CN109234828A

CN109234828A - 一种溶剂法高湿模量棉纤维及其制备方法

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Publication number: CN109234828A
Application number: CN201810902424.5A
Authority: CN
Inventors: 王晓亮; 茆瑞金; 朱长丽; 王辉; 顾海朝; 姜琨; 汤杰
Original assignee: Shanghai Lyocell Fibre Research & Development Co Ltd; SHANGHAI DEFULUN CHEMICAL FIBER CO Ltd
Current assignee: Shanghai Lyocell Fibre Research & Development Co Ltd; SHANGHAI DEFULUN CHEMICAL FIBER CO Ltd; SHANGHAI LYOCELL FIBRE DEV CO Ltd
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2019-01-18

Abstract

本发明涉及纺织技术领域，具体是一种溶剂法高湿模量的棉纤维及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：活化，棉浆粕加入去离子水中，调节pH值，加入纤维素酶活化，加碱调节pH值；压榨，经真空脱水压榨；预溶解，加入含有质量百分比50‑88％的N‑甲基吗啉‑N‑氧化物水溶液；溶解，进入溶解设备，经加热抽真空，脱水、溶解、匀化、脱泡；过滤；纺丝，通过喷丝板喷出，采用干湿法纺丝成型；水洗；漂白；上油；烘干。本发明的制备方法，操作简单、无工业污染产生、能耗低且安全性能高，适用于大规模工业化连续性生产的溶剂法棉纤维制造；本方法制备的棉纤维既保留了棉纤维天然的物理和化学性能，又无有害化学残留物且具有较高的湿模量。

Description

一种溶剂法高湿模量棉纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及纺织技术领域，具体地说，是一种溶剂法高湿模量棉纤维及其制备方法。

背景技术

再生纤维素纤维发展形成了两大类产品，第一类是粘胶纤维，第二类是溶剂法再生纤维素纤维。粘胶纤维长期存在高能耗、高污染、工艺复杂等生产特性，使得国家不得不控制粘胶纤维的产量规模，且粘胶纤维的湿模量、干强度、湿强度较低成为它的劣势；溶剂法再生纤维素纤维的生产过程，采用N-甲基吗啉-N-氧化物为溶剂，整个生产过程无化学反应，生产无工业污染、能耗低、工艺简单，且溶剂法生产的纤维绿色环保，具有高湿模量、干强度、湿强度高的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溶剂法高湿模量棉纤维的制备方法。所述方法操作简单、无工业污染生产、能耗低、安全性能高，适用于大规模工业化连续性生产的溶剂法棉纤维制造。本发明的另一目的在于提供一种采用上述制备方法制备而成的溶剂法高湿模量棉纤维。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供一种溶剂法高湿模量的棉纤维的制备方法，由下述步骤组成：

(A)活化

将聚合度300-1500的棉浆粕，加入到去离子水中，调节pH值在4-6，加入纤维素酶进行活化，再加入碱，调节pH值在9-13，终止活化，得到浆粥；

原料浆粕的聚合度对纺丝成型和纤维成品指标性能有直接关系。原料浆粕聚合度过低，浆液到纺丝难以成型拉丝，所形成的纤维强度随聚合度降低而降低，低强度纤维易发生形变。原料浆粕聚合度过高，则用N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液溶解浆粕效果差，且溶解后的浆液粘度非常高，造成流动性差，纺丝成型和纺丝状态差。优选聚合度400-800的棉浆粕。

步骤A中首先调节pH值在4-6是因为纤维素酶必须在该条件下，活性最好，使浆粕中纤维素之间的化学分子键打开，待纤维素活化完成，调节碱液至pH值9-13，为了使纤维素酶失去活性，不再继续打开纤维素之间的分子键。

