CN110158175A - 粘胶原液纺丝用竹炭浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粘胶原液纺丝用竹炭浆料及其制备方法，该竹炭浆料包括竹炭粉、蛋白型表面活性剂、松香型超支化表面活性剂、增稠剂、消泡剂、防霉杀菌剂，该方法通过使用蛋白型表面活性剂和具有特定结构的松香基超支化表面活性剂共同作为分散剂，利用两种表面活性剂之间的复配起到协同增效作用，有利于竹炭粉在水性体系中的稳定分散；制备所得的竹炭浆料具有优异的储存稳定性和可纺性，且竹炭粉在粘胶纤维纺丝原液中的具有良好的分散性。

Description

粘胶原液纺丝用竹炭浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种竹炭浆料及其制备方法，尤其涉及一种粘胶原液纺丝用竹炭浆料及其制备方法，属于精细化工技术领域。

背景技术

竹炭是将竹子经高温干燥炭化工艺处理后所形成的一种材料，其表面有蜂窝状的微孔结构，该疏松多孔的结构具有较强的吸附能力，使竹炭自身具有优异的除臭、抗菌效果；竹炭中含有钾、钙、钠等矿物质成分，且其在使用时会释放出负离子，能够增强人体免疫能力；此外竹炭还具有高导电性、抗辐射性等。竹炭的上述优良性能得到了广泛的研究应用，如美国专利US6509294公开了一种含有竹炭的混合物及载体，其包含载体、竹炭粉、电气石粉以及壳聚糖、竹醋液、丹宁酸、七叶树提取物中的至少一种，这种混合物可用作食品防腐剂、抗菌剂、除臭剂以及用于吸附建筑材料中的挥发性物质。

粘胶纤维是将不能直接纺纱的木材或棉短绒等天然纤维素浆粕，经烧碱浸渍、二硫化碳化合、溶解于稀碱等化学加工工艺制成粘胶纺丝原液，再把该粘胶纺丝原液通过喷丝孔喷到纺丝酸浴中，经凝固、分解、再生得到的一种纤维。粘胶纤维由于具有良好的吸湿性和透气性，且形成的织物质地柔软、穿着舒适度高，因此是一种应用广泛的纤维。由于竹炭能够赋予粘胶纤维除臭、抗菌等功能，可以将经过超细化加工、竹炭能够稳定分散在水性体系中形成的水性竹炭浆料加入粘胶纤维中，纺丝制备形成竹炭粘胶纤维，可以有效提高粘胶纤维的品质和附加值。

在制备水性竹炭浆料时，添加分散剂使竹炭粉在水中进行超细化分散，是降低竹炭颗粒粒径分布最常用的方法。传统的分散剂有阴离子表面活性剂，如聚丙烯酸钠盐；非离子表面活性剂，如脂肪胺聚氧乙烯醚、聚氧乙烯醚；阳离子表面活性剂如聚硅氧烷季铵盐、聚双烷基二甲基氯化铵等。申请号为CN201310527839.6的中国专利公开了一种适用于竹炭纤维生产的竹炭浆，使用聚丙烯酸钠盐为分散剂；申请号为CN200710013948.0的中国专利公开了一种竹炭粘胶纤维及其制造方法，表面活性剂为双烷基二甲基氯化铵或多烷基三甲基氯化铵，分散剂为聚硅氧烷季铵盐、二烷氧基硅烷季铵盐或三聚磷酸钠。但目前现有技术制备的竹炭浆料分散稳定性、粒径分布仍不能满足粘胶原液的连续纺丝要求，在纺丝过程中容易发生团聚沉积，给纺丝过程带来可纺性差、纺丝易断头等问题，且在粘胶纤维中分布不均匀且瑕疵多，因此制备分散稳定、粒径分布小的竹炭浆料，是精细化工领域的一项重要工作。

