CN107687089A - 一种改性腈纶纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性腈纶的制备方法，属于纺丝材料技术领域。将腈纶纤维与氢氧化钠溶液混合，再依次加入分散剂和促进剂，混合搅拌，过滤，洗涤，得碱减量腈纶纤维，将蛋白质与水混合，依次加入蛋白酶和铁粉，搅拌混合，浓缩，得浓缩液，将碱减量腈纶纤维和乳酸菌菌液混合，发酵，过滤，得滤渣，将滤渣洗涤，得预处理腈纶纤维，将预处理腈纶纤维与浓缩液混合，并加入正硅酸乙酯，发酵，过滤，得2号滤饼，将2号滤饼洗涤，干燥，得改性腈纶纤维。本发明制备的改性腈纶纤维可有效提高腈纶纤维的吸湿性，同时对腈纶纤维的断裂强力也有提高。

Description

一种改性腈纶纤维的制备方法
技术领域
本发明公开了一种改性腈纶的制备方法，属于纺丝材料技术领域。
背景技术
腈纶一般指聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈或丙烯腈含量大于85%（质量百分比）的丙烯腈共聚物制成的合成纤维。常用的第二单体为非离子型单体，如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯等，第三单体为离子型单体如丙烯磺酸钠和2-亚甲基-1,4-丁二酸等。
聚丙烯腈纤维的性能极似羊毛，弹性较好，伸长20%时回弹率仍可保持65%，蓬松卷曲而柔软，保暖性比羊毛高15%，有合成羊毛之称。耐晒性能优良，可做成窗帘、幕布、篷布、炮衣等。能耐酸、耐氧化剂和一般有机溶剂，但耐碱性较差。纤维软化温度190～230℃。
腈纶纤维有人造羊毛之称。具有柔软、膨松、易染、色泽鲜艳、耐光、抗菌、不怕虫蛀等优点，根据不同用途的要求可纯纺或与天然纤维混纺，其纺织品被广泛地用于服装、装饰、产业等领域。
聚丙烯腈纤维可与羊毛混纺成毛线，或织成毛毯、地毯等，还可与棉、人造纤维、其他合成纤维混纺，织成各种衣料和室内用品。聚丙烯腈纤维加工的膨体可以纯纺，或与粘胶纤维混纺。
腈纶纤维的分子结构：腈纶在内部大分结构上很独特，呈不规则的螺旋形构象，且没有严格的结晶区，但有高序排列与低序排列之分。由于这种结构使腈纶具有很好的热弹性（可加工膨体纱），腈纶密度小，比羊毛还小，织物保暖性好。
腈纶有许多优良的性能，但其吸湿性差、回潮率低（标准状态下回潮率为1.7%）、易起静电等不足之处不能满足人们对穿着舒适及防静电的要求，这也限制了腈纶的发展，为改善其吸湿吸水能力，采用了多种改进方法，但是效果不佳，因此，还需对腈纶进行研究。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统腈纶纤维吸湿性不佳、断裂强力不足的问题，提供了一种改性腈纶的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）将腈纶纤维与氢氧化钠溶液按质量比1：10～1：15混合，依次加入腈纶纤维质量0.15～0.25倍的分散剂和腈纶纤维质量0.2～0.3倍的促进剂，混合搅拌，过滤，洗涤，得碱减量腈纶纤维；
（2）将蛋白质与水按质量比1：15～1：20混合，依次加入蛋白质质量0.2～0.3倍的蛋白酶，蛋白质质量0.2～0.3倍的铁粉，混合搅拌，浓缩，得浓缩液；
（3）将碱减量腈纶纤维与乳酸菌菌液按质量比1：3～1：5混合，发酵，过滤，洗涤，得预处理腈纶纤维；
（4）将预处理腈纶纤维与氨基酸溶液按质量比1：8～1：12混合，并加入预处理腈纶纤维质量0.15～0.35倍的正硅酸乙酯，发酵，过滤，洗涤，干燥，即得改性腈纶纤维。
步骤（1）所述分散剂为分散剂MF，分散剂CNF或分散剂5040中任意一种。
步骤（1）所述促进剂为阳离子表面活性剂1631，阳离子表面活性剂1227或阳离子表面活性剂1231中任意一种。
步骤（2）所述蛋白质为猪肉蛋白质，大豆蛋白质或鸡蛋蛋清蛋白质中任意一种。
