分散体系的10%-15%。

所述的分散剂为六偏磷酸钠、硬脂酸甘油酯、硬脂酸盐其中的一种。

所述的分散剂的用量为纳米纤维素晶须含量的3%-5%。

所述的纳米纤维素晶须的添加量为粘胶纺丝液中甲纤含量的5%-15%。

所述的交联剂为戊二醛或乙二醛中的一种，其用量为粘胶纺丝液中甲纤含量的3%-5%。

步骤（2）中加入交联剂后的反应时在常温下进行的，反应时长为1h-2 h。

根据以上的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的优点：

1、本发明的优势在于采用纳米纤维素晶须作为增强基来改善粘胶纤维的机械性能，其优点在于纳米纤维素晶须其基本结构与再生纤维素纤维相同，二者之间相容性良好，同时对比无机纳米纤维素晶须而言，纳米纤维素晶须还可以与再生纤维素之间发生氢键作用结合，提高了复合材料的结构稳定性。

2、本发明还采用加入交联剂的方法使得纳米纤维素晶须与再生纤维素之间发生共价键结合，可以进一步增加复合材料的结构稳定性，从而保证制备得到的纤维在遇水浸泡时结构更加稳定，以达到大幅度提高纤维湿强的目的。

3、本发明所述的交联剂采用醛基交联剂，醛基交联剂的加入是两种复合体系即基体和增强体分子中的羟基发生交联反应，使二者之间形成共价键结合，从而得到的复合体系的结构更加稳定。

4、本发明所述的纳米纤维素晶须添加量根据试验得到了较佳的范围，原因在于剂量太少达不到理想的增强效果，剂量太大则会影响纺丝液的可纺性能。

具体实施方式

以下将结合实施例详细地说明本发明所涉及的技术方案。

实施例1：高强度再生纤维素纤维的制备方法一

粘胶纺丝液的制备：

原料为聚合度为500-600的棉浆粕，其甲纤含量大于90%，且按照以下工艺路线制胶（粘胶纺丝液的制备工艺）：棉浆粕、浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、连续溶解、过滤、脱泡；

按照上述工艺制造而成的粘胶纺丝液甲纤含量为8.9%，NaOH质量分数为6.0，粘度为（落球法）59s，熟程度为（10%NH₄Cl）8.8ml。

落球法：2mm钢球从所述粘胶溶液中下落20cm所需的时间。

纳米纤维素晶须分散体系的制备：

在反应釜内，用蒸馏水配制质量分数为10%的纳米纤维素晶须分散体系，加入占纳米纤维素晶须质量3%的三硬脂酸甘油酯分散剂，充分搅拌即可获得较为均匀的纳米纤维素晶须乳状液。采用板框滤机经双层细布过滤，压力在0.2Mpa以下，得到均匀的纳米纤维素晶须分散乳液；其中，所用的纳米纤维素晶须为细菌纤维素晶须。

粘胶溶液与纳米纤维素晶须分散乳液的混合：采用比例泵定量地将纳米纤维素晶须乳状液加入上述待用的粘胶纺丝液中，并混合均匀。纳米纤维素晶须乳状液采用注射泵以6升/min的速度注射到动态混合器中，同时向混合器中加入占甲纤质量3%的戊二醛，使其与粘胶溶液混合均匀，粘胶溶液的流量为50升/min，常温下静置1 h。其中，纳米纤维素晶须的质量为甲纤重量的10%。其中：纳米纤维素晶须的加入使得整个混合体系形成一个复合材料的结构，该结构结合了纳米纤维素晶须、粘胶纺丝液中粘胶纤维这两种组分的优点，即粘胶的流动性能和纳米纤维素晶须材料的高强度，得到性能更加优异的复合纤维。

湿法纺丝：将纳米纤维素晶须乳状液与粘胶的混合溶液送入湿法纺丝工序进行纺丝。喷丝头规格为21000孔×0.06mm，纺丝速度为55m/min，凝固浴温度为52℃，塑化浴温度为95℃。凝固浴组成为：硫酸115g/L，硫酸钠325 g/L，硫酸锌11.5 g/L。

经过上述步骤制备的纤维的主要指标如下：纤度1.69dtex；干强2.91cN/ dtex；湿强2.59cN/ dtex；干伸17.9%。

 实施例2：高强度再生纤维素纤维的制备方法二

原料为聚合度为500-600的棉浆粕，其甲纤含量大于90%，且按照以下工艺路线制胶：棉浆粕、浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、连续溶解、过滤、脱泡；       

按照上述工艺制造而成粘胶纺丝液甲纤含量为9.0%，NaOH质量分数为5.8%，粘度为56s ，熟程度为（10%NH₄Cl）8.3ml。

纳米纤维素晶须分散体系的制备：

在反应釜内，用蒸馏水配制质量分数为12%的纳米纤维素晶须分散体系，加入占纳米纤维素晶须质量5%的三硬脂酸甘油酯或者六偏磷酸钠分散剂，充分搅拌即可获得较为均匀的纳米纤维素晶须乳状液。采用板框滤机经双层细布过滤，压力在0.2Mpa以下，即可得到均匀的纳米纤维素晶须分散乳液；其中，所用的纳米纤维素晶须为植物纤维素晶须。

