CN104877145B - 一种天然有机晶须分散液的制备方法及利用该方法制备的分散液的应用 - Google Patents
一种天然有机晶须分散液的制备方法及利用该方法制备的分散液的应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种天然有机晶须分散液的制备方法，步骤如下：将乙二醇或乙醇或乙二醇和乙醇配制成的混合液，按照与蒸馏水的体积比为1：1比例混合，制成分散介质，向分散介质中添加分散剂和天然有机晶须材料，并通过高速搅拌或者超声分散，制备微米或纳米尺度的天然有机晶须分散液。本发明具有使其在纤维素纤维纺丝原液中能够分散均匀并且可以稳定存在，然后通过湿法纺丝工艺制备晶须增强的纤维素纤维，该纤维具有强度高，湿模量大的优点。
Description
技术领域
本发明涉及纺织技术领域，尤其涉及一种天然有机晶须分散液的制备方法及利用该方法制备的分散液的应用。
技术背景
纤维素类纤维主要是粘胶纤维，由于吸湿性好，穿着舒适，可纺性优良，应用广泛，常与棉、毛或各种合成纤维混纺、交织、用于各类服装及装饰用纺织品。但普通纤维素纤维也存在一些严重的缺点，主要是湿态时被水溶胀，强度明显下降，织物洗涤搓揉时易于变形（湿模量低），尺寸稳定性差，在小负荷下容易变形，耐磨性较差，影响织物的服用性能。
晶须具有优良的力学性质，机械强度高，耐高温性能好，具有较大的长径比，无疲劳效应，平滑性和化学稳定性优良，晶须改性的复合材料具有纤维增强能力、优异的耐磨损及滑动性能。同时有些晶须还具有特殊的物理性能，使得晶须复合材料成为复合材料研究的重要领域。
天然有机晶须材料是以天然纤维素、动物毛发或甲壳素为原料，经微晶化过程得到具有微米或纳米尺度且性能优异的极限聚合度固体产物。微米或纳米尺度的天然有机晶须不但具有普通天然晶须材料的基本结构和性能，还具备微米或纳米颗粒的特性，如巨大的比表面积、较高的杨氏模量、超强的吸附能力和灵敏的反应活性，性质与普通纤维素存在较大差异。微米或纳米尺度的天然有机晶须具有更多的反应基团，化学反应活性大，可应用于亲水性聚合物材料的增强。利用该天然晶须仅可以提高与聚合物基体的相容性，避免出现相分离的现象，而且提供结晶的晶核，提高纤维的结晶度，从而提高纤维的强度等，是一种优异的绿色增强材料。
中国专利ZL03141880.5公开了一种晶须材料改性处理纺丝化学纤维的制备方法，所用方法是在化学纤维纺程上添加氧化锌晶须的方法进行，即在凝固浴槽、预热浴槽。热拉伸槽中，或在纤维干燥致密化之前任一位置添加，制成抗静电、抗菌、防紫外线的化学纤维。该方法不能保证纤维中氧化锌晶须材料的含量，不仅不能起到增强效果，而且功能性和持久性很差。
中国专利CN103240008A公开了一种晶须加强聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备工艺，该方法直接将晶须材料与聚偏氟乙烯溶于溶剂中制成铸膜液后成膜，其中的晶须材料分散性差，容易团聚，影响增强效果。
中国专利授权公告号CN101525781B公开了一种角蛋白晶须改性的复合纤维及其制备方法，其特征在于所述的角蛋白晶须改性的复合纤维由高分子材料和分散在高分子材料中的从天然角蛋白纤维中提取的角蛋白晶须组成，该高分子材料为聚乙烯醇和聚丙烯腈，其成型条件与粘胶相差很大，且角蛋白晶须的制备过程较为复杂。
中国专利CN101775671A公开了一种高强度粘胶纤维及其生产方法，其特征在于该粘胶纤维是由细菌纤维素与粘胶纺丝溶液混合并制成。该方法操作过程繁琐、需先将片状细菌纤维素制成粉体，然后直接将该粉体加入到粘胶纤维纺丝液中，工艺耗时长，且细菌纤维素粉体颗粒与粘胶纤维纺丝液混合不均匀，且容易溶胀，造成纺丝困难。
中国专利CN103255488A公开了一种高强度粘胶纤维的制备方法，其特征在于用无机纳米晶须或者有机纳米晶须通过湿法纺丝制备高强度的粘胶纤维长丝或短纤。但该方法在制备过程中纳米晶须材料易团聚，在粘胶原液中的分散性差，相容性差，影响后续纺丝效果和纤维性能。
鉴于该研究现状，如何提高微米或纳米尺度的天然有机晶须材料在纤维素纤维纺丝原液中的相容性、分散均匀性和稳定性，提高纤维素纤维的可纺性，制备出符合要求的高强力纤维素纤维，是纤维素纤维行业发展的重要方向。
发明内容
