CN109487362B - 一种无机阻燃相变储能纤维素纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无机阻燃相变储能纤维素纤维,所述纤维由内层和外层两部分组成,内层分布有阻燃剂多孔成分以及形成的微空腔结构,外层中含相变微胶囊和植物源成分。纤维的熔融焓值为25J/g以上,熔融温度为28‑32℃,结晶焓值为24.5J/g以上,结晶温度为27‑22℃,本发明制备的纤维,调温保温效果优良,在20‑40℃的升温阶段,纤维在28℃开始吸收热量,自身升温速率逐渐减慢。30℃时与同样条件下的普通纤维温差最大,可达7‑8℃。升温开始发生相变过程中,相变纤维比普通纤维平均低3℃。在40‑20℃的降温阶段,调温纤维在27℃开始释放热量,自身降温速率逐渐减慢。24℃时与普通纤维温差最大,可达6‑7℃。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维素纤维及其制备方法,特别是一种无机阻燃相变储能纤维素纤维及其制备方法。
背景技术
在国家对安全的重视和对安全法律法规的不断健全,特别是中国工程院《高性能纤维及其制品发展战略研究》项目和国家863项目的推动下,我国的阻燃纤维与其他高性能纤维一样,得到了快速发展。包括间位芳纶、芳砜纶、聚芳噁二唑纤维、高强阻燃维纶、聚酰亚胺纤维及聚四氟乙烯纤维等,这些纤维有的达到了成熟的工业化生产,有的开始进入工业化生产。
在我国国产阻燃纤维基本成熟的大背景下,我国阻燃防护服标准首次将面料阻燃性能分为A、B、C三个等级,其中对A级提出了热防护系数要求,以及50次水洗的耐洗要求。这种高等级的阻燃防护服只能由本质阻燃纤维来承担。
目前来看,生产的本质阻燃纤维产品种类已经较多,比如专利号为
CN201510677966.3,专利名称为着色无机阻燃再生纤维素纤维及其制备方法的本质阻燃纤维专利公开了通过液体阻燃剂的使用,纤维的过滤性、可纺性和成品指标有了很大提高,同时生产成本显著下降,每吨成本降500-1200元。通过有色纤维工艺与阻燃工艺的结合,与常规阻燃纤维相比,大大减少了后期染色造成纤维物理性能的损失,物理性能优于后期染色纤维20%-40%。但是该产品由于采用的液体阻燃剂直接用于工业生产,在长途运输和产品后期混合、溶解过程中产生大量的气泡,同时由于液体阻燃剂与粘胶溶液混合较为困难,造成延长了脱泡工序和混合溶解工序的时间,降低了生产效率。
此外,燃烧一般伴随着高温,高温给着装人员带来巨大的痛苦,比如消防员,温度的瞬间升高,往往会到达人体的感受极限,从而做出不合理的本能反应,严重威胁到生命安全。目前来看,没有将阻燃性能和延迟温度变化的功能结合在一起的再生纤维素纤维产品。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种无机阻燃相变储能纤维素纤维及其制备方法,以实现以下发明目的:
1、本发明制备的纤维,外层均匀分布着相变微胶囊,内层均匀分布着微空腔和阻燃剂多孔成分,调温、保温、阻燃效果优良。
2、本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维的制备方法,减少液体阻燃剂在长途运送和后期与粘胶纺丝液混合、溶解过程中产生的大量气泡,可降低脱泡工序的时间,提高工作效率。
3、本发明采用的工艺可以使加入的阻燃乳液改性剂迅速与粘胶纺丝溶液混合,提高生产效率。
4、本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维,由于纤维中阻燃剂最终为多孔二氧化硅,除臭性能优良,对醋酸、氨气、甲醛的吸附率达到90%以上。
5、本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维,同时具有强阻燃和延缓温度剧烈变化的作用,提高人体感受极限,同时,经100次水洗后,外层微胶囊与植物源成分的损失率仅为0.4-0.7%。
6、本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维通过植物源浴液的制备,加入荷叶和其它植物源纤维素成分,进一步提高纤维的抗抑菌性能。
为了实现上述发明目的,本发明采用的技术方案是:
