CN105755573B - 一种制备新型吸湿放热保暖腈纶纤维的方法 - Google Patents
一种制备新型吸湿放热保暖腈纶纤维的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种制备新型吸湿放热保暖腈纶纤维的方法，包括以下步骤：1）纺丝原液的制备：将聚丙烯腈和聚丙烯酰胺混合溶解在溶剂中形成共混纺丝原液；其中所述聚丙烯腈与所述聚丙烯酰胺的质量比为（0.05~0.20）：1；所述溶剂为二甲基甲酰胺DMF、二甲基乙酰胺DMAc和二甲基亚砜DMSO中的一种或多种；2）纺丝成型：采用共混纺丝原液进行湿法纺丝并成型。本发明将充分利用吸湿放热的机理，主要是利用聚丙烯腈原液和聚丙烯酰胺上的极性基团捕捉空气中含较高动能的水分子，将其吸附固定到纤维表面，可使其动能转变为热能，从而达到发热的作用。
Description
技术领域
本发明涉及纤维纺织领域，具体公开了一种制备新型吸湿放热保暖腈纶纤维的方法。
背景技术
腈纶是合成纤维四大品种之一，是一种优良的纺织用品原料，纤维耐光、抗辐射、柔软、保暖，被誉为“人造羊毛”，广泛地应用于服装面料、篷布、窗帘和床品等纺织领域。
腈纶纤维大分子中超过85％(质量百分比)的单体是丙烯腈共聚物，因此其亲水性基团主要来源于第二和第三单体。但第二、三单体总体含量不超过15％，这使得腈纶纤维具有极差的吸水性和透气性。用腈纶纤维制作的产品使用时常有闷的感觉。但是随着人们生活水平的提高，保暖已不再是单一要求，人们对其舒适度、功能性和安全性要求越来越高。腈纶纤维的吸湿性差的缺陷逐渐显现出来。所以，若能发明一种高吸湿性的腈纶纤维，并充分利用吸湿放热的机理，则可在保持腈纶优异的保暖性能的基础上增强其使用舒适性。
羊毛吸水后会发热，而人体即使不运动也有大量的潜汗蒸发，由此人们想到了开发吸湿发热性保暖纤维。据测试资料表明，人在静止时通过皮肤向外蒸发水分约为15g/m2·h；在运动时，有大量的汗水排出，既有液态，也有气态，数量约为100g/m2·h，因此人体即使不运动也有大量的潜汗蒸发。吸湿发热纤维正是利用水的气液变化，将人身产生的汗气转变为液体时产生的热量用于保暖。钟正刚等人认为主要是利用纤维大分子的极性基团捕捉空气中含较高动能的水分子，将其吸附固定到纤维表面，可使其动能转变为热能，从而达到发热的作用。
目前，在专利(CN201010258508.3)中，提供了一种在强碱和胍的混合液中通过水解制得高吸湿吸水腈纶的方法；在专利(CN201210233142.3)中，提供了一种在强碱和甲醛的混合液中通过水解缩醛化制得高吸水吸湿腈纶的方法；在专利(CN201310502591.8)中，提供了一种通过两次超声波处理使腈纶表面产品孔洞的方法制得吸湿腈纶的方法；在专利(CN201510165485.4)中，提供了一种在腈纶纺丝液中加入石墨烯的方式制得高导热腈纶的方法；在专利(CN201310472662.4)中，提供了一种将相变材料微胶囊悬浮液、NaSCN水溶液和纺丝原液混合纺丝制得高导热腈纶的方法。但这些方法只是单一的赋予腈纶纤维吸湿性或在腈纶原有保暖性能的基础上进一步加强其保暖或导温性能，鲜有将两者结合在一起的研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种制备吸湿放热保暖腈纶纤维的方法。
为了实现以上目的及其他目的，本发明是通过包括以下技术方案实现的：
本发明公开了一种制备新型吸湿放热保暖腈纶纤维的方法，包括以下步骤：
1)纺丝原液的制备：将聚丙烯腈和聚丙烯酰胺混合溶解在溶剂中形成共混纺丝原液；其中所述聚丙烯腈与所述聚丙烯酰胺的质量比为(0.05～0.20)：1；所述溶剂为二甲基甲酰胺DMF、二甲基乙酰胺DMAc和二甲基亚砜DMSO中的一种或多种；
2)纺丝成型：采用共混纺丝原液进行湿法纺丝并成型；其中湿法纺丝中：喷丝口的最大直径为0.056～0.072mm，喷丝头挤出速度为0.5～1m/min；凝固浴为含有40～50wt％的二甲基乙酰胺的水溶液，凝固浴温度为20～30℃。