本发明要解决的问题是针对以上技术不足和研究现状，提供一种天然有机晶须分散液的制备方法及利用该方法制备的分散液的应用，本发明以纤维素浆粕和天然有机晶须材料为原料，通过对微米或纳米尺度的天然有机晶须材料进行改性处理，使其在纤维素纤维纺丝原液中能够分散均匀并且可以稳定存在，然后通过湿法纺丝工艺制备晶须增强的纤维素纤维，该纤维具有强度高，湿模量大的特点。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种天然有机晶须分散液的制备方法，步骤如下：
a. 将乙二醇或乙醇或乙二醇和乙醇配制成的混合液，按照与蒸馏水的体积比为1：1比例混合，制成分散介质；
b. 向分散介质中添加分散剂和天然有机晶须材料，并通过高速搅拌或者超声分散，制备微米或纳米尺度的天然有机晶须分散液。
作为优选，分散剂包括质量分数为1~5%的表面活性剂和质量分数为1~5%的纤维素。
作为优选，纤维素为羟甲基纤维素或羟乙基纤维素。
作为优选，所述的表面活性剂包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂以及非离子表面活性剂。
作为优选，所述阳离子表面活性剂为：烷基三甲基溴化铵、烷基氯化吡啶，所述阴离子表面活性剂为：烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠，所述非离子表面活性剂为：烷基酚聚氧乙烯醚。
作为优选，天然有机晶须材料包括以天然纤维素、动物毛发或甲壳素为原料，经微晶化过程得到的具有微米或纳米尺度且性能优异的极限聚合度固体产物，即微米或纳米尺度的天然有机晶须材料。
作为优选，所述微米或纳米尺度的天然有机晶须分散液中微米或纳米尺度的天然有机晶须的质量分数为10~40%。
一种天然有机晶须分散液的应用，其特征是：用于有机晶须增强纤维素纤维的制备，包括以下步骤：
（1）将纤维素浆粕经过浸渍、压榨、粉碎、磺化和溶解，得到粘胶原液；
（2）将天然有机晶须材料分散体系添加到粘胶原液中调匀，得到纺丝原液；
（3）将纺丝原液经过过滤、脱泡和纺丝，得到天然有机晶须增强纤维素纤维。
作为优选，步骤（2）中所述天然有机晶须材料与粘胶原液的质量比为60~95：40~5，所述步骤（3）中纺丝工艺包括凝固浴、牵伸、脱硫、漂白和上油工序。
有机晶须增强纤维素纤维的干断裂强度为3.12~3.33cN/dtex、湿断裂强度为1.72~1.95cN/dtex、湿模量为0.41~0.61cN/dtex。
在生产过程中，可以根据生产的需要和对产品的要求，对粘胶原液制备工艺、纺丝工艺和后处理工艺进行适当的调整。
本发明采用上述技术方案的有益效果：该纤维不仅具有纤维素纤维的一系列优点，制备的微米或纳米尺度的天然晶须主要以水分散体系的形式存在，可以提高与聚合物基体的相容性，避免出现相分离的现象，而且也提供结晶的晶核，提高纤维的结晶度，纤维的湿强度、模量较普通纤维素纤维有显著提高，制备出以纤维素纤维干断裂强度≥3.0cN/dtex，湿断裂强度≥1.7cN/dtex，湿模量≥0.4cN/dtex，具有较好的机械性能，纺织加工性好。
本发明所述的制备方法，工艺简单，操作控制方便，在现有纤维素纤维生产工艺及设备的基础上就可完成，易于实现产业化生产，制得的复合纤维的强度和模量较普通纤维素纤维有较大提高，为再生纤维素类纤维的功能性开发提供新的思路和方法，具有较好的发展前景。
具体实施方式
实施例1：
一种天然有机晶须增强纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）以纤维素浆粕为原料，采用普通粘胶纤维生产制胶过程，将纤维素浆粕经过浸渍、压榨、粉碎、磺化和溶解，得到粘胶原液；
（2）将改性的微米尺度的天然纤维素晶须分散体系与粘胶原液按照40：60的质量比混合调匀，得到纺丝原液；
其中天然纤维素晶须分散体系的制备方法：
a. 将蒸馏水和乙二醇按照体积比为1：1比例混合，制成分散介质；
b. 向分散介质中添加分散剂和天然有机晶须，分散剂包括质量分数为1%的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵和质量分数为1%的羟甲基纤维素，并通过高速搅拌，制备微米尺度的天然纤维素晶须的质量分数为10%分散液；
