CN109402774B - 一种抗原纤化纤维素纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗原纤化纤维素纤维，所述抗原纤化纤维素纤维由纤维素/聚乙烯醇复合纤维与交联剂组成，交联剂与复合纤维通过化学键结合，抗原纤化纤维素纤维具有持久的抗原纤化能力。本发明还提供一种抗原纤化纤维素纤维的制备方法，本发明制备的纤维具有显著的抗原纤化效果，并且基本不会对纤维的力学性能造成影响。抗原纤化纤维素纤维通过纤维素和聚乙烯醇共溶解得到混联和后处理得到抗原纤化纤维素纤维。最终产品由纤维素/聚乙烯醇复合纤维合溶液，再从喷丝孔挤出、凝固、牵伸和水洗得到纤维，将其浸入含交联剂的溶液中再经过热干燥、热固化交和交联剂构成，交联剂与复合纤维通过化学键结合，使纤维具有持久的抗原纤化能力。
Description
技术领域
本发明属于纤维制造领域，涉及一种抗原纤化纤维素纤维及其制备方法。
背景技术
化学纤维的问世极大满足了人们对衣着、装饰和产业用纺织品的需求，但随着世界上石油储备量的减少，以石油为主要原料的合成纤维的开发也将受到限制。人们的焦点转向了可再生的纺织原料，而且随着人们对环境保护的关注，以可再生天然资源为原料开发人造纤维越来越受到重视。而纤维素是世界上含量丰富的可持续发展的可再生天然高分子材料，其化学特性比较稳定、具有良好的生物相容性和可降解再生性，价格便宜等优点。且纤维素纤维具有透气性、吸湿性、舒适性、染色性优良等特性，被广泛应用于服装、家纺、医用等领域。
传统的制备再生纤维素纤维的方法主要是粘胶法，但这种方法污染较大，能耗大，所以人们又开发了一种新的制备再生纤维素纤维的工艺，该工艺以NMMO为溶剂，利用与纤维素上的多羟基可产生氢键而使纤维素溶解，这是一种物理性溶解，然后以干湿法纺丝方法纺丝而成。在纺丝凝固浴、清洗槽中析出的NMMO可以回收、精制，溶剂回收率高达99％以上。这种工艺生产出来的再生纤维素纤维一般称为Lyocell，在Lyocell纤维的生产过程中由于省去了粘胶纤维生产中因加入二硫化碳等各种化学试剂而产生的大量废液、废气和废渣，以低毒的NMMO为溶剂，整个生产系统形成闭环回收再循环系统，没有废料排放，对环境无污染。
原纤化是Lyocell纤维的重要性质之一。由于Lyocell的独特的高度结晶结构，微晶之间侧向连接较弱，在纤维表面，纤维状单元上局部的分离被称为原纤化，主要在湿态摩擦的条件下发生。它给织物的生产和使用带来困难，使织物在染色、整理加工时会产生褶皱、擦伤和刮伤等，在使用过程中会产生起毛起球及色光变化等。
目前针对Lyocell纤维易产生原纤化的问题，主要通过对纤维进行后处理，主要有碱液、树脂和交联剂对纤维进行处理。利用这种方法已实现具有抗原纤化性能的Lyocell纤维的产业化生产。
专利CN103046146A报道了将离子液体作为溶剂来制备纤维素纤维，得到的纤维也有抗原纤化的效果，但这种方法溶剂回收困难，溶剂对设备腐蚀性大，难以工业化生产。
专利CN95192563.6A报道了具有三个丙烯酰胺基，优选为1,3,5-三丙烯酰胺基六氢化-1,3,5-三嗪的交联剂，与潮湿态溶液纺纤维素纤维反应，减少其原纤化倾向。专利CN98801507.2A报道了具有两个反应性基团的纺织助剂，优选为2,4-二氯-6-羟基三嗪钠盐的交联剂降低溶液纺纤维素纤维的原纤化倾向的方法。但这些工艺中使用的交联剂合成繁琐，价格昂贵，且交联剂不易长期存储，在使用中易发生水解，影响交联反应的效率和纤维抗原纤化性能的效果。