(B)压榨

将步骤A得到的浆粥经过真空脱水压榨，得到压榨后的含水率为质量百分比10-60％的纤维素；粉碎后的含水纤维素大小3cm*3cm；

在压榨阶段控制纤维素的含水率及控制纤维素大小状态都是为了在下一工段制得较稳定和均匀的预溶解浆液，只有预溶解浆均匀稳定，才能形成稳定的纺丝浆液。如果含水率太高，则会造成蒸汽能耗的增加，含水纤维素大小过大，会造成预溶解浆不均匀，浆液质量不稳定，影响纺丝成型。

(C)预溶解

将步骤B压榨后的含水纤维素加入含有质量百分比50-88％N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，得到预溶解浆；

采用质量百分比50-88％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，不但有利于浆粕溶胀，更利于溶解的均匀和浆液的稳定。浆液质量提高，才能做出高质量的成品。如果采用50％以下N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液水溶液，会造成下工段溶解时，溶解设备负担大，超过设备设计能力，无法溶解浆液，且低浓度造成溶解时电量、蒸汽能耗的增加。88％以上浓度的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液水溶液，现国内外还没有这个技术力量可以达到。

(D)溶解

将步骤C得到的预溶解浆进入溶解机后，经过加热抽真空，脱水、溶解、匀化、脱泡后，得到浆液；

(E)过滤

将步骤D的得到的浆液输送至过滤机，以去除浆粕原料中的杂质，得到过滤后的浆液；

(F)纺丝

将步骤E得到的过滤后的浆液经过增压泵输送，进入计量泵后，通过喷丝板喷出，采用干湿法纺丝成型，得到棉纤维；

(G)水洗

将步骤F得到的棉纤维输送至20-80℃水洗浴中进行洗涤；

(H)漂白

(I)上油

(J)烘干。

进一步的，本发明中的活化工艺流程简单，化工试剂添加少，整个流程1小时左右，耗时短，操作方便。具体如下：

调配工艺水→加入浆粕→调节ph值→加入纤维素酶→终止活化。

优选的，所述的步骤A中的去离子水电导率<5μs/cm²，pH值6-8，温度20-80℃。本发明的生产工艺对去离子水中的电导率含量必须低，电导率低，说明金属离子低，本发明中的金属离子高会造成浆粕制成浆液后，聚合度会快速大幅度下降，使浆液质量不可控、难以成型拉丝。

优选的，所述的步骤A的纤维素酶为液态纤维素酶。可选产品名称AL70，产品编号IPL 5B06610，供应商BIOPRACT。

具体的活化工艺流程包括以下步骤：

a、调配工艺水：采用去离子水；参数：电导率<5μs/cm²，pH值：6-8，温度：20-80℃；

b、加入浆粕：棉浆粕；参数：聚合度300-1500；

c、调节PH值：用酸碱调节；参数：pH值4-6；

d、加入纤维素酶：液态纤维素酶；参数：名称AL70、产品编号IPL5B06610、供应商BIOPRACT；

e、终止活化：加入碱调节PH值；参数：PH值9-13。

进一步的，在本发明中特别地增加了预溶解这一步骤，不但有利于稳定浆液质量，同时也有利于溶解。浆液质量得到提高，才能做出高质量的纤维。其中含水纤维素与50-88％N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液质量比为1:2-1:12，使浆粕溶胀，更利于溶解均匀和浆液的稳定。参数：出口温度50-90℃。预溶解浆中纤维素质量含量为8-12％，pH 8-12。

以上预溶解步骤的参数均是下工段制得稳定浆液的基础。含水纤维素与N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液质量比低于1:2，造成浆液不能完全溶解，含水纤维素与N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液质量比高于1:12，造成浆液粘度低，无法纺丝成型。出口温度低于50℃，造成下工段溶解时，蒸汽能耗成倍的增加，出口温度高于90℃，造成下工段溶解时提前溶解，溶解时间过长，浆液溶解过度，浆液变成不可用于纺丝的废料。纤维素质量含量低于8％，造成浆液粘度低，纺丝成型状态不佳，纤维素质量含量高于12％，造成浆液粘度高，纺丝成型状态不佳。pH值低于8时，造成N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液易分解，产生副产物，使纤维素不能正常溶解。