步骤（2）所述蛋白酶为胰蛋白酶或胃蛋白酶中任意一种。
步骤（3）所述乳酸菌菌液为按重量份数计，依次取20～30份乳酸乳球菌，10～15份嗜热链球菌，70～80份水，10～20份番茄汁，2～3份蛋白胨，1～2份牛肉膏，1～2份葡萄糖，混合发酵，得乳酸菌菌液。
本发明的有益效果是：
（1）本发明先将碱减量后的腈纶纤维与乳酸菌菌液混合发酵，再将发酵后的碱减量腈纶纤维与络合了铁离子的浓缩液共同发酵，首先，腈纶纤维在经过碱减量处理后，腈纶纤维表面产生许多凹坑，并且活性基团数目增多，将碱减量后的腈纶纤维加入到乳酸菌菌液中共同发酵，乳酸菌菌种会吸附在纤维表面的凹坑中，加入浓缩液后，由于浓缩液中蛋白质在蛋白酶作用下裂解成许多小分子的多肽，乳酸菌会在多肽的作用下，不断发酵，生成较多的羧酸基团，从而使腈纶纤维表面的亲水基团数增多，腈纶纤维的吸水性得到提升，其次，所添加的浓缩液中络合了铁离子，当乳酸菌在多肽作用下发酵时，多肽络合的铁离子便会被腈纶纤维表面凹坑中的活性基团所吸附，由于铁离子对染料有促染作用，所以经发酵处理后的腈纶纤维染色性能得到提升；
（2）本发明在预处理腈纶纤维与浓缩液发酵时，添加正硅酸乙酯，当预处理腈纶纤维与浓缩液发酵时，体系中会产生大量羧酸基团，从而使整个体系呈酸性，由于正硅酸乙酯在酸性条件下会分解产生二氧化硅，并且预处理腈纶纤维表面凹坑中活性基团数量较多，从而使二氧化硅在腈纶纤维表面凹坑中发生反应，形成硅氧键，使改性后腈纶纤维的断裂强力得到提高。
具体实施方式
将腈纶纤维与质量分数为60%的氢氧化钠溶液按质量比1：10～1：15混合于烧杯中，并向烧杯中依次加入腈纶纤维质量0.15～0.25倍的分散剂和腈纶纤维质量0.2～0.3倍的促进剂，再将烧杯移入恒温测速磁力搅拌器，于温度为80～90℃，转速250～300r/min的条件下，恒温搅拌反应45～70min后，过滤，得1号滤饼，将1号滤饼用去离子水洗涤3～5次，得碱减量腈纶纤维，将蛋白质与水按质量比1：15～1：20混合于烧瓶中，依次加入蛋白质质量0.2～0.3倍的蛋白酶，蛋白质质量0.2～0.3倍的铁粉，将烧瓶移入恒温测速磁力搅拌器，于温度为28～35℃，转速为240～280r/min的条件下，恒温搅拌反应45～50min后，将烧瓶中物料移入旋转蒸发仪，于温度为45～50℃，转速为180～220r/min，压力为600～800Pa的条件下，旋蒸浓缩120～150min，得浓缩液，将碱减量腈纶纤维与乳酸菌菌液按质量比1：3～1：5混合于发酵釜中，于温度为32～38℃的条件下，恒温发酵6～8h后，过滤，得滤渣，将滤渣用水洗涤2～3次，得预处理腈纶纤维，将预处理腈纶纤维与浓缩液按质量比1：8～1：12混合于发酵釜中，并向发酵釜中加入预处理腈纶纤维质量0.15～0.35倍的正硅酸乙酯，于温度为30～40℃的条件下，恒温发酵4～5h后，过滤，得2号滤饼，将2号滤饼用水洗涤3～5次后，移入干燥箱，于温度为90～100℃的条件下，干燥45～60min，得改性腈纶纤维。所述分散剂为分散剂MF，分散剂CNF或分散剂5040中任意一种。所述促进剂为阳离子表面活性剂1631，阳离子表面活性剂1227或阳离子表面活性剂1231中任意一种。所述蛋白质为猪肉蛋白质，大豆蛋白质或鸡蛋蛋清蛋白质中任意一种。所述蛋白质酶为胰蛋白酶或胃蛋白酶中任意一种。所述乳酸菌菌液为按重量份数计，依次取20～30份乳酸乳球菌，10～15份嗜热链球菌，70～80份水，10～20份番茄汁，2～3份蛋白胨，1～2份牛肉膏，1～2份葡萄糖，混合发酵，得乳酸菌菌液。
实例1