（3）将纺丝原液经过过滤、脱泡和纺丝，其中纺丝包括凝固浴、牵伸、脱硫、漂白和上油，得到天然纤维素晶须增强纤维素纤维。
实施例1采用本发明所述的天然纤维素晶须增强纤维素纤维的制备方法制备的制得的纤维素纤维经过检测，得到的检测结果如下：
干断裂强度：3.14cN/dtex；
湿断裂强度：1.72cN/dtex；
湿模量：0.41cN/dtex。
实施例2：
一种天然有机晶须增强纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）以纤维素浆粕为原料，采用普通粘胶纤维生产制胶过程，将纤维素浆粕经过浸渍、压榨、粉碎、磺化和溶解，得到粘胶原液；
（2）将改性纳米尺度的天然纤维素晶须材料分散体系与粘胶原液按照5：95的质量比混合调匀，得到纺丝原液；
其中天然纤维素晶须材料分散体系的制备方法：
a. 将蒸馏水和乙醇按照体积比为1：1比例混合，制成分散介质；
b. 向分散介质中添加分散剂和天然有机晶须，分散剂包括质量分数为4.7%非离子表面活性剂OP和质量分数为4.9%的羟甲基纤维素，并通过高速搅拌，制备纳米尺度的天然纤维素晶须的质量分数为40%分散液；
（3）将纺丝原液经过过滤、脱泡和纺丝，其中纺丝包括凝固浴、牵伸、脱硫、漂白和上油，得到天然纤维素晶须增强纤维素纤维。
实施例2采用本发明所述的天然纤维素晶须增强纤维素纤维的制备方法制备的制得的纤维素纤维经过检测，得到的检测结果如下：
干断裂强度：3.25cN/dtex；
湿断裂强度：1.80cN/dtex；
湿模量：0.43cN/dtex。
实施例3：
一种天然有机晶须增强纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）以纤维素浆粕为原料，采用普通粘胶纤维生产制胶过程，将纤维素浆粕经过浸渍、压榨、粉碎、磺化和溶解，得到粘胶原液；
（2）将改性微米尺度的天然动物毛发制备的蛋白质晶须材料分散体系与粘胶原液按照15：85的质量比混合调匀，得到纺丝原液；
其中天然蛋白质晶须材料分散体系的制备方法：
a. 将乙二醇与乙醇的体积按照80：20的比例混合，然后将混合液与蒸馏水按照体积比为1：1比例混合，制成分散介质；
b. 向分散介质中添加分散剂和天然有机晶须，分散剂包括质量分数为2.1%非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚和质量分数为3.2%的羟甲基纤维素，并通过高速搅拌，制备微米尺度的天然蛋白质晶须的质量分数为30%分散液；
（3）将纺丝原液经过过滤、脱泡和纺丝，其中纺丝包括凝固浴、牵伸、脱硫、漂白和上油，得到天然蛋白质晶须增强纤维素纤维。
实施例3采用本发明所述的天然动物毛发制备的蛋白质晶须增强纤维素纤维的制备方法制备的制得的纤维素纤维经过检测，得到的检测结果如下：
干断裂强度：3.33cN/dtex；
湿断裂强度：1.95cN/dtex；
湿模量：0.53cN/dtex。
实施例4：
一种天然有机晶须增强纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）以纤维素浆粕为原料，采用普通粘胶纤维生产制胶过程，将纤维素浆粕经过浸渍、压榨、粉碎、磺化和溶解，得到粘胶原液；
（2）将改性纳米尺度的天然动物毛发制备的蛋白质晶须材料分散体系与粘胶原液按照30：70的质量比混合调匀，得到纺丝原液；
其中天然动物毛发制备的蛋白质晶须材料分散体系的制备方法：
a. 将乙二醇与乙醇的体积按照50：50的比例混合，然后将混合液与蒸馏水按照体积比为1：1比例混合，制成分散介质；
b. 向分散介质中添加分散剂和天然有机晶须，分散剂包括质量分数为3.2%阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠和质量分数为2.5%的羟甲基纤维素，并通过高速搅拌，制备纳米尺度的天然蛋白质晶须的质量分数为20%分散液；
（3）将纺丝原液经过过滤、脱泡和纺丝，其中纺丝包括凝固浴、牵伸、脱硫、漂白和上油，得到天然蛋白质晶须增强纤维素纤维。
实施例4采用本发明所述的天然动物毛发制备的蛋白质晶须增强纤维素纤维的制备方法制备的制得的纤维素纤维经过检测，得到的检测结果如下：
干断裂强度：3.29cN/dtex；