发明内容

为了克服目前竹炭浆料分散性能差的缺点，本发明提供了一种粘胶原液纺丝用竹炭浆料及其制备方法，其使用蛋白型表面活性剂和松香基超支化表面活性剂复配作为分散剂，利用两种表面活性剂之间的复配起到协同增效作用，有利于竹炭粉在水性体系中的稳定分散，制备所得竹炭浆料可用于粘胶纤维原液纺丝工艺中。

本发明的技术方案是：

本发明公开了一种粘胶原液纺丝用竹炭浆料，该竹炭浆料以水为分散介质，且该竹炭浆料包括下述组分：

占竹炭浆料总质量10-30wt.％的竹炭粉，

占竹炭粉质量0.45-3.0wt.％的蛋白型表面活性剂，和

占竹炭粉质量0.5-3.0wt.％的松香基超支化表面活性剂；

其中所述松香基超支化表面活性剂为具有通式(I)结构的化合物：

通式(I)中a为2-10中的整数，且包括2和10；b为1-20中的整数，且包括1和20；Y为Na、K和NH₄中的一种，优选Y为Na。该松香基超支化表面活性剂的制备方法为：将定量的脱氢枞胺加入反应容器中，加入醇溶剂使其溶解，在搅拌下滴加丙烯酸甲酯进行反应，通过减压蒸馏除去溶剂和未反应的物质得到中间体1；将中间体1放入到反应容器中，加入醇溶剂，在搅拌条件下滴加二胺进行反应，通过减压蒸馏去除溶剂和未反应的物质，得到中间体2；将氯化烷基酸加入到反应容器中，加入醇溶剂，调节pH值至弱碱性，然后滴加中间体2进行反应，最后进行提纯干燥得到该松香基超支化表面活性剂，其中具体的工艺参数为本领域常规技术方案，本申请中不再赘述。

其中所述蛋白型表面活性剂为以丝蛋白为亲水端合成的丝蛋白基表面活性剂。该丝蛋白表面活性剂的制备方法为：将废弃蚕丝在碱性加热条件下水解，抽滤后得到浓缩液，将浓缩液加入到反应容器中，在搅拌下缓慢加入一定量的油酰氯，控制温度和pH值进行缩合反应，得到丝蛋白表面活性剂。其中具体的工艺参数为本领域常规技术方案，本申请中不再赘述。

其进一步的技术方案是：

为了提高竹炭浆料的稳定性，竹炭浆料中还可以添加占竹炭浆料总质量0.5-3.0wt.％的纤维素类增稠剂，本申请中纤维素类增稠剂优选为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和甲基羟乙基纤维素中的至少一种。

为了防止竹炭浆料在制备过程中产生气泡从而影响纺丝效果，竹炭浆料中还可以添加占竹炭浆料总质量0.05-0.5wt.％的消泡剂，本申请中消泡剂优选为聚硅氧烷醚共聚物和聚醚化合物中的至少一种。

由于竹炭自身具有很好的防霉杀菌效果，因此竹炭浆料中可以选择不添加或少添加防霉杀菌剂。但为了防止竹炭浆料在长时间存放过程中因某些特殊菌种导致霉变，本申请竹炭浆料中还可以添加占竹炭浆料总质量0.05-0.5wt.％的防霉杀菌剂。该防霉杀菌剂为酰基苯胺类防霉杀菌剂、咪唑类防霉杀菌剂、噻唑类防霉杀菌剂、异噻唑酮衍生物防霉杀菌剂、季铵盐类防霉杀菌剂和双胍类防霉杀菌剂中的至少一种。

本发明还公开了一种上述竹炭浆料的制备方法，该制备方法包括下述步骤：

S1：物料称取，准确称取占竹炭浆料总质量10-30wt.％的竹炭粉、占竹炭粉质量0.45-3.0wt.％的蛋白型表面活性剂、占竹炭粉质量0.5-3.0wt.％的松香基超支化表面活性剂、占竹炭浆料总质量0.5-3.0wt.％的纤维素类增稠剂和占竹炭浆料总质量0.05-0.5wt.％的防霉杀菌剂；

