CN112064143B - 一种聚丙烯纤维及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及聚丙烯纤维领域,本申请一种聚丙烯纤维及其制备工艺,解决了相关技术制备出的聚丙烯纤维硬度较高,摩擦力大,柔软度低的问题,公开了一种聚丙烯纤维制备工艺,其原料包括聚丙烯、纳米二氧化硅、三乙氧基硅烷、氢氧化钠溶液等,将纳米二氧化硅与聚丙烯一起制成纤维后,再用氢氧化钠溶液将二氧化硅溶出,使纤维中溶出孔洞,提高纤维的柔软度,同时利用三乙氧基硅烷使聚丙烯纤维在常温常压下即可着色,并且分散二氧化硅防止其团聚;本申请还公开了一种聚丙烯纤维,更加柔软易上色。
Description
技术领域
本申请涉及聚丙烯纤维的领域,更具体地说,它涉及一种聚丙烯纤维及其制备工艺。
背景技术
聚丙烯纤维具有强度高、韧性好、耐化学品性和抗微生物性好及价格低等优点,它在装饰、农业、服饰等领域有巨大的市场,目前,制备聚丙烯纤维的技术大部分以聚丙烯为原料,利用聚丙烯制备聚丙烯纤维的工艺包括搅拌、挤出、上油等步骤,但聚丙烯纤维硬度较高,成品摩擦力大,柔软度低。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的第一个目的在于提供一种聚丙烯纤维制备工艺,具有能够制备出柔软蓬松、断裂成分较少且能够在常温常压下着色的聚丙烯纤维的优点。
第二个目的在于提供一种聚丙烯纤维,具有在常温常压下即可着色,柔软度较高,规格均匀,断裂纤维较少的优点。
为实现上述第一个目的,本发明提供了如下技术方案:
一种聚丙烯纤维制备工艺,包括以下步骤,
S1:搅拌,称取聚丙烯100份、PET50~70份、纳米二氧化硅20~40份、含氧基硅烷4~8份,把称量好的原料放入搅拌器中进行搅拌,使各种原料均匀混合,得到混合原料;
S2:挤出,将混合原料投入到反应型双螺杆挤出机中,经熔融混合后挤出,得到共混粒子;
S3:纺丝,将共混粒子投入到纺丝螺杆挤出机中进行纺丝,得到纺丝半成品;
S4:溶出二氧化硅,将纺丝半成品浸入到1mol/L的氢氧化钠溶液中,静置,得到待上油产品;
S5:清洗,对待上油产品进行清洗,得到清洗纤维;
S6:上油,清洗纤维冷却成形后,使用计量泵定量供给进行集束上油,得到上油产品;
S7:烘干,将上油产品在100~150℃的环境下烘干,得到聚丙烯纤维。
通过采用上述技术方案,在生产实践中,发明人认为将纳米二氧化过溶到聚丙烯中,二氧化硅与在聚丙烯体系中纺丝成纤维,然后用氢氧化钠溶液与纤维中的二氧化硅反应生成硅酸钠,而硅酸钠溶于水,从聚丙烯纤维中溶出来,使聚丙烯纤维中形成明显的微孔,提高聚丙烯纤维的柔软度和蓬松程度,使得利用聚丙烯纤维材料制得的服饰更加舒适、柔软,同时纳米二氧化硅的体积效应和量子隧道效应使其产生游渗作用,可深入到聚丙烯中与其电子云发生重叠,形成空间网状结构,从而提高聚丙烯纤维的力学强度,韧性和耐磨性;
同时利用含氧基硅烷改善二氧化硅在聚丙烯中的分散性,使得纳米二氧化硅均匀的分散于含氧基硅烷中,降低二氧化硅在聚丙烯中团聚,造成聚丙烯纤维浸入氢氧化钠溶液后微孔大小差距较大,造成聚丙烯纤维成品中断裂部分较多而又无法挑出,成品规格不均匀的可能;聚丙烯结晶度高,缺乏可与染料分子相作用的极性基团,从而导致其染色困难,PET能够以无定型状态均匀分布在聚丙烯的连续相中,由于PET与聚丙烯的热性能、界面性能的差异,共混物内部存在大量相界面,界面间存在大量微型纹孔隙,这种孔隙可作为染料扩散渗透的通道,使得聚丙烯易于染色,但纯PET的玻璃化温度较高,故聚丙烯也只能在高温高压下染色,导致染色不便。将柔性的含氧基硅烷引入到PET分子主链上,可降低其玻璃化温度,使得聚丙烯在常温常压下即可着色,降低了染色成本,使工艺操作简便。