专利CN103306136A报道了一种交联剂组合物，其为分子量为400～1000的低聚多元酸和C2～C6多元酸以一定比例混合而成，虽然解决了交联剂合成繁琐，价格昂贵，不易存储、易水解的问题，但在对纤维进行处理过程中，处理温度高，且处理时间长，对纤维的力学性能造成较大的影响。
综上所述，现有技术中采用交联剂处理纤维，提高纤维的抗原纤能力，存在以下技术问题：
（1）处理温度高，且处理时间长；
（2）对纤维的力学性能造成较大的影响，降低纤维的断裂强度和伸长率等力学性能；
（3）普通的高温交联处理，使得纤维变得硬而脆，失去原有的柔软性；
（4）抗原纤效果不持久。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明先将纤维素与聚乙烯醇进行溶液共混及纺丝成型制备出纤维素/聚乙烯醇复合纤维，再将一种多元羧酸与催化剂组成的交联剂溶液对复合纤维进行处理，再经过热干燥、热固化及洗净烘干后得到抗原纤化纤维素纤维，以实现以下发明目的：
（1）降低处理温度、处理时间；
（2）减小交联剂处理对纤维的力学性能的影响；
（3）减小对纤维柔软性的影响；
（4）抗原纤效果持久。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种抗原纤化纤维素纤维，所述抗原纤化纤维素纤维由交联剂与纤维素/聚乙烯醇复合纤维通过化学键结合制得；抗原纤化纤维素纤维具有持久的抗原纤化能力。
所述交联剂为多元羧酸；
所述抗原纤化纤维素纤维，具有持久的抗原纤化能力；
所述纤维素/聚乙烯醇复合纤维中聚乙烯醇所占的质量比为1~10%，其中所述的聚乙烯醇聚合度为500-2000，且醇解度在99%以上。
如上所述的一种抗原纤化纤维素纤维，纤维素的聚合度为200~1800。
如上所述的一种抗原纤化纤维素纤维的制备方法，包括纤维素/聚乙烯醇复合纤维的制备，热干燥、热固化，洗净烘干；
所述纤维素/聚乙烯醇复合纤维的制备，将纤维素和聚乙烯醇溶解于N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）溶剂中得到共混纺丝液，将共混纺丝液经喷丝头挤出经过5-8cm的空气段，然后在水或含5-20% NMMO水溶液的凝固浴中凝固、再通过牵伸和水洗后得到纤维素/聚乙烯醇复合纤维；
所述热干燥、热固化，将纤维素/聚乙烯醇复合纤维浸入含有交联剂的溶液中，反应5-30s，进行热干燥、热固化；
所述含有交联剂的溶液为包含0.5~3wt%的交联剂与0.1~1wt%的催化剂的混合溶液。
所述的交联剂为多元羧酸，优选的，所述多元羧酸为琥珀酸、丙二酸、戊二酸、辛二酸、柠檬酸、对苯二甲酸、丙三羧酸、1,2,3,4-苯四甲酸、1,2,3,4-丁烷四羧酸中的一种。
所述的催化剂为无机磷酸盐，优选地，所述催化剂为磷酸钠、磷酸氢二钠、次亚磷酸钠中的一种或多种的混合物。
所述的热干燥温度为70~90℃，处理时间为3~5min；热固化交联温度为100~140℃，处理时间为1~3min；
所述洗净烘干，热固化交联后用去离子水反复洗涤干净，然后在80℃下烘干，得到抗原纤化纤维素纤维。
如上所述的一种抗原纤化纤维素纤维，复合纤维的单丝纤度为0.8~5.0dtex，断裂强度为1.5~4.5cN/dtex，伸长为5%~13%。