一种无机阻燃相变储能纤维素纤维,所述纤维由内层和外层两部分组成,内层为磺酸盐法工艺纺丝的纤维,内层分布有微空腔和阻燃剂多孔成分,外层为LiCl/ DMAc溶剂法均涂成型的纤维皮层;外层纤维皮层中含相变微胶囊和植物源成分;其中内层占纤维干态总重量的65-75%,外层占纤维总重量的25-35%;所述无机阻燃相变储能纤维素纤维极限氧指数LOI≥38%以上。纤维内层存有一定数量的微空腔和阻燃剂成分,可以使纤维在日常使用过程中,阻燃剂成分不易随水洗等使用而流失,使纤维的阻燃性能良好;外层纤维中含有相变微胶囊成分,可以产生直接的接触凉、热感觉特性,结合再生纤维素纤维特有的悬垂性,柔软性,让人感觉舒爽自然;本发明中描述的植物源成分是指通过特殊的工艺处理将植物的叶片或果实降解、溶解后再生的物质,具体参见说明书中描述。
合适比例的内外层分布,可以使制备的纤维兼具功能性与物理性能,即同时具有良好的阻燃、相变吸放热性能,又具有良好的湿模量和干、湿强度;外层的占比过大,使大线生产难度加大,外层占比过小,制备的纤维的功能性受到影响。
采用本发明工艺制备的纤维干强在3.3-4.3cN/dtex,干伸14.0-16.5%,湿模量0.88-0.95 cN/dtex。本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维,水洗100次后,纤维极限氧指数LOI≥35%。
一种无机阻燃相变储能纤维素纤维的制备方法,具体生产工艺包括以下步骤:
一、粘胶纺丝液的制备
1、浆粕经浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化,然后在溶解工序粘胶纺丝液中加入阻燃乳液改性剂,后经过滤、脱泡、熟成后,制成常规磺酸盐法粘胶纺丝液;所述粘胶纺丝液指标为:含碱:3.5±0.2%,甲纤:7.3±0.2%,熟成度:12-15ml(15%的氯化铵),粘度50-60S;
进一步的,所述阻燃乳液改性剂的配置方法:将碳酸氢钠:碳酸钠:阻燃乳液改性剂按照比例混合后,加入6倍重量的水,加入分散剂后在60±3℃搅拌2h;
进一步的,所述碳酸氢钠:碳酸钠:阻燃乳液改性剂的质量比为2:1-3:10-20;
进一步的,所述阻燃乳液改性剂包括阻燃剂原液、磷酸三钠、2-氯乙基磺酸钠;
优选的,所述阻燃乳液改性剂中阻燃剂原液、磷酸三钠、2-氯乙基磺酸钠、的质量比为10-15:2-5:2-5;阻燃乳液改性剂中的特定的组分比例可以使阻燃剂原液的用量最少,同时达到最好的阻燃效果;所述阻燃剂原液为硅酸钠的水溶液,浓度为30-45%,硅酸钠中二氧化硅含量为12-20%,模数1.5-3.5。
进一步的,所述阻燃乳液改性剂的制备方法:将阻燃剂原液加热到50-60℃,然后加入磷酸三钠,并快速搅拌溶解,搅拌速度为200-300r/min,至拌剂溶液中没有大颗粒后,降温至20-30℃,加入2-氯乙基磺酸钠,搅拌速度下降为30-50r/min,至完全溶解,静置20-40min。
进一步的,所述阻燃乳液改性剂的加入量为粘胶纺丝液中甲纤重量的20-40%。阻燃乳液改性剂的加入减少了液体阻燃剂在长途运送和后期与粘胶纺丝液混合、溶解过程中产生的大量气泡,大幅度降低了脱泡工序的时间,减少脱泡工序时间50-60%,提高了工作效率;同时提高了混合效率,本发明采用的阻燃乳液改性剂可以使加入的阻燃乳液改性剂迅速与粘胶纺丝溶液混合,混合效率提高30%以上,大幅度提升了生产效率。
二、植物源浴液的制备
1、干态叶片A制备
将鲜叶片粉碎至6-8mm后,平铺在链板上,厚度为10-15mm,喷淋氯化钴的水溶液后,室温下采用紫外线照射2-3h后,进行烘干后得到含水率在0.3-0.8%的干态叶片A;天然的叶片聚合度较高,氯化钴水溶液可以加速纤维素降解,降解为下一步溶解做准备。
进一步的,所述氯化钴的水溶液浓度为0.2-0.3g/l,加入量为氯化钴为干态叶片A重量的0.02-0.03%;
所述紫外线的波长在3100-3400Å,能量为135-140kcal。
2、片状叶片B制备
将干态叶片A经超声波破碎2-3h后得到3-4mm的片状叶片B;所述超声波破碎时,输出频率为33-38KHz。超声粉碎的目的一是进一步对天然叶片进行粉碎,二是降解天然叶片中纤维素的聚合度。
3、植物源浴液C制备
将片状叶片B加入到DMAC溶剂中,然后加入少量的催化剂,在150±2℃的环境温度中加热1-2h进行活化后,活化完成后,冷却到95±2℃,然后补加DMAC和LiCL,制成活化液;在活化液中加入负电改性剂和相变微胶囊,不断搅拌2-3h至凝胶状后停止,在25±2℃温度下放置得到固含物为8.6±0.2%的溶液加入槽中作为植物源浴液C;所述相变微胶囊的加入量为固含物质量的10-20%;
所述相变微胶囊为市售,江苏汉诺斯化学品有限公司生产,品牌货号为HANS®PCM-SET。
所述叶片为荷叶和茶叶片、蒲公英叶片、柯子片的一种或几种;
所述活化液中DMAC的浓度控制在94±1%,LiCL的浓度控制在6±1%,控制水分含量0.5-1%;活化液中各组分的浓度、水分含量是针对于天然叶片这个成分较为杂的溶解物进行的适当调整,一是降低因为天然叶片的聚合度大且分布不均带来的影响,二是保护天然叶片中的有益功能成分不被破坏。