湿断裂强度：1.87cN/dtex；
湿模量：0.49cN/dtex。
实施例5：
一种天然有机晶须增强纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）以纤维素浆粕为原料，采用普通粘胶纤维生产制胶过程，将纤维素浆粕经过浸渍、压榨、粉碎、磺化和溶解，得到粘胶原液；
（2）将改性微米尺度的天然甲壳素晶须材料分散体系与粘胶原液按照35：65的质量比混合调匀，得到纺丝原液；
其中天然甲壳素晶须材料分散体系的制备方法：
a. 将乙二醇与乙醇的体积按照30：70的比例混合，然后将混合液与蒸馏水按照体积比为1：1比例混合，制成分散介质；
b. 向分散介质中添加分散剂和天然有机晶须，分散剂包括质量分数为4.2%阳离子表面活性剂十六烷基氯化吡啶和质量分数为2.5%的羟乙基纤维素，并通过高速搅拌，制备微米尺度的天然甲壳素晶须的质量分数为25%分散液；
（3）将纺丝原液经过过滤、脱泡和纺丝，其中纺丝包括凝固浴、牵伸、脱硫、漂白和上油，得到天然甲壳素晶须增强纤维素纤维。
实施例5采用本发明所述的天然甲壳素晶须增强纤维素纤维的制备方法制备的制得的纤维素纤维经过检测，得到的检测结果如下：
干断裂强度：3.12cN/dtex；
湿断裂强度：1.73cN/dtex；
湿模量：0.49cN/dtex。
实施例6：
一种天然有机晶须增强纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）以纤维素浆粕为原料，采用普通粘胶纤维生产制胶过程，将纤维素浆粕经过浸渍、压榨、粉碎、磺化和溶解，得到粘胶原液；
（2）将改性纳米尺度的天然甲壳素晶须材料分散体系与粘胶原液按照25：75的质量比混合调匀，得到纺丝原液；
其中天然甲壳素晶须材料分散体系的制备方法：
a. 将乙二醇与乙醇的体积按照40：60的比例混合，然后将混合液与蒸馏水按照体积比为1：1比例混合，制成分散介质；
b. 向分散介质中添加分散剂和天然有机晶须，分散剂包括质量分数为1.5%阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和质量分数为3.5%的羟乙基纤维素，并通过高速搅拌，制备纳米尺度的天然甲壳素晶须的质量分数为35%分散液；
（3）将纺丝原液经过过滤、脱泡和纺丝，其中纺丝包括凝固浴、牵伸、脱硫、漂白和上油，得到天然甲壳素晶须增强纤维素纤维。
实施例6采用本发明所述的天然甲壳素晶须增强纤维素纤维的制备方法制备的制得的纤维素纤维经过检测，得到的检测结果如下：
干断裂强度：3.27cN/dtex；
湿断裂强度：1.92cN/dtex；
湿模量：0.61cN/dtex。
综上所述，实施例1~6所制备的天然有机晶须增强纤维素纤维经检测均符合要求，其中实施例 6制备的纤维综合性能最好，是一种最优的技术方案。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种天然有机晶须分散液的制备方法，其特征是：步骤如下：
a. 将乙二醇或乙醇或乙二醇和乙醇配制成的混合液，按照与蒸馏水的体积比为1：1比例混合，制成分散介质；
b. 向分散介质中添加分散剂和天然有机晶须材料，并通过高速搅拌或者超声分散，制备微米或纳米尺度的天然有机晶须分散液；
分散剂包括质量分数为1~5%的表面活性剂和质量分数为1~5%的纤维素；
纤维素为羟甲基纤维素或羟乙基纤维素；
所述的表面活性剂包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂以及非离子表面活性剂；
所述阳离子表面活性剂为：烷基三甲基溴化铵、烷基氯化吡啶，所述阴离子表面活性剂为：烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠，所述非离子表面活性剂为：烷基酚聚氧乙烯醚；
天然有机晶须材料包括以天然纤维素、动物毛发或甲壳素为原料，经微晶化过程得到的具有微米或纳米尺度且性能优异的极限聚合度固体产物，即微米或纳米尺度的天然有机晶须材料；
所述微米或纳米尺度的天然有机晶须分散液中微米或纳米尺度的天然有机晶须的质量分数为10~40%。
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