CN106592011B - 一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺，其特征在于，采用分子量介于10万‑25万之间、熔融指数介于10‑‑50g/10min之间的聚丙烯树脂与纳米木浆纤维素纤维母料按照聚丙烯树脂：纳米木浆纤维素纤维母料=65%‑97%：3%‑35%的质量比共混后经熔融纺丝加工而成。纳米木浆纤维素纤维母料是将纳米木浆纤维素纤维、聚丙烯树脂载体以及添加剂按照质量比=5%‑45%：90%‑25%：5%‑30%混合研磨，并经双螺杆挤出机均匀捏合混炼、制条、切粒加工而成；本发明生产的纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶，具有比常规超细聚丙烯纤维更高的断裂强度，具有非常好的应用前景。

Description

一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺

技术领域：

本发明涉及一种合成纤维制造领域，具体为一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺。

背景技术：

聚丙烯纤维(PP)俗称丙纶，是1960年意大利首先生产的合成纤维品种，到70年代由于其用途日益广泛，得到了很快发展。丙纶是以石油裂化分离出来的丙烯气体为原料，经聚合成聚丙烯树酯后纺制成纤维。

聚丙烯因其所具有的比重轻、吸湿小、耐磨、耐酸碱、热导率低等优点使其具有极大竞争潜力,使其在医药卫生、环保以及工业等产业等领域得到了广泛的应用。如可以部分代替价格昂贵的尼龙和涤纶工业丝,用作各种工业吊带、建筑业安全网、汽车及运动的安全带、船用缆绳,冶金、化工、食品及污水处理等行业的过滤织物,加固堤坝、水库、铁路、高速公路等工程的土工布,汽车和旅游业用的蓬苫布,以及用于高压水管和工业缝纫线等产业领域。复丝可作针织运动衫、汽车内装饰物、绳子、窗帘织物、包装袋等。

作为纺织纤维，丙纶由于价廉、质轻、强度好、保暖性好、耐酸碱、抗虫蛀等优点，也得到了很广范的应用，如早期的1～3D短纤维可与棉、人造纤维混纺，做过滤布和其它工业用的织物。5～8D短纤维与羊毛、腈纶混纺可作家具装饰布。15D短纤维可作簇绒地毯、无纺织物。

尽管如此，作为纤维应用时，由于材料本身强度较低，在强度有较高要求的应用领域受到较大的限制影响。

为弥补聚丙烯材料的强度缺陷，国内研究机构通过多种途径开展研究，但目前较成熟的是在塑料领域的应用，如加入填料如无机粉体、玻璃纤维、天然纤维等，制备高强度聚丙烯树脂。

在聚丙烯中添加玻璃纤维,可以制造出具有以下改善性能的增强聚丙烯树脂材料：玻纤的增加可以提高塑料的强度和刚性；提高耐热性和热变形温度；提高尺寸稳定性，降低收缩率；减少翘曲变形；减少蠕变；降低表面的光泽度以及增加吸湿性。需要注意的是，玻纤的长短直接影响材料的脆性，玻纤如果处理不好，短纤会降低冲击强度，长纤处理好会提高冲击强度。因此要使得材料脆性不至于下降很大，就要选择一定长度的玻纤进行复合材料的加工。

超细丙纶织物具有独特的芯吸效应和保暖、透气、轻爽等优点，其纤度越小，纤维或由其加工所形成的各类纺织品的手感就会越柔软，当丙纶的单丝纤度(dpf)小于2dtex时,就具有了很好的手感和独特的性质,特别是单丝纤度小于1dtex,效果更好。高质量的聚丙烯经纺丝、拉伸及混纤等新技术制成的1dtex左右的细旦丙纶已成为一种新型高档的舒适性服用纤维。可用于纺织及生产更轻、更柔软的热粘合布,作为婴儿尿布、妇女卫生产品等。也可用来生产高过滤效率的过滤材料，因此聚丙烯纤维的的生产趋向细旦化发展，各设备制造商也在致力于开发能够纺制细旦、超细旦丙纶长、短丝的技术和设备，并取得了显著的进展。但仅靠通过设备的改进来提高纤维的细旦化还不够。以丙纶纺粘法非织造布来说，如果聚丙烯树脂具有较高的分子量、较大的分子量分布，其流动性能就会变差，熔体膨化现象严重，给纺制细旦丙纶丝带来一定困难，因为纺制细旦纤维时容易产生断丝。但是如果设想在其中共混添加起增强作用的一定长度的玻璃纤维的方式提高纤维的强度，基本上是无法实现的，这也是目前高强度细旦聚丙烯纤维难于实现的原因之一。

基于上述要求，本发明提出一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶及其加工方法，旨在通过应用纳米木浆纤维素纤维增强聚丙烯纤维的方式制备出具有较高强度的超细丙纶纤维，进一步拓展聚丙烯这一优良高分子材料在纺织领域中的应用领域。