所述催化剂为氯化钴与高锰酸钾组成的混合物,比例为1:1.5-2;所述催化剂的加入量为所述片状叶片B的0.01-0.03%;催化剂可进一步快速的降低叶片中各组分的聚合度。
所述负电改性剂为BTCA盐与环糊精组成的混合物,其中BTCA盐与环糊精的重量比为3:1;
所述负电改性剂的加入重量为片状叶片B重量的0.3-0.5%。
三、双成型纺丝
将粘胶纺丝液通入凝固浴Ⅰ中成型,后经喷头牵伸、盘间牵伸、二浴牵伸后得初生纤维丝束;然后将初生丝束分别经过脱硫槽、水洗槽Ⅰ、后牵伸至微波烘干机烘至绝干后进入C浴液槽,经过植物源浴液C,滞留一定时间;使初生纤维丝束表面均匀涂覆植物源浴液C;最后再经过凝固浴Ⅱ经双向再生后经过三浴牵伸、上油、切断、烘干得到成品纤维;
进一步的,所述初生纤维丝束在C浴液槽的滞留时间5-8s;滞留时间与制成的纤维的内外层的分布、纤维的强力有很大的关系;滞留时间过长,初生纤维丝束容易被植物源浴液溶解,造成制成的纤维强力相对较低;滞留时间短,制备的纤维外层比例较小,则不能达成本发明的发明目的。
所述凝固浴Ⅰ的组成为:H3PO4 :70-85g/l,NaH2PO4 40-60g/l,阳离子纤维素JR-400(广州南嘉化工科技有限公司销售)5-10g/l,温度:65±3℃;采用
所述喷头牵伸为25-35%,盘间牵伸为:20-30%;
所述二浴牵伸为18-25%,温度100-120℃,H3PO4浓度为3-5g/l;合适的磷酸浓度可以避免后面氧化对叶片功能成分的破坏。
凝固浴Ⅰ和二浴牵伸中采用酸性相对较弱的磷酸作为成型酸,当改性助剂浆料遇到磷酸时,在纤维内部缓慢形成微空腔,特别是弱酸更有利于初生纤维丝束内部微空腔的形成,且形成的微空腔较小,不影响纤维的强力,也进一步有利于内外层的结合的牢度、初生纤维丝束的阳离子改性和提高制备的纤维的吸湿性能。
所述凝固浴Ⅱ中乙醇含量1-2%,剩余为去离子水;所述凝固浴Ⅱ温度为40±3℃;
所述三浴牵伸为10-12%,温度为80±3℃。
由于采用了上述技术方案呢,本发明达到的技术效果是:
1、本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维,调温、保温效果优良,在20-40℃的升温阶段,纤维在28℃开始吸收热量,自身温度变化速率逐渐减慢; 30℃时与同样条件下的普通纤维温差最大,可达7-8℃。升温发生相变过程中,比普通纤维平均低3℃,在40-20℃的降温阶段,相变纤维在27℃开始释放热量,自身降温速率逐渐减慢;24℃时与普通纤维温差最大,可达6-7℃。在温度下降发生相变过程中,相变纤维比普通纤维平均高2.8℃,并且维持2.6小时以上。
2、本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维,纤维干强3.3-4.3cN/dtex,干伸14.0-16.5%,湿模量0.88-0.95 cN/dtex,纤维的熔融焓值为25J/g以上,熔融温度为28-32℃,结晶焓值为24.5J/g以上,结晶温度为27-22℃。
3、本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维具有非常好的阻燃性能和防水洗阻燃性能、由于纤维中阻燃剂最终为多孔二氧化硅,除臭性能优良,对醋酸、氨气、甲醛的吸附率达到90%以上。同时具有强阻燃和延缓温度剧烈变化的作用,提高人体感受极限,同时,经100次水洗后,外层微胶囊与植物源成分的损失率仅为0.4-0.7%,阻燃极限氧指数仍35%以上。
4、本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维的制备方法,减少了液体阻燃剂在长途运送和后期混合、溶解过程中产生的大量气泡,大幅度降低了脱泡工序的时间,减少脱泡工序时间50-60%,提高了生产效率。
5、本发明采用的阻燃乳液改性剂使加入的阻燃乳液改性剂迅速与粘胶纺丝溶液混合,混合效率提高30%以上。
6、本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维,极限氧指数LOI 38%以上。
7、本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维,由内层和外层两部分组成,内层分布有阻燃剂成分,外层含相变微胶囊成分;纤维内层存有一定数量的微空腔和阻燃剂多孔成分,可以使纤维在日常使用过程中,阻燃剂成分不易随水洗等使用而流失,使纤维的阻燃性能良好;外层纤维中含有相变微胶囊成分,可以产生直接的感觉特性。