S2：表面活性剂混合液的制备，将蛋白型表面活性剂、松香基超支化表面活性剂、纤维素类增稠剂和防霉杀菌剂溶解到水中后，使用pH值调节剂将溶液pH值调节至8.0-10.0后，得到表面活性剂混合液；

S3：竹炭浆料的制备：将竹炭粉加入步骤S2所得表面活性剂混合液中，经分散、研磨、过滤后得到竹炭浆料，其中分散、研磨、过滤均为制备浆料常用的工艺，其工艺参数本领域技术人员通过大量的常规实验可以获得，本申请中不再赘述。

其进一步的技术方案是：

步骤S2中所述pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸氢钠和三乙醇胺中的至少一种，优选氢氧化钠。

步骤S3中在研磨过程中添加占竹炭浆料总质量0.05-0.5wt.％的消泡剂，且研磨工艺一般选用砂磨机进行研磨。

本发明还公开了一种上述竹炭浆料在粘胶纤维原液纺丝中的应用。

本发明的有益技术效果是：本申请所述竹炭浆料使用蛋白型表面活性剂和具有特定结构的松香基超支化表面活性剂共同作为分散剂，利用两种表面活性剂之间的复配起到协同增效作用，有利于竹炭粉在水性体系中的稳定分散。其中蛋白型表面活性剂具有来源丰富、配伍性好、温和刺激性小、易溶于水、对碱和硬水稳定等特点；松香基超支化表面活性剂的空间位阻较大，能够很好的将竹炭粉分散开使其不团聚，且稳定性好，长期存放不会发生分层絮凝等现象。通过本申请所述方法制备得到的竹炭浆料具有优异的储存稳定性和可纺性，且竹炭粉在粘胶纤维纺丝原液中具有优异的分散性能。

具体实施方式

为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

下述具体实施例和对比例中所采用的松香基超支化表面活性剂的结构如下所述。

松香基超支化表面活性剂为具有通式(I)结构的化合物：

松香基超支化表面活性剂B1中，a为2，b为10，Y为Na。

松香基超支化表面活性剂B2中，a为10，b为1，Y为K。

松香基超支化表面活性剂B3中，a为5，b为20，Y为NH₄。

蛋白型表面活性剂为以丝蛋白为亲水端合成的丝蛋白基表面活性剂，该蛋白型表面活性剂为以丝蛋白为亲水端合成的丝蛋白基表面活性剂。该丝蛋白表面活性剂的制备方法为：将废弃蚕丝在碱性加热条件下水解，抽滤后得到浓缩液，将浓缩液加入到反应容器中，在搅拌下缓慢加入一定量的油酰氯，控制温度和pH值进行缩合反应，得到丝蛋白表面活性剂。其中具体的工艺参数为本领域常规技术方案，本申请中不再赘述。

具体实施例1

将0.1质量份蛋白型表面活性剂、0.6质量份松香基超支化表面活性剂B1、3质量份羟甲基纤维素、0.5质量份咪唑类防霉杀菌剂溶解到74.3质量份水中后，使用氢氧化钠作为pH值调节剂调节溶液pH值为8.0，混合均匀；将21质量份竹炭粉加入混合溶液中，经分散、研磨、过滤得到竹炭浆料，其中研磨过程添加入0.5质量份聚醚化合物消泡剂。

具体实施例2

将0.2质量份蛋白型表面活性剂、0.05质量份松香基超支化表面活性剂B2、1质量份羟乙基纤维素和1质量份羟丙基甲基纤维素、0.05质量份噻唑类防霉杀菌剂溶解到87.5质量份水中后，使用氢氧化钾作为pH值调节剂调节溶液pH值为9.0，混合均匀；将10质量份竹炭粉加入混合溶液中，经分散、研磨、过滤得到竹炭浆料，其中研磨过程添加0.05质量份聚硅氧烷醚共聚物和0.15质量份聚醚化合物消泡剂。