优选地，所述共混纺丝原液的浓度为8.5～9.5wt％。
优选地，所述聚丙烯腈的数均分子量为0.8×105～1.0×105。
优选地，所述聚丙烯酰胺的数均分子量为8.0×106～1.2×107。
本申请中湿法纺丝成型后对成型纤维的处理可以采用现有技术中常用的方式进行后处理。
优选地，本申请中后处理还依次包括牵伸、上油、烘干、卷曲和成型步骤。
优选地，所述方法包括对成型后纤维进行清洗的工序，清洗水温为50～65℃。
优选地，所述方法包括牵伸工序，牵伸浴为含1～3wt％的磺酸盐表面活性剂的水，牵伸倍数为5～7倍，牵伸浴的温度为85～98℃。
更优选地，所述磺酸盐表面活性剂为二辛基琥珀酸磺酸钠或十二烷基磺酸钠。
优选地，所述方法包括上油工序，上油工序中油剂的加入量为纤维总质量的15～16wt％，加入速度为80～100kg/h，所述油剂为腈纶纺丝油剂，油剂的温度为90～95℃。
更优选地，在上油步骤中，所述油剂为TDJK-088型腈纶纺丝油剂。
优选地，所述方法包括烘干工序，烘干工序中热温控制在75～85℃；冷棍和热棍间的牵伸倍数为1～1.2倍。
优选地，所述方法包括卷曲工序，纤维经张力架引入气蒸箱，气蒸箱内温度为80～90℃；再进入门压为50～150kpa的卷曲头，形成20～30个/10cm的卷曲数的丝束。
优选地，所述方法包括定型工序，所述定型工序为在定型锅内通蒸汽定型，定型锅的真空度为10～15kpa，定型温度为130～138℃；所述蒸汽定型的时间为20～25min。
优选地，在纺丝成型步骤中，喷丝口的孔截面呈十字形、正四角形、正五角形、正六角形、水滴形或心形。
本发明将充分利用吸湿放热的机理，主要是利用聚丙烯腈原液和聚丙烯酰胺上的极性基团捕捉空气中含较高动能的水分子，将其吸附固定到纤维表面，可使其动能转变为热能，从而达到发热的作用。并且通过纤维截面异型化等物理方法增加了纤维的比表面积从而更有利于极性基团与空气中的水分子接触，同时赋予腈纶纤维高吸湿、放热保暖的性能，其操作简单，保温效果好。
附图说明
图1为本发明中喷丝口的截面形状示意图；
0为圆形；
1为十字形；
2为正四角形；
3为正五角形；
4为正六角形；
5为水滴形；
6为心形。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。
本发明实施例1～5中共混纺丝原液的聚丙烯腈和聚丙烯酰胺的含量及纺丝时喷丝口的形状如下表1所示：
表1
实施例1
1)纺丝原液的制备：将聚丙烯腈和聚丙烯酰胺混合溶解在溶剂中形成共混纺丝原液；所述溶剂为二甲基乙酰胺DMAc；
2)纺丝成型：采用共混纺丝原液进行湿法纺丝并成型；其中湿法纺丝中：喷丝口的最大直径为0.056～0.072mm，喷丝头挤出速度为0.5m/min；凝固浴为含有50wt％的二甲基乙酰胺的水溶液，凝固浴温度为20℃。
具体地，所述共混纺丝原液的浓度为8.5wt％。
具体地，所述聚丙烯酰胺的数均分子量为8.0×106～1.2×107。
具体地，所述聚丙烯腈的数均分子量为0.8×105～1.0×105。
具体地：
所述方法还包括对成型后纤维进行清洗的工序，清洗水温为50℃。
所述方法包括牵伸工序，牵伸浴为含2wt％的磺酸盐表面活性剂的水，牵伸倍数为5倍，牵伸浴的温度为85℃。所述磺酸盐表面活性剂为二辛基琥珀酸磺酸钠。
所述方法包括上油工序，上油工序中油剂的加入量为纤维总质量的15wt％，加入速度为80kg/h，所述油剂为腈纶纺丝油剂，油剂的温度为90℃。所述油剂为TDJK-088型腈纶纺丝油剂。
所述方法包括烘干工序，烘干工序中热温控制在75℃；冷棍和热棍间的牵伸倍数为1倍。
所述方法包括卷曲工序，纤维经张力架引入气蒸箱，气蒸箱内温度为80℃；再进入门压为50kpa的卷曲头，形成20个/10cm的卷曲数的丝束。
所述方法包括定型工序，所述定型工序为在定型锅内通蒸汽定型，定型锅的真空度为10kpa，定型温度为130℃；所述蒸汽定型的时间为20min。
实施例2