将腈纶纤维与质量分数为60%的氢氧化钠溶液按质量比1：15混合于烧杯中，并向烧杯中依次加入腈纶纤维质量0.25倍的分散剂和腈纶纤维质量0.3倍的促进剂，再将烧杯移入恒温测速磁力搅拌器，于温度为90℃，转速300r/min的条件下，恒温搅拌反应70min后，过滤，得1号滤饼，将1号滤饼用去离子水洗涤5次，得碱减量腈纶纤维，将蛋白质与水按质量比1：20混合于烧瓶中，依次加入蛋白质质量0.3倍的蛋白酶，蛋白质质量0.3倍的铁粉，将烧瓶移入恒温测速磁力搅拌器，于温度为35℃，转速为280r/min的条件下，恒温搅拌反应50min后，将烧瓶中物料移入旋转蒸发仪，于温度为50℃，转速为220r/min，压力为800Pa的条件下，旋蒸浓缩150min，得浓缩液，将碱减量腈纶纤维与乳酸菌菌液按质量比1：5混合于发酵釜中，于温度为38℃的条件下，恒温发酵8h后，过滤，得滤渣，将滤渣用水洗涤3次，得预处理腈纶纤维，将预处理腈纶纤维与浓缩液按质量比1：12混合于发酵釜中，并向发酵釜中加入预处理腈纶纤维质量0.35倍的正硅酸乙酯，于温度为40℃的条件下，恒温发酵5h后，过滤，得2号滤饼，将2号滤饼用水洗涤5次后，移入干燥箱，于温度为100℃的条件下，干燥60min，得改性腈纶纤维。所述分散剂为分散剂MF。所述促进剂为阳离子表面活性剂1631。所述蛋白质为猪肉蛋白质。所述蛋白质酶为胰蛋白酶。所述乳酸菌菌液为按重量份数计，依次取30份乳酸乳球菌，15份嗜热链球菌，80份水，20份番茄汁，3份蛋白胨，2份牛肉膏，2份葡萄糖，混合发酵，得乳酸菌菌液。
实例2
将腈纶纤维与质量分数为60%的氢氧化钠溶液按质量比1：15混合于烧杯中，并向烧杯中依次加入腈纶纤维质量0.25倍的分散剂和腈纶纤维质量0.3倍的促进剂，再将烧杯移入恒温测速磁力搅拌器，于温度为90℃，转速300r/min的条件下，恒温搅拌反应70min后，过滤，得1号滤饼，将1号滤饼用去离子水洗涤5次，得碱减量腈纶纤维，将蛋白质与水按质量比1：20混合于烧瓶中，依次加入蛋白质质量0.3倍的蛋白酶，蛋白质质量0.3倍的铁粉，将烧瓶移入恒温测速磁力搅拌器，于温度为35℃，转速为280r/min的条件下，恒温搅拌反应50min后，将烧瓶中物料移入旋转蒸发仪，于温度为50℃，转速为220r/min，压力为800Pa的条件下，旋蒸浓缩150min，得浓缩液，将碱减量腈纶纤维与浓缩液按质量比1：12混合于发酵釜中，并向发酵釜中加入碱减量腈纶纤维质量0.35倍的正硅酸乙酯，于温度为40℃的条件下，恒温发酵5h后，过滤，得2号滤饼，将2号滤饼用水洗涤5次后，移入干燥箱，于温度为100℃的条件下，干燥60min，得改性腈纶纤维。所述分散剂为分散剂MF。所述促进剂为阳离子表面活性剂1631。所述蛋白质为猪肉蛋白质。所述蛋白质酶为胰蛋白酶。所述乳酸菌菌液为按重量份数计，依次取30份乳酸乳球菌，15份嗜热链球菌，80份水，20份番茄汁，3份蛋白胨，2份牛肉膏，2份葡萄糖，混合发酵，得乳酸菌菌液。
实例3
将腈纶纤维与质量分数为60%的氢氧化钠溶液按质量比1：15混合于烧杯中，并向烧杯中依次加入腈纶纤维质量0.25倍的分散剂和腈纶纤维质量0.3倍的促进剂，再将烧杯移入恒温测速磁力搅拌器，于温度为90℃，转速300r/min的条件下，恒温搅拌反应70min后，过滤，得1号滤饼，将1号滤饼用去离子水洗涤5次，得碱减量腈纶纤维，将蛋白质与水按质量比1：20混合于烧瓶中，依次加入蛋白质质量0.3倍的蛋白酶，蛋白质质量0.3倍的铁粉，将烧瓶移入恒温测速磁力搅拌器，于温度为35℃，转速为280r/min的条件下，恒温搅拌反应50min后，将烧瓶中物料移入旋转蒸发仪，于温度为50℃，转速为220r/min，压力为800Pa的条件下，旋蒸浓缩150min，得浓缩液，将碱减量腈纶纤维与乳酸菌菌液按质量比1：5混合于发酵釜中，于温度为38℃的条件下，恒温发酵8h后，过滤，得滤渣，将滤渣用水洗涤3次，得预处理腈纶纤维，将预处理腈纶纤维与浓缩液按质量比1：12混合于发酵釜中，于温度为40℃的条件下，恒温发酵5h后，过滤，得2号滤饼，将2号滤饼用水洗涤5次后，移入干燥箱，于温度为100℃的条件下，干燥60min，得改性腈纶纤维。所述分散剂为分散剂MF。所述促进剂为阳离子表面活性剂1631。所述蛋白质为猪肉蛋白质。所述蛋白质酶为胰蛋白酶。所述乳酸菌菌液为按重量份数计，依次取30份乳酸乳球菌，15份嗜热链球菌，80份水，20份番茄汁，3份蛋白胨，2份牛肉膏，2份葡萄糖，混合发酵，得乳酸菌菌液。