8、本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维通过植物源浴液的制备,加植物源纤维素成分,进一步提高了纤维的抗抑菌性能与感觉特性。
具体实施方式
实施例1 一种无机阻燃相变储能纤维素纤维的制备方法,具体生产工艺包括以下步骤:
一、粘胶纺丝液的制备
1、浆粕经浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化,然后在溶解工序粘胶纺丝液中加入阻燃乳液改性剂,后经过滤、脱泡、熟成后,制成常规磺酸盐法粘胶纺丝液;粘胶纺丝液指标为:含碱:3.5±0.2%,甲纤:7.3±0.2%,熟成度:12ml(15%的氯化铵),粘度55S。
阻燃乳液改性剂的配置方法:将碳酸氢钠:碳酸钠:阻燃乳液改性剂按照比例混合后,加入6倍重量的水,加入分散剂后在60±3℃搅拌2h;碳酸氢钠:碳酸钠:阻燃乳液改性剂的质量比为2:1:10。
阻燃乳液改性剂包括阻燃剂原液、磷酸三钠、2-氯乙基磺酸钠、粘胶溶液;阻燃乳液改性剂中阻燃剂原液、磷酸三钠、2-氯乙基磺酸钠的质量比为13:3:2;阻燃乳液改性剂中的特定的组分比例可以使阻燃剂原液的用量最少,同时达到最好的阻燃效果。阻燃剂原液为硅酸钠的水溶液,浓度为40%,硅酸钠中二氧化硅含量为16%,模数2.5。
阻燃乳液改性剂的制备方法:将阻燃剂原液加热到50℃,然后加入磷酸三钠,并快速搅拌溶解,搅拌速度为200r/min,至拌剂溶液中没有大颗粒后,降温至20℃,加入2-氯乙基磺酸钠,搅拌速度下降为30r/min,至完全溶解,静置40min。阻燃乳液改性剂的加入量为粘胶纺丝液中甲纤重量的20%。
二、植物源浴液的制备
1、干态叶片A制备
将荷叶和茶叶鲜叶片按照2:1的质量比混合,然后粉碎至6-8mm后,平铺在链板上,厚度为10-15mm,喷淋氯化钴的水溶液后,室温下采用紫外线照射2h后,进行烘干后得到含水率在0.4%的干态叶片A;天然的叶片聚合度较高,氯化钴水溶液可以加速纤维素降解,降解为下一步溶解做准备。
氯化钴的水溶液浓度为0.2g/l,加入量为氯化钴为干态叶片A重量的0.02-0.03%;紫外线的波长在3100-3400Å,能量为135-140kcal。
2、片状叶片B制备
将干态叶片A经超声波破碎2-3h后得到3-4mm的片状叶片B;超声波破碎时,输出频率为33KHz。超声粉碎的目的一是进一步对天然叶片进行粉碎,二是降解天然叶片中纤维素的聚合度。
3、植物源浴液C制备
将片状叶片B加入到DMAC溶剂中,然后加入少量的催化剂,在150±2℃的环境温度中加热1h活化后,冷却到95±2℃后补加DMAC和LiCL,制成活化液;在活化液中加入负电改性剂和相变微胶囊,不断搅拌2h至凝胶状后停止,在25±2℃温度下放置得到固含物为8.6±0.2%的溶液加入槽中作为植物源浴液C;相变微胶囊的加入量为固含物质量的10%;相变微胶囊为市售,江苏汉诺斯化学品有限公司生产,品牌货号为HANS® PCM-SET。
活化液中DMAC的浓度控制在94±1%,LiCL的浓度控制在6±1%,控制水分含量0.5%。催化剂为氯化钴与高锰酸钾组成的混合物,比例为1:1.5;催化剂的加入量为片状叶片B的0.01%。
负电改性剂为BTCA盐与环糊精组成的混合物,其中BTCA盐与环糊精的重量比为3:1;负电改性剂的加入重量为片状叶片B重量的0.3%。
三、双成型纺丝
将粘胶纺丝液通入凝固浴Ⅰ中成型,后经喷头牵伸、盘间牵伸、二浴牵伸后得初生纤维丝束;然后将初生丝束分别经过脱硫槽、水洗槽Ⅰ、后牵伸至微波烘干机烘至绝干后进入C浴液槽,经过植物源浴液C,滞留一定时间;使初生纤维丝束表面均匀涂覆植物源浴液C;最后再经过凝固浴Ⅱ经双向再生后经过三浴牵伸、上油、切断、烘干得到成品纤维;初生纤维丝束在C浴液槽的滞留时间5-8s;凝固浴Ⅰ的组成为:H3PO4 :70-g/l,NaH2PO4 40g/l,阳离子纤维素JR-400(广州南嘉化工科技有限公司销售)10g/l,温度:65±3℃;
喷头牵伸为25%,盘间牵伸为:20%;二浴牵伸为18%,温度100℃,H3PO4浓度为5g/l;凝固浴Ⅱ中乙醇含量2%,剩余为去离子水;凝固浴Ⅱ温度为40±3℃;
三浴牵伸为10%,温度为80±3℃。
实施例2 一种无机阻燃相变储能纤维素纤维的制备方法,具体生产工艺包括以下步骤:
一、粘胶纺丝液的制备
1、浆粕经浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化,然后在溶解工序粘胶纺丝液中加入阻燃乳液改性剂,后经过滤、脱泡、熟成后,制成常规磺酸盐法粘胶纺丝液;粘胶纺丝液指标为:含碱:3.5±0.2%,甲纤:7.3±0.2%,熟成度:15ml(15%的氯化铵),粘度50-60S;