1)纺丝原液的制备：将聚丙烯腈和聚丙烯酰胺混合溶解在溶剂中形成共混纺丝原液；所述溶剂为二甲基乙酰胺DMAc；所述共混纺丝原液的浓度为9.0wt％；所述聚丙烯酰胺的数均分子量为8.0×106～1.2×107。所述聚丙烯腈的数均分子量为0.8×105～1.0×105。
2)纺丝成型：采用共混纺丝原液进行湿法纺丝并成型；其中湿法纺丝中：喷丝口的最大直径为0.056～0.072mm，喷丝头挤出速度为0.8m/min；凝固浴为含有50wt％的二甲基乙酰胺的水溶液，凝固浴温度为30℃。
具体地，所述方法包括对成型后纤维进行清洗的工序，清洗水温为60℃。
具体地，所述方法包括牵伸工序，牵伸浴为含2wt％的磺酸盐表面活性剂的水，牵伸倍数为6倍，牵伸浴的温度为90℃。所述磺酸盐表面活性剂为十二烷基磺酸钠。
所述方法包括上油工序，上油工序中油剂的加入量为纤维总质量的16wt％，加入速度为100kg/h，所述油剂为腈纶纺丝油剂，油剂的温度为92℃。所述油剂为TDJK-088型腈纶纺丝油剂。
所述方法包括烘干工序，烘干工序中热温控制在80℃；冷棍和热棍间的牵伸倍数为1.1倍。
所述方法包括卷曲工序，纤维经张力架引入气蒸箱，气蒸箱内温度为83℃；再进入门压为150kpa的卷曲头，形成28个/10cm的卷曲数的丝束。
所述方法包括定型工序，所述定型工序为在定型锅内通蒸汽定型，定型锅的真空度为15kpa，定型温度为135℃；所述蒸汽定型的时间为23min。
实施例3
1)纺丝原液的制备：将聚丙烯腈和聚丙烯酰胺混合溶解在溶剂中形成共混纺丝原液；所述溶剂为二甲基乙酰胺DMAc；所述共混纺丝原液的浓度为9.5wt％；所述聚丙烯酰胺的数均分子量为8.0×106～1.2×107；所述聚丙烯腈的数均分子量为0.8×105～1.0×105；
2)纺丝成型：采用共混纺丝原液进行湿法纺丝并成型；其中湿法纺丝中：喷丝口的最大直径为0.056～0.072mm，喷丝头挤出速度为0.9m/min；凝固浴为含有50wt％的二甲基乙酰胺的水溶液，凝固浴温度为27℃。
具体地，所述方法包括对成型后纤维进行清洗的工序，清洗水温为60℃。
具体地，所述方法包括牵伸工序，牵伸浴为含2wt％的磺酸盐表面活性剂的水，牵伸倍数为6倍，牵伸浴的温度为90℃。所述磺酸盐表面活性剂为二辛基琥珀酸磺酸钠或十二烷基磺酸钠。
具体地，所述方法包括上油工序，上油工序中油剂的加入量为纤维总质量的16wt％，加入速度为90kg/h，所述油剂为腈纶纺丝油剂，油剂的温度为92℃。所述油剂为TDJK-088型腈纶纺丝油剂。
具体地，所述方法包括烘干工序，烘干工序中热温控制在80℃；冷棍和热棍间的牵伸倍数为1.2倍。
具体地，所述方法包括卷曲工序，纤维经张力架引入气蒸箱，气蒸箱内温度为90℃；再进入门压为100kpa的卷曲头，形成27个/10cm的卷曲数的丝束。
具体地，所述方法包括定型工序，所述定型工序为在定型锅内通蒸汽定型，定型锅的真空度为12kpa，定型温度为136℃；所述蒸汽定型的时间为23min。
实施例4
1)纺丝原液的制备：将聚丙烯腈和聚丙烯酰胺混合溶解在溶剂中形成共混纺丝原液；所述溶剂为二甲基乙酰胺DMAc；
2)纺丝成型：采用共混纺丝原液进行湿法纺丝并成型；其中湿法纺丝中：喷丝口的最大直径为0.056～0.072mm，喷丝头挤出速度为0.8m/min；凝固浴为含有48wt％的二甲基乙酰胺的水溶液，凝固浴温度为26℃。
具体地，所述共混纺丝原液的浓度为8.8wt％。
具体地，所述聚丙烯酰胺的数均分子量为8.0×106～1.2×107。所述聚丙烯腈的数均分子量为0.8×105～1.0×105。
具体地，所述方法包括对成型后纤维进行清洗的工序，清洗水温为65℃。
具体地，所述方法包括牵伸工序，牵伸浴为含3wt％的磺酸盐表面活性剂的水，牵伸倍数为5倍，牵伸浴的温度为98℃。所述磺酸盐表面活性剂为二辛基琥珀酸磺酸钠。
具体地，所述方法包括上油工序，上油工序中油剂的加入量为纤维总质量的16wt％，加入速度为80kg/h，所述油剂为腈纶纺丝油剂，油剂的温度为95℃。所述油剂为TDJK-088型腈纶纺丝油剂。