对比例：江苏某纺织有限公司生产的腈纶纤维。
将实例1至3所得腈纶纤维与对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
称取腈纶纤维约30g，加入到300mL一定浓度的NaOH溶液中，在一定温度下进行碱性水解，然后取出洗净、烘干、称重W1，再将干纤维放置在标准状态下几个小时后称重W2，计算纤维的回潮率：回潮率=（W2-W1）/W1×100%；采用LLY-06电子纤维强力仪测试腈纶的力学性能，实验拉伸长度为10.0mm，拉伸速度为10.0mm/min。具体检测结果如表1所示：
表1
检测内容 实例1 实例2 实例3 对比例
回潮率/% 6.72 5.44 5.58 1.83
断裂强度/cN 3.15 2.07 1.98 1.75
由表1检测结果可知，本发明所得腈纶纤维可有效提高腈纶纤维的吸湿性，同时对腈纶纤维的断裂强力也有提高。

Claims (6)

1.一种改性腈纶纤维的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将腈纶纤维与氢氧化钠溶液按质量比1：10～1：15混合，依次加入腈纶纤维质量0.15～0.25倍的分散剂和腈纶纤维质量0.2～0.3倍的促进剂，混合搅拌，过滤，洗涤，得碱减量腈纶纤维；
（2）将蛋白质与水按质量比1：15～1：20混合，依次加入蛋白质质量0.2～0.3倍的蛋白酶，蛋白质质量0.2～0.3倍的铁粉，混合搅拌，浓缩，得浓缩液；
（3）将碱减量腈纶纤维与乳酸菌菌液按质量比1：3～1：5混合，发酵，过滤，洗涤，得预处理腈纶纤维；
（4）将预处理腈纶纤维与氨基酸溶液按质量比1：8～1：12混合，并加入预处理腈纶纤维质量0.15～0.35倍的正硅酸乙酯，发酵，过滤，洗涤，干燥，即得改性腈纶纤维。
2.根据权利要求1所述的一种改性腈纶的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述分散剂为分散剂MF，分散剂CNF或分散剂5040中任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种改性腈纶的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述促进剂为阳离子表面活性剂1631，阳离子表面活性剂1227或阳离子表面活性剂1231中任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种改性腈纶的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述蛋白质为猪肉蛋白质，大豆蛋白质或鸡蛋蛋清蛋白质中任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种改性腈纶的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述蛋白酶为胰蛋白酶或胃蛋白酶中任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种改性腈纶的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述乳酸菌菌液为按重量份数计，依次取20～30份乳酸乳球菌，10～15份嗜热链球菌，70～80份水，10～20份番茄汁，2～3份蛋白胨，1～2份牛肉膏，1～2份葡萄糖，混合发酵，得乳酸菌菌液。
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