进一步的，所述的步骤D中的真空度为1.0kpa-15kpa，温度为60-120℃。这些参数均为制得稳定浆液基础。真空度低于1kpa，也是可以生产的，只是南方地区，海拔较低，设备很难达这么低的真空度。真空度高于15kpa，造成浆液溶解不完全，纺丝无法成型。温度低于60℃，需增加纤维素溶解成浆液的时间周期，使产能下降，单位时间成本就增加。温度高于120℃，造成生产过程危险性增加，长时间浆液静止状态，且高温，易发生爆炸。

进一步的，所述的步骤D中浆液中纤维素质量含量为11-15％。此参数为浆液用于纺丝成型的关键指标。纤维素质量含量低于11％，造成浆液粘度低，纺丝成型状态不佳，纤维素质量含量高于15％，造成浆液粘度高，纺丝成型状态不佳。

进一步的，所述的步骤F中的纺丝速度35-100m/min，纺丝气隙5-50mm，纺丝吹风温度10-30℃，纺丝吹风流量100-500L/H，吹风相对湿度50-80％，凝固浴质量浓度10-30％，凝固浴的温度5-30℃。这些参数为该工段纺丝成型的技术包参数，必须相互结合，缺任何一个技术参数，好的浆液质量也无法纺丝成型好、纤维的物理指标好。

进一步的，所述的步骤G中采用去离子水进行洗涤。纤维经过水清洗后，回收溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物，提高溶剂的回收率。

进一步的，所述的步骤H中采用双氧水漂白，其中双氧水循环质量浓度0.05-1.0％，双氧水循环pH值8-13。双氧水循环温度75℃，稳定剂可选LAVATEX9188和DELINOL9258，制造商：Dr.Th.bohme KG，Chem.Fabrik Gmbh&Co。水洗后的纤维，经过双氧水和稳定剂的漂白，达到要求的白度。双氧水是一种强氧化剂，有很强烈的氧化和增白作用，这些参数是经过一定的摸索后得出的技术参数，以确保纤维在经过双氧水漂白后，对单纤维指标损伤最低。

进一步的，所述的步骤I中的油剂循环质量浓度0.5-5％，油剂循环pH值6-9，油剂循环温度20-80℃。油剂可选LeminOR，LeminWG，LeminAN，制造商：CLARIANT。漂白后的纤维，经过上油后，达到要求的上油率。该三种油剂在pH值不在6-9范围内，会产生变质，使有效成分降低。温度不能大于80℃，大于80℃以上会产生变质和有效成分降低。质量浓度是根据客户对纤维含油的要求进行添加。

进一步的，所述的步骤J中烘干的温度30-150℃。将上油后的纤维，通过加热，达到要求的纤维含水率。我公司使用的是4个烘箱串联，每个烘箱单独控制温度，该烘干的温度是保证产品含水率达到出厂要求。因各家的烘干形式不同，温度控制范围应有差异。

以上步骤从(A)活化到(F)纺丝为本发明的关键步骤。创新点：使用这些步骤生产出的产品，生产过程属于低于路线更安全、生产出的产品质量指标稳定。举例：取消(A)活化过程，在(D)溶解就无法溶解成能用于纺丝成型的浆液，也生产不出溶剂法高湿模量棉纤维，通俗的讲就是溶解的浆液不合格的，属于废料。原因为浆粕在(A)活化步骤，会打开纤维素分子与分子之间的化学分子键，这使得在(C)预溶解时，50-88％N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液能够均匀进入纤维分子内部，配合(D)溶解的工艺，才能制成用于纺丝的浆液。实验结果，本发明在生产线上已多次试验，也是通过反复参数调整以及摸索优化，最终才纺出了溶剂法高湿模量棉纤维。