阻燃乳液改性剂的配置方法:将碳酸氢钠:碳酸钠:阻燃乳液改性剂按照比例混合后,加入6倍重量的水,加入分散剂后在60±3℃搅拌2h;碳酸氢钠:碳酸钠:阻燃乳液改性剂的质量比为2:3:15;阻燃乳液改性剂包括阻燃剂原液、磷酸三钠、2-氯乙基磺酸钠;
阻燃乳液改性剂中阻燃剂原液、磷酸三钠、2-氯乙基磺酸钠的质量比为10: 5:3;阻燃乳液改性剂中的特定的组分比例可以使阻燃剂原液的用量最少,同时达到最好的阻燃效果。阻燃剂原液为硅酸钠的水溶液,浓度为40%,硅酸钠中二氧化硅含量为16%,模数2.5。
阻燃乳液改性剂的制备方法:将阻燃剂原液加热到55℃,然后加入磷酸三钠,并快速搅拌溶解,搅拌速度为200r/min,至拌剂溶液中没有大颗粒后,降温至30℃,加入2-氯乙基磺酸钠,搅拌速度下降为50r/min,至完全溶解,静置20min。阻燃乳液改性剂的加入量为粘胶纺丝液中甲纤重量的30%。
阻燃乳液改性剂的加入减少了液体阻燃剂在长途运送和后期与粘胶纺丝液混合、溶解过程中产生的大量气泡,大幅度了脱泡工序的时间,减少脱泡工序时间50-60%,提高了工作效率;同时提高了混合效率,本发明采用的阻燃乳液改性剂可以使加入的阻燃乳液改性剂迅速与粘胶纺丝溶液混合,混合效率提高30%以上,大幅度提升了生产效率。
二、植物源浴液的制备
1、干态叶片A制备
将蒲公英鲜叶片,粉碎至6-8mm后,平铺在链板上,厚度为10-15mm,喷淋氯化钴的水溶液后,室温下采用紫外线照射2.5h后,进行烘干后得到含水率在0.6%的干态叶片A;天然的叶片聚合度较高,氯化钴水溶液可以加速纤维素降解,降解为下一步溶解做准备。
氯化钴的水溶液浓度为0.3g/l,加入量为氯化钴为干态叶片A重量的0.03%;
紫外线的波长在3400Å,能量为135kcal。
2、片状叶片B制备
将干态叶片A经超声波破碎3h后得到4mm的片状叶片B;超声波破碎时,输出频率为38KHz。超声粉碎的目的一是进一步对天然叶片进行粉碎,二是降解天然叶片中纤维素的聚合度。
3、植物源浴液C制备
将片状叶片B加入到DMAC溶剂中,然后加入少量的催化剂,在150±2℃的环境温度中加热2h活化后,冷却到95±2℃后补加DMAC和LiCL,制成活化液;在活化液中加入负电改性剂和相变微胶囊,不断搅拌3h至凝胶状后停止,在25±2℃温度下放置得到固含物为8.6±0.2%的溶液加入槽中作为植物源浴液C;相变微胶囊的加入量为固含物质量的10-20%;相变微胶囊为市售,江苏汉诺斯化学品有限公司生产,品牌货号为HANS® PCM-SET。
活化液中DMAC的浓度控制在94±1%,LiCL的浓度控制在6±1%,控制水分含量1%;活化液中各组分的浓度、水分含量是针对于天然叶片这个成分较为杂的溶解物进行的适当调整,一是降低因为天然叶片的聚合度大且分布不均带来的影响,二是保护天然叶片中的有益功能成分不被破坏。
催化剂为氯化钴与高锰酸钾组成的混合物,比例为1: 2;催化剂的加入量为片状叶片B的0.03%;催化剂可进一步快速的降低叶片中各组分的聚合度。负电改性剂为BTCA盐与环糊精组成的混合物,其中BTCA盐与环糊精的重量比为3:1;负电改性剂的加入重量为片状叶片B重量的0.5%。
三、双成型纺丝
将粘胶纺丝液通入凝固浴Ⅰ中成型,后经喷头牵伸、盘间牵伸、二浴牵伸后得初生纤维丝束;然后将初生丝束分别经过脱硫槽、水洗槽Ⅰ、后牵伸至微波烘干机烘至绝干后进入C浴液槽,经过植物源浴液C,滞留一定时间;使初生纤维丝束表面均匀涂覆植物源浴液C;最后再经过凝固浴Ⅱ经双向再生后经过三浴牵伸、上油、切断、烘干得到成品纤维;
初生纤维丝束在C浴液槽的滞留时间7s;滞留时间与制成的纤维的内外层的分布、纤维的强力有很大的关系;滞留时间过长,初生纤维丝束容易被植物源浴液溶解,造成制成的纤维强力相对较低;滞留时间短,制备的外层比例较小,则不能达成本发明的发明目的。
凝固浴Ⅰ的组成为:H3PO4 : 85g/l,NaH2PO4 45g/l,阳离子纤维素JR-400(广州南嘉化工科技有限公司销售)7g/l,温度:65±3℃;喷头牵伸为35%,盘间牵伸为: 30%;
二浴牵伸为20%,温度100℃,H3PO4浓度为5g/l;合适的磷酸浓度可以避免后面氧化对叶片功能成分的破坏。
凝固浴Ⅰ和二浴牵伸中采用酸性相对较弱的磷酸作为成型酸,当改性助剂浆料遇到磷酸时,在纤维内部缓慢形成微空腔,特别是弱酸更有利于初生纤维丝束内部微空腔的形成,且形成的微空腔较小,不影响纤维的强力,也进一步有利于内外层的结合的牢度、初生纤维丝束的阳离子改性和提高制备的纤维的吸湿性能。