具体地，所述方法包括烘干工序，烘干工序中热温控制在80℃；冷棍和热棍间的牵伸倍数为1.2倍。
具体地，所述方法包括卷曲工序，纤维经张力架引入气蒸箱，气蒸箱内温度为90℃；再进入门压为100kpa的卷曲头，形成28个/10cm的卷曲数的丝束。
具体地，所述方法包括定型工序，所述定型工序为在定型锅内通蒸汽定型，定型锅的真空度为15kpa，定型温度为135℃；所述蒸汽定型的时间为23min。
实施例5
1)纺丝原液的制备：将聚丙烯腈和聚丙烯酰胺混合溶解在溶剂中形成共混纺丝原液；所述溶剂为二甲基乙酰胺DMAc；
2)纺丝成型：采用共混纺丝原液进行湿法纺丝并成型；其中湿法纺丝中：喷丝口的最大直径为0.056～0.072mm，喷丝头挤出速度为1.0m/min；凝固浴为含有49wt％的二甲基乙酰胺的水溶液，凝固浴温度为27℃。
具体地，所述共混纺丝原液的浓度为9.5wt％。
具体地，所述聚丙烯酰胺的数均分子量为8.0×106～1.2×107。所述聚丙烯腈的数均分子量为0.8×105～1.0×105。
具体地，所述方法包括对成型后纤维进行清洗的工序，清洗水温为58℃。
具体地，所述方法包括牵伸工序，牵伸浴为含2wt％的磺酸盐表面活性剂的水，牵伸倍数为7倍，牵伸浴的温度为98℃。更具体地，所述磺酸盐表面活性剂为十二烷基磺酸钠。
具体地，所述方法包括上油工序，上油工序中油剂的加入量为纤维总质量的15wt％，加入速度为100kg/h，所述油剂为腈纶纺丝油剂，油剂的温度为95℃。所述油剂为TDJK-088型腈纶纺丝油剂。具体地，所述方法包括烘干工序，烘干工序中热温控制在85℃；冷棍和热棍间的牵伸倍数为1.2倍。
具体地，所述方法包括卷曲工序，纤维经张力架引入气蒸箱，气蒸箱内温度为90℃；再进入门压为100kpa的卷曲头，形成30个/10cm的卷曲数的丝束。
具体地，所述方法包括定型工序，所述定型工序为在定型锅内通蒸汽定型，定型锅的真空度为12kpa，定型温度为135℃；所述蒸汽定型的时间为25min。
对比例1
1)纺丝原液的制备：将聚丙烯腈溶解在溶剂中形成纺丝原液；所述溶剂为二甲基乙酰胺DMAc；
2)纺丝成型：采用共混纺丝原液进行湿法纺丝并成型；其中湿法纺丝中：喷丝口的最大直径为0.056～0.072mm，喷丝头挤出速度为0.5m/min；凝固浴为含有50wt％的二甲基乙酰胺的水溶液，凝固浴温度为20℃。
具体地，所述纺丝原液的浓度为8.5wt％。
具体地，所述聚丙烯腈的数均分子量为0.8×105～1.0×105。
具体地：
所述方法还包括对成型后纤维进行清洗的工序，清洗水温为50℃。
所述方法包括牵伸工序，牵伸浴为含2wt％的磺酸盐表面活性剂的水，牵伸倍数为5倍，牵伸浴的温度为85℃。所述磺酸盐表面活性剂为二辛基琥珀酸磺酸钠。
所述方法包括上油工序，上油工序中油剂的加入量为纤维总质量的15wt％，加入速度为80kg/h，所述油剂为腈纶纺丝油剂，油剂的温度为90℃。所述油剂为TDJK-088型腈纶纺丝油剂。
所述方法包括烘干工序，烘干工序中热温控制在75℃；冷棍和热棍间的牵伸倍数为1倍。
所述方法包括卷曲工序，纤维经张力架引入气蒸箱，气蒸箱内温度为80℃；再进入门压为50kpa的卷曲头，形成20个/10cm的卷曲数的丝束。
所述方法包括定型工序，所述定型工序为在定型锅内通蒸汽定型，定型锅的真空度为10kpa，定型温度为130℃；所述蒸汽定型的时间为20min。
将实施例1～5及对比例1中制备的腈纶按照以下方法测试回潮率：
精确称取20g的腈纶纤维，100℃下完全烘干后将其放入干燥器内自然冷却，称量其重量，即为G1，再将样品迅速放入湿度为90％，温度为20℃的环境中，放置12h后测量其重量，记为G2。则吸湿率＝(G2-G1)/G1*100％。
将实施例1～5及对比例1中制备的腈纶按照测量温升(△T)的方法检测其吸湿发热性，测试方法如下：