本发明的第二方面，提供一种溶剂法高湿模量棉纤维，所述的溶剂法高湿模量棉纤维采用如上所述的制备方法制备而成。

本发明优点在于：

1、采用本发明制备方法，操作简单、无工业污染生产、能耗低、安全性能高，适用于大规模工业化连续性生产的溶剂法棉纤维制造；

2、采用本发明制备方法，不会破坏棉纤维的天然特性，依据本方法制备的棉纤维，能够有效保持其原有弹性、吸湿性、柔软性；

3、采用本发明制备的棉纤维，既保留了棉纤维天然的物理和化学性能，又没有有害的化学残留物，从而保证了穿着安全；

4、采用本发明制备的棉纤维，具有较高的湿模量，其湿模量≥15cn/dtex，采用本发明制备的棉纤维所制成品吸湿排汗性好、透气性好、穿着舒适、手感柔软、利于连续染色、便于印染，利于生产高端织物。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

实施例1：

本发明的一种溶剂法高湿模量棉纤维的制备方法，由下述步骤组成：

(1)活化

此活化工艺流程简单，化工试剂添加少，整个流程1小时左右，耗时短，操作方便。具体如下：

调配工艺水→加入浆粕→调节ph值→加入纤维素酶→终止活化；

调配工艺水：采用去离子水；参数：电导率<5μs/cm²，pH值：6-8，温度：20-80℃；

加入浆粕：棉浆粕；参数：聚合度300-1500；

调节pH值：用酸碱调节；参数：pH值4-6；

加入纤维素酶：液态纤维素酶；参数：名称AL70、产品编号IPL5B06610、供应商BIOPRACT；

终止活化：加入碱调节pH值；参数：pH值9-13。

(2)压榨

浆粥经过真空脱水压榨后，得到工艺要求的含水率；参数：含水纤维素的含水质量百分比10-60％，粉碎后的含水纤维素大小3cm*3cm。

(3)预溶解

在本发明中特别地增加了预溶解这一步骤，不但有利于稳定浆液质量，同时也有利于溶解。浆液质量得到提高，才能做出高质量的纤维。其步骤具体如下：经压榨后的含水纤维素加入50％-88％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，其中含水纤维素与50-88％N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液质量比为1:2-1:12，使浆粕溶胀，更利于溶解均匀和浆液的稳定；参数：出口温度50-90℃，预溶解浆组成:纤维素8-12％、pH值8-12。

(4)溶解

经预溶解机后的混合液进入溶解机后，经过加热抽真空，脱水、溶解、匀化、脱泡后达到琥珀色透明均质的浆液；参数：真空度1.0kpa-15.0kpa，温度60-120℃，浆液组成：纤维素质量含量为11-15％。

(5)过滤

将上述浆液输送至过滤机，以去除浆粕原料中的杂质，得到过滤后的浆液；

(6)纺丝

过滤后的浆液通过增压泵输送，进入计量泵后，通过喷丝板喷出，用干湿法纺丝成型；参数：纺丝速度35-100m/min，纺丝气隙5-50mm，纺丝吹风温度10-30℃，纺丝吹风流量100-500L/H，吹风相对湿度50-80％，凝固浴浓度10-30％，凝固浴的温度5-30℃。

(7)水洗

水洗将纤维经过水清洗后，回收溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物，提高溶剂的回收率；参数：水洗温度20-80℃。

(8)漂白

水洗后的纤维，经过双氧水和稳定剂的漂白，达到要求的白度；参数：双氧水循环浓度0.05-1.0％，双氧水循环pH值8-13，双氧水循环温度75℃，稳定剂为LAVATEX9188和DELINOL9258，制造商：Dr.Th.bohme KG，Chem.Fabrik Gmbh&Co。

(9)上油

漂白后的纤维，经过上油后，达到要求的上油率；参数：油剂循环浓度0.5-5％，油剂循环pH值6-9，油剂循环温度20-80℃，油剂为LeminOR，LeminWG，LeminAN，制造商：CLARIANT。