发明内容：

本发明的目的是提供一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺。

为实现本发明的目的所采取的技术方案如下：

一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺，其特征在于，将聚丙烯树脂与预先经过相容剂处理过的纳米木浆纤维素纤维母料，按照聚丙烯树脂：纳米木浆纤维素纤维母料的质量百分比65％-97％：3％-35％均匀共混后，经熔融纺丝加工而成。

进一步地设置如下：

所述聚丙烯树脂优选采用：分子量介于10万-25万之间、熔融指数MFR介于10--50g/10min之间；

所述纳米木浆纤维素纤维母料的预处理工艺如下：将纳米木浆纤维素纤维、载体以及添加剂，按照纳米木浆纤维素纤维:载体:添加剂质量百分比＝5％-45％：25％-90％：5％-30％的比例，初步混合后研磨预分散，双螺杆挤出机均匀捏合混炼后挤压制成条带状，然后用切粒机切粒，制成纳米木浆纤维素纤维母料。

所述的纳米木浆纤维素纤维优选采用湿法研磨工艺技术制备而成。如：将初加工制备的纤维素纤维悬浮液倒入德国Retsch公司PM400落地式行星球磨仪中，加入阴离子表面活性剂和氧化锆研磨珠，混合后放入250ml氧化锆研磨罐中，向研磨罐中加入50-150ml的去离子水并搅拌均匀，设定研磨流程研磨8小时以上，取出研磨液并烘干制备而成，其中阴离子表面活性剂的工艺用量可根据纳米木浆纤维素纤维母料中纤维素及阴离子表面活性剂比例设定，氧化锆研磨珠为5-20倍纤维素固料质量，所得纳米纤维素纤维长径比≥80，直径尺寸30-100nm，木浆纤维素纤维占比≥80％。

纳米木浆纤维素纤维研磨所用氧化锆研磨珠优选采用3mm与1mm粒径的研磨珠按照1:1的质量比混合构成。

所述载体优选采用熔体指数MFR介于10-85之间的聚丙烯树脂材料。

所述添加剂选自以下的一种或两种：一种是既能与纳米纤维素纤维的亲水性基团具有一定的亲和力，同时又能与疏水性的聚丙烯树脂具有较好的亲和力的双亲结合剂；一种是能提供分散性能的分散剂。

绝大多数纳米纤维素纤维都有极性表面,它们与结晶度高而且是完全非极性的聚乙烯、聚丙烯之间缺乏足够的亲合力，导致纳米纤维素纤维较难于在其中分散。须用一定亲水亲油性能的双亲结合剂加以处理，该双亲结合剂既可以与纳米纤维素增强纤维表面有足够的亲合力,又与聚烯烃类高聚物有良好的相容性,因而提高了纳米纤维素纤维在树脂中的分散能力。

进一步的，本发明所用双亲结合剂为阴离子类表面活性剂，优选为以下的一种或几种：木质素磺酸盐系列中的木质素磺酸钠；萘磺酸盐类甲醛缩合物系列中的分散剂NNO、分散剂MF、分散剂CNF；烷基磺酸盐系列中的十二烷基磺酸钠；阴离子表面活性剂用量为0.5-8％(基于纳米木浆纤维素纤维:载体:添加剂的总质量)。

所述分散剂优选为熔点介于90-135℃、分子量介于1000-6500之间的聚乙烯蜡，或者是熔点介于120-165℃、分子量介于1500-10000之间的聚丙烯蜡，分散剂的添加量为4.5-22％(基于纳米木浆纤维素纤维:载体:添加剂的总质量)。

本发明的有益效果如下：

本发明所研究的一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶及其加工方法，可以加工高于常规超细聚丙烯纤维最高达45％拉伸强度的增强型复合超细聚丙烯纤维，应用该高强超细聚丙烯纤维在需要高强度的超滤领域获得更广泛的应用，对于扩大聚丙烯这一优良性能的高分子材料具有较高的现实意义。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不只局限于此：

具体实施方式：

基本实施例：

用熔融指数MFR为18-22g/10min的聚丙烯树脂切片，按照聚丙烯树脂：某粒径尺度纳米木浆纤维素纤维母料一定的质量比共混后在螺杆直径为30mm的螺杆挤出机进行熔融纺丝，螺杆的长径比为20:l,喷丝板的孔径为0.18mm,泵供量一般为60g/min,纺丝时的熔体温度为230℃-275℃,绕丝室温为27℃,相对湿度为65％。卷绕丝的伸牵在牵伸机上进行,牵伸热盘温度为83℃,热板温度为128℃,牵伸时的送丝速度为105m/min。按此工艺在通用纺丝设备上进行熔融纺丝，得到单丝纤度为0.55-1.32dtex的细旦和超细旦聚丙烯纤维，断裂强度为3.95-5.47cN·dtex^-1，断裂伸长率为46-87％，且纺丝稳定性好的增强聚丙烯纤维，所纺制的复合聚丙烯增强纤维的拉伸强度明显高于不添加纳米木浆纤维素纤维母料的同纤度聚丙烯纤维。