粘胶溶液与纳米纤维素晶须分散乳液的混合：采用比例泵定量地将纳米纤维素晶须乳状液加入上述待用的粘胶溶液中，并混合均匀。纳米纤维素晶须乳状液采用注射泵以6升/min的速度注射到动态混合器中，同时向混合器中加入占甲纤质量4%的乙二醛，使其与粘胶溶液混合均匀，粘胶溶液的流量为50升/min，常温下静置1.5 h。其中，纳米纤维素晶须的质量为甲纤重量的12%。

湿法纺丝：将纳米纤维素晶须乳状液与粘胶的混合溶液送入湿法纺丝工序进行纺丝。喷丝头规格为21000孔×0.06mm，纺丝速度为55m/min，凝固浴温度为52℃，塑化浴温度为95℃。凝固浴组成为：硫酸115g/L，硫酸钠325 g/L，硫酸锌11.5 g/L。

经过上述步骤制备的纤维的主要指标如下：纤度1.69dtex；干强3.05cN/ dtex；湿强2.78cN/ dtex；干伸18.6%。 

 实施例3：高强度再生纤维素纤维的制备方法三

原料为聚合度为500-600的棉浆粕，其甲纤含量大于90%，且按照以下工艺路线制胶：棉浆粕、浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、连续溶解、过滤、脱泡；

按照上述工艺制造而成粘胶纺丝液甲纤含量为8.7%，NaOH质量分数为6.1%，粘度为 63s，熟程度为（10%NH₄Cl）8.5ml。

纳米纤维素晶须分散体系的制备：

在反应釜内，用蒸馏水配制质量分数为15%的纳米纤维素晶须分散体系，加入占纳米纤维素晶须质量4%的三硬脂酸甘油酯或者硬脂酸盐分散剂，充分搅拌即可获得较为均匀的纳米纤维素晶须乳状液。采用板框滤机经双层细布过滤，压力在0.2Mpa以下，即可得到均匀的纳米纤维素晶须分散乳液；其中，所用的纳米纤维素晶须为细菌纤维素晶须。

粘胶溶液与纳米纤维素晶须分散乳液的混合：采用比例泵定量地将纳米纤维素晶须乳状液加入上述待用的粘胶溶液中，并混合均匀。纳米纤维素晶须乳状液采用注射泵以6升/min的速度注射到动态混合器中，同时向混合器中加入占甲纤质量5%的乙二醛，使其与粘胶溶液混合均匀，粘胶溶液的流量为50升/min，常温下静置2h。其中，纳米纤维素晶须的质量为甲纤重量的 15%。

湿法纺丝：将纳米纤维素晶须乳状液与粘胶的混合溶液送入湿法纺丝工序进行纺丝。喷丝头规格为21000孔×0.06mm，纺丝速度为55m/min，凝固浴温度为52℃，塑化浴温度为95℃。凝固浴组成为：硫酸115g/L，硫酸钠325 g/L，硫酸锌11.5 g/L。

经过上述步骤制备的纤维的主要指标如下：纤度1.69dtex；干强3.26cN/ dtex；湿强2.86cN/ dtex；干伸17.5%。

 另外，本发明中所述的甲纤是指：甲种纤维素又称α-纤维素。纤维素原料在20℃浸于17.5％-18％的氢氧化钠溶液中经过45分钟后不溶解的部分。

本发明不限于上述实施方式，只要在不超出本发明的范围内，可以采取各种方式实施本发明。

Claims (10)

1.一种晶须增强再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备粘胶纺丝液、配制纳米纤维素晶须分散体系；（2）将所配制的纳米纤维素晶须分散体系与粘胶纺丝液共混的同时，加入交联剂反应后，进行湿法纺丝。

2.根据权利要求1所述晶须增强再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维素晶须分散体系的配制方法为：在反应釜内，先采用蒸馏水调制纳米纤维素晶须，然后加入分散剂，充分搅拌后获得纳米纤维素晶须乳状液；最后经过滤得到均匀的纳米纤维素晶须分散乳液，该纳米纤维素晶须分散乳液即为所述的纳米纤维素晶须分散体系。

3.根据权利要求2所述晶须增强再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述的纳米纤维素晶须为细菌纤维素或植物纤维素晶须中的一种。

4.根据权利要求2或3所述晶须增强再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述的纳米纤维素晶须的规格为直径小于100nm，长度500nm，长径比大于50。

5.根据权利要求4所述晶须增强再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述的纳米纤维素晶须的质量分数占纳米纤维素晶须分散体系的10%-15%。

6.根据权利要求4所述晶须增强再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述的分散剂为六偏磷酸钠、硬脂酸甘油酯、硬脂酸盐其中的一种。

7.根据权利要求4所述晶须增强再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述的分散剂的用量为纳米纤维素晶须含量的3%-5%。

8.根据权利要求4所述晶须增强再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述的纳米纤维素晶须的添加量为粘胶纺丝液中甲纤含量的5%-15%。

9.根据权利要求4所述晶须增强再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述的交联剂为戊二醛或乙二醛中的一种，其用量为粘胶纺丝液中甲纤含量的3%-5%。

10.根据权利要求1所述晶须增强再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，步骤（2）中加入交联剂后的反应时在常温下进行的，反应时长为1h-2 h。