(10)烘干

将上油后的纤维，通过加热，达到要求的纤维含水率；参数：烘干温度30-150℃。

实施例2：棉型纤维：

将聚合度500的棉浆粕，加入到电导率<5μs/cm²，pH值：6.8，温度：50℃的工艺水中，调节pH值在5，加入纤维素酶活化一小时，加入氢氧化钠终止活化，调节pH值在10.5，终止活化后的浆粥经过真空脱水压榨后，控制含水纤维素的含水质量百分比48％，粉碎为的3cm*3cm的颗粒，加入81％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，其中含水纤维素与N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液质量比为1:4，使浆粕溶胀，出口温度70℃，预溶解浆组成：纤维素11.5％、pH 9.5，经预溶解机后的混合液进入溶解机后，控制真空度4.0kpa，浆液组成：纤维素13.8％。

浆液经过增压泵输送，通过喷丝板喷出，用干湿法纺丝成型，纺丝速度50m/min，纺丝气隙10mm，纺丝吹风温度14℃，纺丝吹风流量250L/H，吹风相对湿度50％，凝固浴浓度15％，凝固浴温度10℃，将纤维经过水清洗后，水洗温度60℃，水洗后的纤维，经过双氧水和稳定剂的漂白，双氧水循环浓度0.30％，双氧水循环pH值10.8，双氧水循环温度75℃，漂白后的纤维，经过上油后，油剂循环浓度1.0％，油剂循环pH值6.5，油剂循环温度50℃，将上油后的纤维烘干，温度125℃，得出的成品纤维：纤度在1.58dtex，干断裂强度3.6cN/dtex，湿断裂强度3.1cN/dtex，干断裂伸长率15.8％，湿断裂伸长率18.2％，湿模量15.6cN/dtex，干强变异系数10％，白度68％，含油0.23％，回潮11.2％。

实施例2：中长型纤维：

将聚合度550的棉浆粕，加入到电导率<5μs/cm²，pH值：6.0，温度：50℃的工艺水中，调节pH值在4.5，加入纤维素酶活化一小时，加入氢氧化钠终止活化，调节pH值在11，终止活化后的浆粥，经过真空脱水压榨后，控制含水纤维素的含水质量百分比53％，粉碎为的3cm*3cm的颗粒，加入85％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，其中含水纤维素与N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液质量比为1:3，使浆粕溶胀，出口温度68℃，预溶解浆组成：纤维素9.5％、pH9.0，经预溶解机后的混合液进入溶解机后，控制真空度3.0kpa，浆液组成：纤维素11.2％。

浆液经过增压泵输送，通过喷丝板喷出，用干湿法纺丝成型，纺丝速度40m/min，纺丝气隙20mm，纺丝吹风温度16℃，纺丝吹风流量350L/H，吹风相对湿度60％，凝固浴浓度15％，凝固浴温度10℃，将纤维经过水清洗后，水洗温度40℃，水洗后的纤维，经过双氧水和稳定剂的漂白，双氧水循环浓度0.35％，双氧水循环pH值10.5，双氧水循环温度75℃，漂白后的纤维，经过上油后，油剂循环浓度1.8％，油剂循环pH值7.0，油剂循环温度50℃，将上油后的纤维烘干，温度110℃，得出的成品纤维：纤度在2.18dtex，干断裂强度3.43cN/dtex，湿断裂强度3.08cN/dtex，干断裂伸长率15.2％，湿断裂伸长率17.4％，湿模量16.3cN/dtex，干强变异系数10％，白度65％，含油0.25％，回潮10.5％。