具体实施例3

将0.9质量份蛋白型表面活性剂、0.6质量份松香基超支化表面活性剂B3、1质量份甲基羟乙基纤维素、0.3质量份异噻唑酮衍生物防霉杀菌剂溶解到66.9质量份水中后，使用氨水作为pH值调节剂调节溶液pH值为10.0，混合均匀；将30质量份竹炭粉加入混合溶液中，经分散、研磨、过滤得到竹炭浆料，其中研磨过程添加0.3质量份聚硅氧烷醚共聚物消泡剂。

具体实施例4

将0.25质量份蛋白型表面活性剂、0.25质量份松香基超支化表面活性剂B2、0.5质量份羟甲基纤维素、0.2质量份季铵盐类防霉杀菌剂溶解到73.75质量份水中，使用碳酸氢钠作为pH值调节剂调节溶液pH值为9.0，混合均匀；将25质量份竹炭粉加入混合溶液中，经分散、研磨、过滤得到竹炭浆料，其中研磨过程添加0.05质量份聚醚化合物消泡剂。

对比例1

对比例1以具体实施例1为参照，该对比例1只使用蛋白型表面活性剂，未用松香基 超支化表面活性剂。

将0.1质量份蛋白型表面活性剂、3质量份羟甲基纤维素、0.5质量份咪唑类防霉杀菌剂溶解到74.9质量份水中，使用氢氧化钠作为pH值调节剂将溶液pH值调节至8.0，混合均匀；将21质量份竹炭粉加入混合溶液中，经分散、研磨、过滤得到竹炭浆料，其中研磨过程添加0.5质量份聚醚化合物消泡剂。

对比例2

对比例2以具体实施例1为参照，该对比例2只使用松香基超支化表面活性剂，未用 蛋白型表面活性剂。

将0.6质量份松香基超支化表面活性剂B1、3质量份羟甲基纤维素、0.5质量份咪唑类防霉杀菌剂溶解到74.4质量份水中，使用氢氧化钠作为pH值调节剂将溶液pH值调节至8.0，混合均匀；将21质量份竹炭粉加入混合溶液中，经分散、研磨、过滤得到竹炭浆料，其中研磨过程添加0.5质量份聚醚化合物消泡剂。

对比例3

对比例3以具体实施例1为参照，该对比例3中使用聚丙烯酸钠盐作为表面活性剂。

将0.7质量份聚丙烯酸钠盐、3质量份羟甲基纤维素、0.5质量份咪唑类防霉杀菌剂溶解到74.3质量份水中，使用氢氧化钠作为pH值调节剂将溶液pH值调节至8.0，混合均匀；将21质量份竹炭粉加入混合溶液中，经分散、研磨、过滤得到竹炭浆料，其中研磨过程添加0.5质量份聚醚化合物消泡剂。

对比例4

对比例4以具体实施例1为参照，该对比例4中使用聚丙烯酸钠盐和松香基超支化 表面活性剂。

将0.1质量份聚丙烯酸钠盐、0.6质量份松香基超支化表面活性剂B1、3质量份羟甲基纤维素、0.5质量份咪唑类防霉杀菌剂溶解到74.3质量份水中，使用氢氧化钠作为pH值调节剂将溶液pH值调节至8.0，混合均匀；将21质量份竹炭粉加入混合溶液中，经分散、研磨、过滤得到竹炭浆料，其中研磨过程添加0.5质量份聚醚化合物消泡剂。

对上述具体实施例1-4和对比例1-4制备所得的竹炭浆料进行储存稳定性测试和可纺性测试，其测试方法如下所述：

(1)储存稳定性测试

将具体实施例1-4和对比例1-4制备所得竹炭浆料在25℃下密闭放置90天后，目测观察有无出现明显竹炭粉沉淀、絮凝等严重影响稳定性的情况。“√”表示未见竹炭粉沉淀、絮凝等情况；“○”表示可见竹炭粉沉淀、絮凝，但需要仔细观察才可以发现；“×”表示明显可见竹炭粉的沉淀、絮凝情况。