优选的,所述S1中搅拌温度为90~110℃。
通过采用上述技术方案,选用此温度范围可使各组分混合均匀,同时保证含氧基硅烷为液体,减少含氧基硅烷蒸发流失。
优选的,所述S4后还包括将待上油产品迅速在50℃的环境下加热20min。
通过采用上述技术方案,二氧化硅与氢氧化钠反应产生硅酸钠,硅酸钠溶于水从聚丙烯纤维中流出,而硅酸钠溶液粘合力较大,为粘稠状,直接用清水清洗不易将硅酸钠洗去,易于分解硬化,加热除去聚丙烯纤维上的硅酸钠溶液可使硅酸钠去除更加彻底。
优选的,所述含氧基硅烷为三乙氧基硅烷。
通过采用上述技术方案,三乙氧基硅烷的沸点较高,在操作过程中流失较少,能够达到较优的效果。
优选的,所述二氧化硅与三乙氧基硅烷混合之后再与聚丙烯混合。
通过采用上述技术方案,三乙氧基硅烷提前与二氧化硅混合改善二氧化硅的分散性,再与其他组分混合,减少了三乙氧基硅烷分散在其他组分之间的可能,提高三乙氧基硅烷的利用率。
为实现上述第二个目的,本发明提供了如下技术方案:
一种聚丙烯,所述聚丙烯纤维原料中还包括SEBS嵌段共聚物3~5份。
通过采用上述技术方案,SEBS作为相界面活性剂,能够提高体系的相容性,使相界面粘合力有了明显的提高,界面相分离产生裂痕现象明显减少。
优选的,所述聚丙烯纤维原料中还包括聚丙烯接枝马来酸酐1~5份。
通过采用上述技术方案,马来酸酐接枝聚丙烯可极大的改善聚丙烯和二氧化硅的亲和性,成为增强极性材料和非极性材料粘接性和相容性的桥梁,能有效地增强二氧化硅在聚丙烯中的分散,从而提高聚丙烯的拉伸和冲击强度。
优选的,一种聚丙烯纤维,根据上述任意一项所述的一种聚丙烯纤维制备工艺制得。
通过采用上述技术方案,得到规格均匀,不易断裂,柔软蓬松且易于染色的聚丙烯纤维。
综上所述,本申请具有以下有益效果:
1、由于本申请采用二氧化硅,由于纺丝后将二氧化硅溶出聚丙烯纤维形成孔洞,获得了柔软蓬松的聚丙烯纤维的效果。
2、本申请中优选采用三乙氧基硅烷,由于二氧化硅能够均匀分散在三乙氧基硅烷中,获得了断裂部分较少的聚丙烯纤维的效果。
3、本申请的方法,通过三乙氧基硅烷改性PET,降低了PET的玻璃化温度,因此获得了使聚丙烯纤维在常温常压下易于着色的效果。
具体实施方式
本申请所用纳米二氧化硅为上海凯茵化工有限公司产品,粒径为80nm,聚丙烯为埃克森美孚化工有限公司产品,序列为RA130E,
PET为欧瑞康巴马格惠通(扬州)工程有限公司产品,
三乙氧基硅烷为晨光化工有限公司产品,
SEBS嵌段共聚物为东莞市聚鑫恒橡塑有限公司产品,
聚丙烯接枝马来酸酐为厦门科艾斯塑胶科技有限公司,
氢氧化钠为山东嘉虹化工有限公司产品。
实施例1,
一种聚丙烯纤维,包括以下质量份数的原料:聚丙烯100份、纳米二氧化硅20份、三乙氧基硅烷4份、浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液、SEBS嵌段共聚物4份、聚丙烯接枝马来酸酐3份;
一种聚丙烯纤维制备工艺,包括以下步骤:
S1:取纳米二氧化硅20份、三乙氧基硅烷4份、SEBS嵌段共聚物4份、聚丙烯接枝马来酸酐3份投入到搅拌器中,先以150r/min的速度搅拌5min,再以500r/min的速度搅拌20min,控制搅拌温度为100℃,使各种原料均匀混合;
S2:将S1在混合均匀的原料投入到反应型双螺杆挤出机中,螺杆挤出温度为200℃,停留时间为30min,经熔融混合后,挤出,拉条,切粒,得到共混粒子;
S3:将共混粒子投入到纺丝螺杆挤出机中,设定螺杆挤出温度为200℃,熔融物料经喷丝组件进入喷丝板挤出成熔融纤维,然后经风温为20℃、风速为1m/min的冷却风吹风冷却,得到纺丝半成品;