实施例1-1～1-4：

制备方法同基本实施例，应用不同纳米直径尺寸的纤维素母料纺制单丝纤度1.12dtex的复合聚丙烯纤维，区别在于：调整纳米木浆纤维素直径尺寸类型，并检测其对复合聚丙烯增强纤维的性能影响，如下表所示。

分析：从上表数据可以看出，加入的纳米木浆纤维素，对于复合聚丙烯纤维的性能有较大影响，加入纳米木浆纤维素可以显著提高聚丙烯纤维的断裂强度。但是纳米纤维素直径尺寸的大小对其断裂强度的影响不同：随着纳米木浆纤维素直径尺寸变大，复合聚丙烯纤维的断裂强度有降低的趋势，当应用直径尺寸45nm的木浆纤维素占比≥80％的纳米木浆纤维素时，复合聚丙烯纤维的断裂强度达到5.47cN·dtex^-1，当应用直径尺寸81nm的木浆纤维素占比≥80％的纳米木浆纤维素时，复合聚丙烯纤维的断裂强度达到4.26cN·dtex^-1。

实施例2-1～2-5：

制备方法同基本实施例，应用直径尺寸68nm的木浆纤维素占比≥80％的纳米木浆纤维素制备成的母料，区别在于：调整聚丙烯树脂：纳米木浆纤维素纤维母料质量比，检测其对复合聚丙烯增强纤维的性能影响，结果如下表所示。

分析：从上表数据可以看出，加入纳米木浆纤维素母料的数量，对于复合聚丙烯增强纤维的断裂强度有较大影响，随着纳米木浆纤维素母料含量增加，复合聚丙烯纤维的断裂强度随之提高，但是当纳米木浆纤维素母料质量比含量达到35％时，纤维的断裂强度为4.86cN·dtex^-1，与纳米木浆纤维素母料质量比20％时的断裂强度由明显降低，没有随纳米纤维素含量的增加同步提高，说明纳米纤维素对聚丙烯纤维的增强作用受到纳米纤维素与聚丙烯大分子间相互作用的影响。综上，最佳的加入量为在30％以下范围较好。

Claims (8)

1.一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺，其特征在于：将聚丙烯树脂与预先经过相容剂处理过的纳米木浆纤维素纤维母料，按照聚丙烯树脂：纳米木浆纤维素纤维母料的质量百分比65%-97%：3%-35%均匀共混后，经熔融纺丝加工而成；所述的纳米木浆纤维素纤维采用湿法研磨工艺技术制备而成：将初加工制备的纤维素纤维悬浮液倒入德国Retsch公司PM400落地式行星球磨仪中，加入阴离子表面活性剂和氧化锆研磨珠，混合后放入250ml氧化锆研磨罐中，向研磨罐中加入50-150ml的去离子水并搅拌均匀，设定研磨流程研磨8小时以上，取出研磨液并烘干即制备纳米木浆纤维素纤维，所得纳米木浆纤维素纤维长径比≥80，直径尺寸30-100nm，木浆纤维素纤维占比≥80%。

2.如权利要求1所述的一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺，其特征在于：所述聚丙烯树脂采用分子量介于10万-25万之间、熔融指数MFR介于10--50g/10min之间的聚丙烯树脂。

3.如权利要求1所述的一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺，其特征在于：所述纳米木浆纤维素纤维母料的预处理工艺如下：将纳米木浆纤维素纤维、载体以及添加剂，按照纳米木浆纤维素纤维:载体:添加剂质量百分比=5%-45%：25%-90%：5%-30%的比例，初步混合后研磨预分散，双螺杆挤出机均匀捏合混炼后挤压制成条带状，然后用切粒机切粒，制成纳米木浆纤维素纤维母料。

4.如权利要求1所述的一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺，其特征在于：纳米木浆纤维素纤维研磨所用氧化锆研磨珠采用3mm与1mm粒径的研磨珠按照1:1的质量比混合构成。

5.如权利要求3所述的一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺，其特征在于：所述载体采用熔体指数MFR介于10-85之间的聚丙烯树脂材料。

6.如权利要求3所述的一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺，其特征在于：所述添加剂选自以下的一种或两种：一种是既能与纳米纤维素纤维的亲水性基团具有一定的亲和力，同时又能与疏水性的聚丙烯树脂具有较好的亲和力的双亲结合剂；一种是能提供分散性能的分散剂。

7.如权利要求6所述的一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺，其特征在于：所用双亲结合剂为阴离子类表面活性剂，选自以下的一种或几种：木质素磺酸钠；分散剂NNO、分散剂MF、分散剂CNF；十二烷基磺酸钠，阴离子表面活性剂添加量为0.5-8%。

8.如权利要求6所述的一种纳米木浆纤维素纤维增强超细丙纶的生产工艺，其特征在于：所述分散剂为熔点介于90-135℃、分子量介于1000-6500之间的聚乙烯蜡，或者是熔点介于120-165℃、分子量介于1500-10000之间的聚丙烯蜡，分散剂的添加量为4.5-22%。