PVA与纤维素有良好的粘结力，PVA的添加增加了纤维素分子间的横向结合力，并且纤维素/聚乙烯醇复合纤维在含有交联剂的溶液中将交联剂及催化剂吸附在复合纤维上，再经过热干燥和固化的过程中，交联剂与PVA与纤维素分子链上羟基发生酯化反应而使纤维素分子链相互连接，以此共同达到达到抗原纤的效果。
所述的抗原纤化能力用原纤化指数I f 表示，其计算方法为：
式中，l为原纤长度；L为纤维长度。
本发明测试纤维原纤化的手段是用超声振荡法。
与现有技术相比，本发明取得以下有益效果：
（1）本发明制备的抗原纤化纤维素纤维，复合纤维的单丝纤度为0.8~5.0dtex，断裂强度为1.5~4.5cN/dtex，伸长为5%~13%。
（2）本发明制备的抗原纤化纤维素纤维，原纤化指数为0-2，断裂强度的保持率为95-98.9%，断裂伸长率的保持率为95-98.5%，并且纤维的柔软性几乎不受影响。在水洗50次以后，原纤化指数为0-3。
而普通的高温交联处理后，纤维的强度下降明显，强度保持率不到90%，但伸长保持率不到50%，纤维变得硬而脆，失去原有的柔软性。
（3）本发明制备的抗原纤化纤维素纤维，优选的技术效果为原纤化指数为0；和普通的不经过抗原纤化处理的Lyocell纤维相比，断裂强度保持率达95.3-98%以上，断裂伸长率的保持率达96-97%以上；并且纤维的柔软性不受影响。在水洗50次以后，原纤化指数依然为0。
具体实施方式
实施例1一种抗原纤化纤维素纤维的制备方法
包括以下步骤：
（1）制备纤维素/聚乙烯醇复合纤维
A、制备聚乙烯醇/NMMO溶液
将聚乙烯醇片状固体，加入50wt%的NMMO水溶液中，升温到95℃，搅拌溶解，再通过减压蒸馏的方式脱除溶液中的水至NMMO溶液的含水量在13%左右，制备聚乙烯醇/NMMO溶液；所述聚乙烯醇/NMMO溶液的浓度为5%。
B、制备纤维素/NMMO溶液
将聚合度为1000的纤维素浆粕经过活化处理、压榨，使之含水率为10wt%，得到活化后的纤维素浆粕；将活化后的纤维素浆粕与含水50%的NMMO溶液混合均匀，再通过减压蒸馏的方式脱除溶液中的水分直至纤维素完全溶解，此时溶液中水的含量为13%左右，得到的纤维素/NMMO溶液中纤维素的浓度为9%。
C、制备混合纺丝液
将聚乙烯醇/NMMO溶液溶液与纤维素/NMMO溶液充分混合均匀制备混合纺丝液；
所述纤维素与聚乙烯醇的质量比例为：90: 10；
所述的聚乙烯醇聚合度为1500，且醇解度在99%以上。
D、纺丝
将纺丝液经喷丝头挤出经过6cm的空气段，然后在含10% NMMO水溶液的凝固浴中凝固、再通过牵伸和水洗后得到纤维素/聚乙烯醇复合纤维。
制备的纤维素/聚乙烯醇复合纤维，聚乙烯醇的含量为10%。
（2）热干燥、热固化
将纤维素/聚乙烯醇复合纤维浸入含有交联剂的溶液中，反应5s，进行热干燥、热固化处理；所述的热干燥处理，温度为70℃，处理时间为5min；热固化交联温度为100℃，处理时间为3min。
所述含有交联剂的溶液为包含0.5wt%的交联剂与0.1wt%的催化剂的混合溶液。
所述含有交联剂的溶液，溶剂为水。
所述的交联剂为琥珀酸。
所述的催化剂为为磷酸钠。
（3）洗净烘干
热固化交联后用去离子水反复洗涤干净，然后在80℃下烘干，得到抗原纤化纤维素纤维。
实施例2一种抗原纤化纤维素纤维的制备方法
包括以下步骤：
（1）制备纤维素/聚乙烯醇复合纤维
采用实施例1的制备方法，改变之处为所述纤维素与聚乙烯醇的质量比例为：93:7；
制备的纤维素/聚乙烯醇复合纤维，聚乙烯醇的含量为7%。
（2）热干燥、热固化