将50g吸湿放热腈纶纤维置于100℃的烘箱中干燥4小时，然后置于干燥器中自然降温。在环境温度恒定的情况下，将样品放入烦躁的圆底烧瓶中，插入温度计(精密温度计，精确度为0.1℃，武强县胜启仪表厂)，保证温度计玻璃球完全包裹在纤维中，且不接触瓶壁。观察温度计，温度保持不变时，取下橡胶塞，用喷水器喷入少量水(5-10ml)，迅速插入温度计，记录此时温度计上显示温度T0。保持纤维完全包裹玻璃球，仔细观察并温度计上温度变化情况(每30s记录一个数据)，直至温度示数稳定不变，记录其中最大温度值Tmax。则纤维的温升△T为：△T＝Tmax-T0。
具体的测试结果如表2所示。
由上述表中可以看出：本发明提供的方法中，在纺丝液中加入亲水性的聚丙烯酰胺化合物可以提高腈纶丝的亲水性，从而达到吸湿加热的效果。通过改造纺丝口为不规则形状，可进一步提升腈纶纤维的吸湿性及吸湿放热性能。
表2
| 示例 | 纤度(dtex) | 断裂强度cN/dtex) | 吸湿率(％) | 温升△T(℃) |
| 实施例1 | 1.62 | 2.20 | 4.2 | 0.67 |
| 实施例2 | 1.56 | 2.12 | 4.8 | 0.74 |
| 实施例3 | 1.60 | 2.18 | 5.3 | 0.87 |
| 实施例4 | 1.61 | 2.19 | 6.4 | 0.96 |
| 实施例5 | 1.64 | 2.23 | 5.6 | 0.91 |
| 对比例1 | 1.67 | 2.27 | 2.1 | 0.13 |
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种制备吸湿放热保暖腈纶纤维的方法，包括以下步骤：
1)纺丝原液的制备：将聚丙烯腈和聚丙烯酰胺混合溶解在溶剂中形成共混纺丝原液；其中所述聚丙烯腈与所述聚丙烯酰胺的质量比为1：0.05或1:0.10或1:0.15或1:0.20；所述溶剂为二甲基甲酰胺DMF、二甲基乙酰胺DMAc和二甲基亚砜DMSO中的一种或多种；
2)纺丝成型：采用共混纺丝原液进行湿法纺丝并成型；其中湿法纺丝中：喷丝口的最大直径为0.056～0.072mm，喷丝头挤出速度为0.5～1m/min；凝固浴为含有40～50wt％的二甲基乙酰胺的水溶液，凝固浴温度为20～30℃；
所述共混纺丝原液的浓度为8.5～9.5wt％；所述方法包括牵伸工序，牵伸浴为含1～3wt％的磺酸盐表面活性剂的水溶液，牵伸倍数为5～7倍，牵伸浴的温度为85～98℃；喷丝口的孔截面呈十字形、正四角形、正五角形、正六角形、水滴形或心形。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述聚丙烯酰胺的数均分子量为8.0×106～1.2×107。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述方法包括对成型后纤维进行清洗的工序，清洗水温为50～65℃。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述方法包括上油工序，上油工序中油剂的加入量为纤维总质量的15～16wt％，加入速度为80～100kg/h，所述油剂为腈纶纺丝油剂，油剂的温度为90～95℃。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述方法包括烘干工序，烘干工序中热温控制在75～85℃；冷辊和热辊间的牵伸倍数为1～1.2倍。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述方法包括卷曲工序，纤维经张力架引入汽蒸箱，汽蒸箱内温度为80～90℃；再进入门压为50～150kPa的卷曲头，形成20～30个/10cm的卷曲数的丝束。
7.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述方法包括定型工序，所述定型工序为在定型锅内通蒸汽定型，定型锅的真空度为10～15kPa，定型温度为130～138℃；所述蒸汽定型的时间为20～25min。
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