实施例3：毛型纤维：

将聚合度600的棉浆粕，加入到电导率<5μs/cm²，pH值：7.3，温度：50℃的工艺水中，调节pH值在5.2，加入纤维素酶活化一小时，加入氢氧化钠终止活化，调节pH值在11.5，终止活化后的浆粥经过真空脱水压榨后，控制含水纤维素的含水质量百分比50％，粉碎为的3cm*3cm的颗粒，加入60％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，其中含水纤维素与N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液质量比为1:7，使浆粕溶胀，出口温度68℃，预溶解浆组成：纤维素10.3％、pH10，经预溶解机后的混合液进入溶解机后，控制真空度5.0kpa，浆液组成：纤维素12.5％。

浆液经过增压泵输送，通过喷丝板喷出，用干湿法纺丝成型，纺丝速度35m/min，纺丝气隙35mm，纺丝吹风温度18℃，纺丝吹风流量500L/H，吹风相对湿度68％，凝固浴浓度23％，凝固浴温度13℃，将纤维经过水清洗后，水洗温度50℃，水洗后的纤维，经过双氧水和稳定剂的漂白，双氧水循环浓度0.5％，双氧水循环pH值11.5，双氧水循环温度75℃，漂白后的纤维，经过上油后，油剂循环浓度3.0％，油剂循环pH值7.9，油剂循环温度55℃，将上油后的纤维烘干，温度105℃，得出的成品纤维：纤度在3.51dtex，干断裂强度3.28cN/dtex，湿断裂强度2.85cN/dtex，干断裂伸长率15.4％，湿断裂伸长率17.8％，湿模量17.9cN/dtex，干强变异系数10％，白度60％，含油0.3％，回潮11％。

实施例4：纤维指标的测试：

测试实施例1-3生产的溶剂法高湿模量棉纤维的性能，与粘胶棉纤维、粘胶棉、竹混合纤维性能比较，具体参数见下表1：

表1

由上述数据可以看出采用本发明制备的棉纤维，具有较高的湿模量，其湿模量≥15cN/dtex。纤维的干断裂强度和湿断裂强度高。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种溶剂法高湿模量的棉纤维的制备方法，其特征在于，由下述步骤组成：

(A)活化

(B)压榨

将步骤A得到的浆粥经过真空脱水压榨，得到压榨后的含水率为质量百分比10-60％的纤维素；

(C)预溶解

将步骤B压榨后的含水纤维素加入含有质量百分比50-88％N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，得到预溶解浆；其中含水纤维素与50-88％N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液质量比为1:2-1:12；

(D)溶解

(E)过滤

(F)纺丝

(G)水洗

将步骤F得到的棉纤维输送至20-80℃水浴中进行洗涤；

(H)漂白

(I)上油

(J)烘干。

2.根据权利要求1所述的溶剂法高湿模量的棉纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤C中出口温度50-90℃；预溶解浆中纤维素质量含量为8-12％，pH 8-12。

3.根据权利要求1所述的溶剂法高湿模量的棉纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤D中的真空度为1.0kpa-15kpa，温度为60-120℃。

4.根据权利要求1所述的溶剂法高湿模量的棉纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤D中浆液中纤维素质量含量为11-15％。

5.根据权利要求1所述的溶剂法高湿模量的棉纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤F中的纺丝速度35-100m/min，纺丝气隙5-50mm，纺丝吹风温度10-30℃，纺丝吹风流量100-500L/H，吹风相对湿度50-80％，凝固浴浓度10-30％，凝固浴的温度5-30℃。

6.根据权利要求1所述的溶剂法高湿模量的棉纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤G中采用去离子水进行洗涤。

7.根据权利要求1所述的溶剂法高湿模量的棉纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤H中采用双氧水漂白，其中双氧水循环浓度0.05-1.0％，双氧水循环pH值8-13；双氧水循环温度75℃。

8.根据权利要求1所述的溶剂法高湿模量的棉纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤I中的油剂循环浓度0.5-5％，油剂循环pH值6-9，油剂循环温度20-80℃。

9.根据权利要求1所述的溶剂法高湿模量的棉纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤J中烘干的温度30-150℃。

10.一种溶剂法高湿模量棉纤维，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的制备方法制备而成。