将纤维素/聚乙烯醇复合纤维浸入含有交联剂的溶液中，反应15s，进行热干燥、热固化处理；所述的热干燥处理，温度为80℃，处理时间为4.5min；热固化交联温度为120℃，处理时间为2min。
所述含有交联剂的溶液为包含2wt%的交联剂与0.5wt%的催化剂的混合溶液。
所述含有交联剂的溶液，溶剂为水。
所述的交联剂为对苯二甲酸；
所述的催化剂为磷酸氢二钠。
（3）洗净烘干
热固化交联后用去离子水反复洗涤干净，然后在80℃下烘干，得到抗原纤化纤维素纤维。
实施例3一种抗原纤化纤维素纤维的制备方法
包括以下步骤：
（1）制备纤维素/聚乙烯醇复合纤维
采用实施例1的制备方法，改变之处为：
所述纤维素与聚乙烯醇的质量比例为：96:4；
制备的纤维素/聚乙烯醇复合纤维，聚乙烯醇的含量为4%。
（2）热干燥、热固化
将纤维素/聚乙烯醇复合纤维浸入含有交联剂的溶液中，反应20s，进行热干燥、热固化处理；所述的热干燥处理，温度为85℃，处理时间为4min；热固化交联温度为140℃，处理时间为3min。
所述含有交联剂的溶液为包含2.5wt%的交联剂与0.3wt%的催化剂的混合溶液。
所述含有交联剂的溶液，溶剂为水。
所述的交联剂为1,2,3,4-苯四甲酸。
所述的催化剂次亚磷酸钠。
（3）洗净烘干
热固化交联后用去离子水反复洗涤干净，然后在80℃下烘干，得到抗原纤化纤维素纤维。
实施例4一种抗原纤化纤维素纤维的制备方法
包括以下步骤：
（1）制备纤维素/聚乙烯醇复合纤维
采用实施例1的制备方法，改变之处为：
所述纤维素与聚乙烯醇的质量比例为： 99:1；
制备的纤维素/聚乙烯醇复合纤维，聚乙烯醇的含量为1%。
（2）热干燥、热固化
将纤维素/聚乙烯醇复合纤维浸入含有交联剂的溶液中，反应30s，进行热干燥、热固化处理；所述的热干燥处理，温度为90℃，处理时间为3min；热固化交联温度为150℃，处理时间为1min。
所述含有交联剂的溶液为包含3wt%的交联剂与0.8wt%的催化剂的混合溶液。
所述含有交联剂的溶液，溶剂为水。
所述的交联剂为1,2,3,4-丁烷四羧酸；
所述的催化剂为磷酸氢二钠。
（3）洗净烘干
热固化交联后用去离子水反复洗涤干净，然后在80℃下烘干，得到抗原纤化纤维素纤维。
对比例1
不进行抗原纤化处理，采用以下步骤制备Lyocell纤维：
A、制备纤维素/NMMO纺丝液
将聚合度为1000的纤维素浆粕经过活化处理、压榨，使之含水率为10wt%，得到活化后的纤维素浆粕；将活化后的纤维素浆粕与含水50%的NMMO溶液混合均匀，再通过减压蒸馏的方式脱除溶液中的水分直至纤维素完全溶解，在此过程中保持搅拌，此时溶液中水的含量为13%左右，得到的纤维素/NMMO溶液中纤维素的浓度为9%。
B、纺丝
将纺丝液经喷丝头挤出经过6cm的空气段，然后在含10% NMMO水溶液的凝固浴中凝固、再通过牵伸和水洗后得到Lyocell纤维。
上述实施例1-4及对比例1的结果：
对比例1制备的Lyocell纤维，单丝纤度为1.6dtex，断裂强度为4.5cN/dtex，断裂伸长率为10%，原纤化指数为15；
实施例1制备的抗原纤化纤维素纤维，单丝纤度为1.6dtex，断裂强度为4.45cN/dtex，断裂伸长率为9.85%，原纤化指数为2；
实施例2制备的抗原纤化纤维素纤维，单丝纤度为1.6dtex，断裂强度为4.29cN/dtex，断裂伸长率为9.6%，原纤化指数为0；
实施例3制备的抗原纤化纤维素纤维，单丝纤度为1.6dtex，断裂强度为4.41cN/dtex，断裂伸长率为9.7%，原纤化指数为0；