凝固浴Ⅱ中乙醇含量2%,剩余为去离子水;凝固浴Ⅱ温度为40±3℃;
三浴牵伸为10%,温度为80±3℃。
实施例3 一种无机阻燃相变储能纤维素纤维的制备方法,具体生产工艺包括以下步骤:
一、粘胶纺丝液的制备
1、浆粕经浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化,然后在溶解工序粘胶纺丝液中加入阻燃乳液改性剂,后经过滤、脱泡、熟成后,制成常规磺酸盐法粘胶纺丝液;粘胶纺丝液指标为:含碱:3.5±0.2%,甲纤:7.3±0.2%,熟成度: 15ml(15%的氯化铵),粘度60S。
阻燃乳液改性剂的配置方法:将碳酸氢钠:碳酸钠:阻燃乳液改性剂按照比例混合后,加入6倍重量的水,加入分散剂后在60±3℃搅拌2h;碳酸氢钠:碳酸钠:阻燃乳液改性剂的质量比为2:1: 20。
阻燃乳液改性剂包括阻燃剂原液、磷酸三钠、2-氯乙基磺酸钠、粘胶溶液;
阻燃乳液改性剂中阻燃剂原液、磷酸三钠、2-氯乙基磺酸钠的质量比为15: 5:4;阻燃乳液改性剂中的特定的组分比例可以使阻燃剂原液的用量最少,同时达到最好的阻燃效果。阻燃剂原液为硅酸钠的水溶液,浓度为40%,硅酸钠中二氧化硅含量为16%,模数2.5。
阻燃乳液改性剂的制备方法:将阻燃剂原液加热到60℃,然后加入磷酸三钠,并快速搅拌溶解,搅拌速度为300r/min,至拌剂溶液中没有大颗粒后,降温至25℃,加入2-氯乙基磺酸钠,搅拌速度下降为50r/min,至完全溶解,静置40min。
阻燃乳液改性剂的加入量为粘胶纺丝液中甲纤重量的40%。
阻燃乳液改性剂的加入减少了液体阻燃剂在长途运送和后期与粘胶纺丝液混合、溶解过程中产生的大量气泡,大幅度了脱泡工序的时间,减少脱泡工序时间50-60%,提高了工作效率;同时提高了混合效率,本发明采用的阻燃乳液改性剂可以使加入的阻燃乳液改性剂迅速与粘胶纺丝溶液混合,混合效率提高30%以上,大幅度提升了生产效率。
二、植物源浴液的制备
1、干态叶片A制备
将柯子鲜叶片,粉碎至6-8mm后,平铺在链板上,厚度为10-15mm,喷淋氯化钴的水溶液后,室温下采用紫外线照射2h后,进行烘干后得到含水率在0.5%的干态叶片A;天然的叶片聚合度较高,氯化钴水溶液可以加速纤维素降解,降解为下一步溶解做准备。
氯化钴的水溶液浓度为0.2g/l,加入量为氯化钴为干态叶片A重量的0.02%;
紫外线的波长在3100-3400Å,能量为135-140kcal。
2、片状叶片B制备
将干态叶片A经超声波破碎3h后得到3-4mm的片状叶片B;超声波破碎时,输出频率为38KHz。超声粉碎的目的一是进一步对天然叶片进行粉碎,二是降解天然叶片中纤维素的聚合度。
3、植物源浴液C制备
将片状叶片B加入到DMAC溶剂中,然后加入少量的催化剂,在150±2℃的环境温度中加热2h活化后,冷却到95±2℃后补加DMAC和LiCL,制成活化液;在活化液中加入负电改性剂和相变微胶囊,不断搅拌3h至凝胶状后停止,在25±2℃温度下放置得到固含物为8.6±0.2%的溶液加入槽中作为植物源浴液C;相变微胶囊的加入量为固含物质量的20%;相变微胶囊为市售,江苏汉诺斯化学品有限公司生产,品牌货号为HANS® PCM-SET。
活化液中DMAC的浓度控制在94±1%,LiCL的浓度控制在6±1%,控制水分含量1%;活化液中各组分的浓度、水分含量是针对于天然叶片这个成分较为杂的溶解物进行的适当调整,一是降低因为天然叶片的聚合度大且分布不均带来的影响,二是保护天然叶片中的有益功能成分不被破坏。
催化剂为氯化钴与高锰酸钾组成的混合物,比例为1:1.5;催化剂的加入量为片状叶片B的0.03%;催化剂可进一步快速的降低叶片中各组分的聚合度。
负电改性剂为BTCA盐与环糊精组成的混合物,其中BTCA盐与环糊精的重量比为3:1;负电改性剂的加入重量为片状叶片B重量的0.5%。
三、双成型纺丝
将粘胶纺丝液通入凝固浴Ⅰ中成型,后经喷头牵伸、盘间牵伸、二浴牵伸后得初生纤维丝束;然后将初生丝束分别经过脱硫槽、水洗槽Ⅰ、后牵伸至微波烘干机烘至绝干后进入C浴液槽,经过植物源浴液C,滞留一定时间;使初生纤维丝束表面均匀涂覆植物源浴液C;最后再经过凝固浴Ⅱ经双向再生后经过三浴牵伸、上油、切断、烘干得到成品纤维;
进初生纤维丝束在C浴液槽的滞留时间8s;滞留时间与制成的纤维的内外层的分布、纤维的强力有很大的关系;滞留时间过长,初生纤维丝束容易被植物源浴液溶解,造成制成的纤维强力相对较低;滞留时间短,制备的纤维外层比例较小,则不能达成本发明的发明目的。