S4:将S3所得纺丝半成品浸入到1mol/L的氢氧化钠溶液中,静置30min,得到待上油产品;
S5:将待上油产品迅速放在50℃的环境下加热20min;
S6:对S5所得的产品进行二级逆流漂洗,停留时间为5min,得到清洗纤维;
S7:使用计量泵定量供给对清洗纤维进行束集上油,得到上油产品;
S8:将上油产品放入烘干箱内,设定烘干温度120℃,停留时间为30min,得到聚丙烯纤维。
实施例2,
一种聚丙烯纤维,基于实施例1的基础上,其区别之处在于,包括以下质量份数的原料:
聚丙烯100份、纳米二氧化硅40份、三乙氧基硅烷8份、浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液、SEBS嵌段共聚物4份、聚丙烯接枝马来酸酐3份。
实施例3,
一种聚丙烯纤维,基于实施例1的基础上,其区别之处在于,包括以下质量份数的原料:
聚丙烯100份、纳米二氧化硅30份、三乙氧基硅烷6份、浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液、SEBS嵌段共聚物4份、聚丙烯接枝马来酸酐3份。
实施例4,
一种聚丙烯纤维,基于实施例1的基础上,其区别之处在于SEBS嵌段共聚物的用量为5份。
实施例5,
一种聚丙烯纤维,基于实施例1的基础上,其区别之处在于SEBS嵌段共聚物的用量为3份。
实施例6,
一种聚丙烯纤维,基于实施例1的基础上,其区别之处在于聚丙烯接枝马来酸酐的用量为5份。
实施例7,
一种聚丙烯纤维,基于实施例1的基础上,其区别之处在于聚丙烯接枝马来酸酐的用量为1份。
实施例8,
一种聚丙烯纤维制备工艺,基于实施例3的基础上,其区别之处在于,用等量的三甲氧基氢硅烷代替三乙氧基硅烷。
实施例9,
一种聚丙烯纤维制备工艺,基于实施例3的基础上,其区别之处在于,用等量的丁氧基氢硅烷代替三乙氧基硅烷。
对比例1,
一种聚丙烯纤维制备工艺,基于实施例3的基础上,其区别之处在于,原料中三乙氧基硅烷的用量为0。
对比例2,
一种聚丙烯纤维制备工艺,基于实施例3的基础上,其区别之处在于,原料中SEBS嵌段共聚物的用量为0。
对比例3,
一种聚丙烯纤维制备工艺,基于实施例3的基础上,其区别之处在于,原料中聚丙烯接枝马来酸酐的用量为0。
实施例10,
一种聚丙烯纤维制备工艺,基于实施例3的基础上,其区别之处在于,S1中搅拌温度为90℃。
实施例11,
一种聚丙烯纤维制备工艺,基于实施例3的基础上,其区别之处在于,S1中搅拌温度为110℃。
实施例12,
一种聚丙烯纤维制备工艺,基于实施例3的基础上,其区别之处在于,S1中搅拌温度为80℃。
实施例13,
一种聚丙烯纤维制备工艺,基于实施例3的基础上,其区别之处在于,S1中搅拌温度为130℃。
对比例4,
一种聚丙烯纤维制备工艺,基于实施例3的基础上,其区别之处在于,不包括S5。
性能检测试验
按GB/T14344-2001的标准中记载的断裂强度测试方法进行测试。
把经调湿平衡的试样去掉外层数十米后,放在自动强力机的筒子架上,并把丝端装入拉伸试验仪的夹持装置里,进行试验,夹持装置自动夹持试样,并把试样的两端夹入上下夹持器中,启动拉伸试验仪,让其在规定条件下运行,从数据采集系统中确定试验的测定值。
按GB/T14344-2003的标准中记载的拉伸性能测试方法进行测试把经调湿平衡的试样去掉表层数十米后,取一根试样(长度60cm以上),夹住两端以防捻度损失,把它浸入温度为(20±2)℃的蒸馏水中2min,启动拉伸试验仪,并让其在规定的条件下运行。从数据采集系统中确定断裂伸长性能指标测试值。