实施例4制备的抗原纤化纤维素纤维，单丝纤度为1.6dtex，断裂强度为4.08cN/dtex，断裂伸长率为7.1%，原纤化指数为0。
可见，实施例1对纤维力学性能的影响最小，但是原纤化指数为2；实施例4虽然原纤化指数为0，但是断裂强度的保持率降低至90%左右，断裂伸长率的保持率仅为71%；实施例2、3是优选的实施例，在降低原纤化指数为0的同时，对纤维的断裂强度和断裂伸长率的影响较小，保持率在95%以上。
由上述优选实施例概括得出，本发明优选的技术方案为：
一种抗原纤化纤维素纤维的制备方法
包括以下步骤：
（1）制备纤维素/聚乙烯醇复合纤维
其他制备方法同实施例1，改变之处为：
所述纤维素与聚乙烯醇的质量比例为：93-96:4-7；
制备的纤维素/聚乙烯醇复合纤维，聚乙烯醇的含量为4-7%。
（2）热干燥、热固化
将纤维素/聚乙烯醇复合纤维浸入含有交联剂的溶液中，反应15-20s，进行热干燥、热固化处理；所述的热干燥处理，温度为80-85℃，处理时间为4-4.5min；热固化交联温度为120-140℃，处理时间为2-3min。
所述含有交联剂的溶液为包含2-2.5wt%的交联剂与0.3-0.5wt%的催化剂的混合溶液。
所述含有交联剂的溶液，溶剂为水。
所述的交联剂为对苯二甲酸或1,2,3,4-苯四甲酸。
所述的催化剂为磷酸氢二钠或次亚磷酸钠。
（3）洗净烘干
热固化交联后用去离子水反复洗涤干净，然后在80℃下烘干，得到抗原纤化纤维素纤维。
所制备的抗原纤化纤维素纤维，原纤化指数为0，单丝纤度为1.6dtex，断裂强度为4.29-4.41cN/dtex，断裂伸长率为9.6-9.7%，和普通的不经过抗原纤化处理的Lyocell纤维相比，断裂强度保持率达95-98%以上，断裂伸长率的保持率达96-97%以上；并且纤维的柔软性不受影响；在水洗50次以后，原纤化指数依然为0。
Claims (3)
1.一种抗原纤化纤维素纤维，其特征在于，由纤维素/聚乙烯醇复合纤维与交联剂组成，交联剂与复合纤维通过化学键结合，抗原纤化纤维素纤维具有持久的抗原纤化能力；
所述纤维素/聚乙烯醇复合纤维中聚乙烯醇所占的质量比为4-7%；
所述纤维的制备方法，包括制备纤维素/聚乙烯醇复合纤维；热干燥、热固化；
所述热干燥、热固化，将纤维素/聚乙烯醇复合纤维浸入含有交联剂的水溶液中，反应15-20s，进行热干燥、热固化处理；所述的热干燥处理，温度为80-85℃，处理时间为4-4.5min；热固化交联温度为120-140℃，处理时间为2-3min；
所述含有交联剂的水溶液为包含2-2.5wt%的交联剂与0.3-0.5wt%的催化剂的混合溶液；
所述的交联剂为对苯二甲酸或1,2,3,4-苯四甲酸；
所述的催化剂为磷酸氢二钠或次亚磷酸钠。
2.根据权利要求1所述的抗原纤化纤维素纤维，其特征在于，其中所述的聚乙烯醇聚合度为500-2000，且醇解度在99%以上；所述纤维素的聚合度为200~1800。
3.根据权利要求1所述的一种抗原纤化纤维素纤维，其特征在于：所述制备纤维素/聚乙烯醇复合纤维，将纤维素和聚乙烯醇溶解于N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）溶剂中得到共混纺丝液，将共混纺丝液经喷丝头挤出经过5-8cm的空气段，然后在水或含5-20% NMMO水溶液的凝固浴中凝固、再通过牵伸和水洗后得到纤维素/聚乙烯醇复合纤维。
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