凝固浴Ⅰ的组成为:H3PO4 : 85g/l,NaH2PO4 60g/l,阳离子纤维素JR-400(广州南嘉化工科技有限公司销售)10g/l,温度:65±3℃;喷头牵伸为255%,盘间牵伸为:25%;二浴牵伸为18%,温度115℃,H3PO4浓度为5g/l;合适的磷酸浓度可以避免后面氧化对叶片功能成分的破坏。
凝固浴Ⅰ和二浴牵伸中采用酸性相对较弱的磷酸作为成型酸,当改性助剂浆料遇到磷酸时,在纤维内部缓慢形成微空腔,特别是弱酸更有利于初生纤维丝束内部微空腔的形成,且形成的微空腔较小,不影响纤维的强力,也进一步有利于内外层的结合的牢度、初生纤维丝束的阳离子改性和提高制备的纤维的吸湿性能。
凝固浴Ⅱ中乙醇含量2%,剩余为去离子水;凝固浴Ⅱ温度为40±3℃;
三浴牵伸为10%,温度为80±3℃。
本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维,调温、保温效果优良,相关检测如下:
布样:20*20cm纤维絮片(A)1块,20*20cm对比样品为普通同种规格的纤维絮片(B)1块;前处理:恒温恒湿环境保存;实验温度区间:20℃~40℃,精确到0.1℃;实验仪器:恒温箱2个,温度计2个;
实验过程:
1、分别将A、B对折,将温度计放入样品中,紧贴纤维絮片;
2、将A、B同时放在20℃,65%湿度的恒温箱中2h后(或A、B温度接近恒温箱温度),记录絮片温度;
3、A、B同时放在40℃,65%湿度的恒温箱中每隔1min读取并记录絮片温度,至A、B温度基本接近环境温度,约10min;
4、A、B同时放在20℃,65%湿度的恒温箱中,每隔1min读取并记录絮片温度,至A、B温度基本接近环境温度。
报告结果:对测试结果进行描述,并描述如下:
在20-40℃的升温阶段,纤维在28℃开始吸收热量,自身温度变化速率逐渐减慢;30℃时与同样条件下的普通纤维温差最大,可达7-8℃。升温发生相变过程中,比普通纤维平均低3℃,在40-20℃的降温阶段,相变纤维在27℃开始释放热量,自身降温速率逐渐减慢;24℃时与普通纤维温差最大,可达6-7℃。在温度下降发生相变过程中,相变纤维比普通纤维平均高2.8℃,并且维持2.6小时以上。
本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维,经过双成型纺丝,因此具有良好的物理性能,相关指标检测结果见表1
表1
本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维,在制备过程中,采用内外双成型方式纺丝工艺,因此制备的纤维强力较高,湿模量较高,特别是干断裂强度超过普通粘胶纤维;由表1可以看出,本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维干强3.3-4.3cN/dtex,干伸14.0-16.5%,湿模量0.88-0.95 cN/dtex。
本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维,内层均匀分布着微空腔和阻燃剂多孔成分,具有良好的阻燃性能,相关检测指标如下:
表2
由表2可以看出,本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维,具有良好的阻燃性能,熔融焓值为25J/g以上,熔融温度为28-32℃,结晶焓值为24.5J/g以上,结晶温度为27-22℃;本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维采用硅酸钠液体无机阻燃剂,硅酸钠通入酸浴后生成硅酸、偏硅酸、原硅酸、二硅酸等复合胶体,在后期纤维烘干时,硅胶脱水生成多孔状的二氧化硅,降低导热效率,从而阻断后面纤维的着火点而达到阻燃效果。
本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维具有良好的抗水洗性,具体见表3
由表3可以看出本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维,阻燃性能优越,极限氧指数≥38%;具有极好的耐水洗性能,其纯纺面料在水洗100次后,极限氧指数仍然≥35%;经100次水洗后,纤维外层微胶囊与植物源成分的损失率仅为0.4-0.7%,阻燃极限氧指数仍35%以上。
本发明过程中,采用的阻燃乳液改性剂对生产工艺有重要的影响,为了进一步找出最佳的生产工艺,进行了如下的试验,具体试验方法见表3
阻燃乳液改性剂的加入量为:阻燃乳液改性剂占粘胶纺丝液中甲纤重量的质量比;表中脱泡时间的影响和对混合溶解时间的影响是与常规工艺的对比。
表4
由表4可知,本发明过程中,阻燃乳液改性剂的加入对本发明制备的无机阻燃相变储能纤维素纤维的阻燃性能影响较大。