(2)可纺性测试

分别取3千克具体实施例1-4和对比例1-4制备所得竹炭浆料和50千克粘胶纺丝原液混合均匀后形成纺丝原液，将该混合好的纺丝原液通过30孔0.08毫米的喷丝孔进行纺丝，纺丝速度为30m/min，在连续纺丝1小时后，观察有无堵塞纺丝孔情况。“√”表示未见纺丝孔堵塞；“○”表示可见部分纺丝孔堵塞；“×”表示纺丝孔全部堵塞。

具体实施例1-4和对比例1-4性能测试结果参见表1中所述。

表1具体实施例1-4和对比例1-4性能测试结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种粘胶原液纺丝用竹炭浆料，其特征在于，该竹炭浆料以水为分散介质，且该竹炭浆料包括下述组分：

占竹炭浆料总质量10-30wt.％的竹炭粉，

占竹炭粉质量0.45-3.0wt.％的蛋白型表面活性剂，和

占竹炭粉质量0.5-3.0wt.％的松香基超支化表面活性剂；

其中所述松香基超支化表面活性剂为具有通式(I)结构的化合物：

通式(I)中a为2-10中的整数，且包括2和10；b为1-20中的整数，且包括1和20；Y为Na、K和NH₄中的一种。

2.根据权利要求1所述的粘胶原液纺丝用竹炭浆料，其特征在于，所述蛋白型表面活性剂为以丝蛋白为亲水端合成的丝蛋白基表面活性剂。

3.根据权利要求1所述的粘胶原液纺丝用竹炭浆料，其特征在于，所述竹炭浆料还包括占竹炭浆料总质量0.5-3.0wt.％的纤维素类增稠剂。

4.根据权利要求3所述的粘胶原液纺丝用竹炭浆料，其特征在于，所述纤维素类增稠剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和甲基羟乙基纤维素中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的粘胶原液纺丝用竹炭浆料，其特征在于，所述竹炭浆料还包括占竹炭浆料总质量0.05-0.5wt.％的消泡剂，所述消泡剂为聚硅氧烷醚共聚物和聚醚化合物中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的粘胶原液纺丝用竹炭浆料，其特征在于，所述竹炭浆料还包括占竹炭浆料总质量0.05-0.5wt.％的防霉杀菌剂，所述防霉杀菌剂为酰基苯胺类防霉杀菌剂、咪唑类防霉杀菌剂、噻唑类防霉杀菌剂、异噻唑酮衍生物防霉杀菌剂、季铵盐类防霉杀菌剂和双胍类防霉杀菌剂中的至少一种。

7.一种权利要求1至6中任一权利要求所述竹炭浆料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1：物料称取，准确称取占竹炭浆料总质量10-30wt.％的竹炭粉、占竹炭粉质量0.45-3.0wt.％的蛋白型表面活性剂、占竹炭粉质量0.5-3.0wt.％的松香基超支化表面活性剂、占竹炭浆料总质量0.5-3.0wt.％的纤维素类增稠剂和占竹炭浆料总质量0.05-0.5wt.％的防霉杀菌剂；

S2：表面活性剂混合液的制备，将蛋白型表面活性剂、松香基超支化表面活性剂、纤维素类增稠剂和防霉杀菌剂溶解到水中后，使用pH值调节剂将溶液pH值调节至8.0-10.0后，得到表面活性剂混合液；

S3：竹炭浆料的制备：将竹炭粉加入步骤S2所得表面活性剂混合液中，经分散、研磨、过滤后得到竹炭浆料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸氢钠和三乙醇胺中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤S3中在研磨过程中添加占竹炭浆料总质量0.05-0.5wt.％的消泡剂。

10.一种权利要求1至6中任一权利要求所述竹炭浆料在粘胶纤维原液纺丝中的应用。