色牢度检测:按照GB/T3921-2008中的方法,把一块聚丙烯纤维置于容器中,注入皂液,浴比为50:1,盖上容器,立即依据下表规定的温度和时间进行操作。
试验方法编号 | 温度/℃ | 时间/min |
A | 40 | 30 |
B | 50 | 40 |
C | 60 | 30 |
D | 95 | 30 |
洗涤结束后取出试样,分别在三级水中清洗两次,然后在流动水中清洗至干净,用手挤去试样上过量的水分,将试样放在两张滤纸之间并挤压除去多余水分,再将其悬挂在不超过60℃的空气中干燥,用灰色样卡对比原始试样,评定试样的变色程度。
硬度检测:按照GB/T3854-1983中的方法,将试样放置在坚硬稳固的支撑面,将HBa-1型巴氏硬度计安置在试样被测面上,使压头垂直试样被测表面,手握硬度计机壳,以4公斤的压力平稳快速推压,同时记录刻度盘上的最大读数,取平均值。
测试结果如下:
通过对比对比例与实施例可知,实施例3为最优,对比例4为最差。
当各组分用量为纳米二氧化硅30份、三乙氧基硅烷6份、浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液、SEBS嵌段共聚物4份、聚丙烯接枝马来酸酐3份时效果最佳;
对比实施例8和实施例9得知,选用三乙氧基硅烷的效果优于三甲氧基氢硅烷和丁氧基氢硅烷,三乙氧基硅烷可耐100℃高温而不蒸发,减少其流失;
由实施例10,实施例11,实施例12和实施例13可知,搅拌温度为100℃为最佳,当搅拌温度低于90℃或高于110℃时操作不能顺利进行;
由对比例2得知,SEBS可在一定程度上提高聚丙烯纤维的拉伸强度;
由对比例3得知,马来酸酐接枝聚丙烯能有效地增强二氧化硅在聚丙烯中的分散,从而提高聚丙烯的拉伸和冲击强度。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释,其并不是对本申请的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (3)
1.一种聚丙烯纤维制备工艺,其特征在于,包括以下步骤,
S1:搅拌,称取聚丙烯100份 、PET50~70份、纳米二氧化硅20~40份、三乙氧基硅烷4~8份,把称量好的原料放入搅拌器中进行搅拌,所述搅拌温度为90~110℃,使各种原料均匀混合,得到混合原料;所述纳米二氧化硅与三乙氧基硅烷混合之后再与聚丙烯混合;所述聚丙烯纤维原料中还包括SEBS嵌段共聚物3~5份;所述聚丙烯纤维原料中还包括聚丙烯接枝马来酸酐1~5份;
S2:挤出,将混合原料投入到反应型双螺杆挤出机中,经熔融混合后挤出,得到共混粒子;
S3:纺丝,将共混粒子投入到纺丝螺杆挤出机中进行纺丝,得到纺丝半成品;
S4:溶出二氧化硅,将纺丝半成品浸入到1mol/L的氢氧化钠溶液中,静置,得到待上油产品;
S5:清洗,对待上油产品进行清洗,得到清洗纤维;
S6:上油,清洗纤维冷却成形后,使用计量泵定量供给进行集束上油,得到上油产品;
S7:烘干,将上油产品在100~150℃的环境下烘干,得到聚丙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯纤维制备工艺,其特征在于:所述S4后还包括将待上油产品迅速在50℃的环境下加热20min。
3.一种聚丙烯纤维,其特征在于,根据权利要求1~2任意一项所述的一种聚丙烯纤维制备工艺制得。
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GR01 | Patent grant | ||
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