除上述优点之外,由于本发明过程中,纤维中阻燃剂最终为多孔二氧化硅,除臭性能优良,对醋酸、氨气、甲醛的吸附率达到90%以上。
除非另有说明,本发明中所采用的百分数均为重量百分数,本发明所述的比例,均为质量比例。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种无机阻燃相变储能纤维素纤维,其特征在于:所述纤维由内层和外层两部分组成,内层分布有微空腔和阻燃剂多孔成分,外层中含相变微胶囊与植物源成分;
所述无机阻燃相变储能纤维素纤维的制备方法包括粘胶纺丝液的制备,所述粘胶纺丝液的制备包括:
浆粕经浸渍、压榨、粉碎、老成、磺化,然后在溶解工序粘胶纺丝液中加入阻燃乳液改性剂,后经过滤、脱泡、熟成后,制成粘胶纺丝液;所述粘胶纺丝液指标为:含碱:3.5±0.2%,甲纤:7.3±0.2%,熟成度:12-15ml,粘度50-60s;
所述阻燃乳液改性剂的配置方法:将碳酸氢钠:碳酸钠:阻燃改性剂按照质量比为2:1-3:10-20的比例混合后,加入6倍重量的水,加入分散剂后在60±3℃搅拌2h;
所述阻燃改性剂包括阻燃剂原液、磷酸三钠、2-氯乙基磺酸钠;
所述阻燃改性剂中阻燃剂原液、磷酸三钠、2-氯乙基磺酸钠的质量比为10-15:2-5:2-5;所述阻燃剂原液为硅酸钠的水溶液,浓度为30-45%,硅酸钠中二氧化硅含量为12-20%,模数1.5-3.5;
所述无机阻燃相变储能纤维素纤维的制备方法还包括植物源浴液C的制备,所述植物源浴液C的制备包括:
干态叶片A制备:
将鲜叶片粉碎至6-8mm后,平铺在链板上,厚度为10-15mm,喷淋氯化钴的水溶液后,室温下采用紫外线照射2-3h后,进行烘干后得到含水率在0.3-0.8%的干态叶片A;所述氯化钴的水溶液浓度为0.2-0.3g/L,加入量为氯化钴为干态叶片A重量的0.02-0.03%;所述紫外线的波长在3100-3400Å,能量为135-140kcal;
片状叶片B制备:
将干态叶片A经超声波破碎2-3h后得到3-4mm的片状叶片B;所述超声波破碎时,输出频率为33-38kHz;
将片状叶片B加入到DMAC溶剂中,然后加入少量的催化剂,在150±2℃的环境温度中加热1-2h进行活化后,活化完成后,冷却到95±2℃,然后补加DMAC和LiCl,制成活化液;在活化液中加入负电改性剂和相变微胶囊,不断搅拌2-3h至凝胶状后停止,在25±2℃温度下放置得到固含物为8.6±0.2%的溶液加入槽中作为植物源浴液C;所述相变微胶囊的加入量为固含物质量的10-20%;
所述负电改性剂为BTCA盐与环糊精组成的混合物,其中BTCA盐与环糊精的重量比为3:1;
所述催化剂为氯化钴与高锰酸钾组成的混合物,比例为1:1.5-2;所述催化剂的加入量为所述片状叶片B的0.01-0.03%;
所述无机阻燃相变储能纤维素纤维的制备方法还包括双成型纺丝步骤:
将粘胶纺丝液通入凝固浴Ⅰ中成型,后经喷头牵伸、盘间牵伸、二浴牵伸后得初生纤维丝束;然后将初生丝束分别经过脱硫槽、水洗槽Ⅰ、后牵伸至微波烘干机烘至绝干后进入C浴液槽,经过植物源浴液C,滞留5-8s;使初生纤维丝束表面均匀涂覆植物源浴液C;最后再经过凝固浴Ⅱ经双向再生后经过三浴牵伸、上油、切断、烘干得到成品纤维;
所述凝固浴Ⅰ的组成为H3PO4 :70-85g/L,NaH2PO4 40-60g/L,阳离子纤维素JR-400;所述二浴牵伸为18-25%,温度100-120℃,H3PO4浓度为3-5g/L;
所述片状叶片为荷叶、茶叶片、蒲公英叶片、柯子片的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种无机阻燃相变储能纤维素纤维,其特征在于:所述纤维干强3.3-4.3cN/dtex,干伸14.0-16.5%,湿模量0.88-0.95 cN/dtex;所述纤维的熔融焓值为25J/g以上,熔融温度为28-32℃,结晶焓值为24.5J/g以上,结晶温度为27-22℃。
3.根据权利要求1所述的一种无机阻燃相变储能纤维素纤维,其特征在于:所述阻燃乳液改性剂的加入量为粘胶纺丝液中甲纤重量的20-40%。
4.根据权利要求1所述的一种所述的无机阻燃相变储能纤维素纤维,其特征在于:所述阻燃改性剂的制备方法:将阻燃剂原液加热到50-60℃,然后加入磷酸三钠,并快速搅拌溶解,搅拌速度为200-300r/min,至溶液中没有大颗粒后,降温至20-30℃,加入2-氯乙基磺酸钠,搅拌速度下降为30-50r/min,静置20-40min。
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