CN112695415A - 一种高吸水性再生纤维素纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高吸水性再生纤维素纤维，所述纤维，吸水倍数≧400g/g，吸生理盐水倍数≧30g/g；本发明还提供上述纤维的制备方法，本发明制备的高吸水性再生纤维素纤维，干断裂强度≥2.30 cN/dtex、湿断裂强度≥1.10 cN/dtex、干断裂伸长≥18.0%。本发明的高吸水性再生纤维素纤维按照中华人民共和国农业行业标准NY886‑2010《农林保水剂》中的方法来测定吸水及生理盐水倍数，吸水倍数可达400～800g/g，吸生理盐水倍数可达30～70g/g。
Description
技术领域
本发明涉及一种再生纤维素纤维及其制备方法，具体是涉及一种具有高吸水性能的再生纤维素纤维及其制备方法，属于纤维技术领域。
背景技术
随着生活水平的提高，人们对纺织品和生活用品都有了更高的要求，不仅仅局限于其在款式、色彩等方面的多样化，更要求具有多种多样的功能。传统吸水材料纸、棉、麻等纤维制品, 这些材料的吸水是依靠其毛细作用，吸水能力只有自重的10 ~ 20倍, 吸水量非常有限，且保水性能较差。而高吸水性纤维能够吸收自重几十至几百倍的水分，它不但吸水能力高，而且保水性强。
纤维要达到较高的吸水性能在结构上必须具有大量的亲水基团和适度交联而不溶于水的结构，该种纤维吸水后即使加压, 水也不容易流失。聚丙烯酸钠的分子链中含有大量的强亲水性基团，在结构上是轻度交联的高分子电解质组成的空间网络，具有许多离解基，有很强大的吸水性，通过一定的方式与吸湿性较好的纤维素纤维进行结合后，可以制造出更多用途的产品。
中国发明专利CN200410009680.X公开的一种抗菌高吸水性聚合物复合材料的制备方法，提出将无机抗菌剂分散在单体溶液中并加入引发剂和交联剂，通过溶液聚合得到抗菌高吸水性聚合物复合材料。
中国发明专利CN201710381836.4公开一种聚丙烯酸钠/纳米纤维素晶体复合高吸水性树脂，它是由丙烯酸、纳米纤维素晶体、聚丙烯酰胺、交联剂、光引发剂等通过光聚合制得高吸水性树脂材料，操作过程复杂，不适合工业化连续生产。
中国发明专利CN201610567875.9公开了一种高吸水性海藻酸钠复合纳米纤维创伤敷料的制备方法，将海藻酸钠、水溶性聚合物、交联剂溶解在水和乙醇混合物中，利用静电纺丝技术制备海藻酸钠复合纳米纤维，然后加热发生交联反应，获得产品。
以上公开的关于高吸水性材料制备方面的专利中，主要是通过探讨原料、引发剂、交联方式等方面的研究，最终的吸水性能受反应条件和引发剂的影响较大。其次，高吸水性材料在复合吸水材料产业化应用方面较少，而将高吸水性材料跟纤维素纤维的生产过程进行结合，制造出环保型复合高吸水材料的研究未见相关报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高吸水性能的再生纤维素纤维，吸水倍数比普通粘胶纤维高40倍以上；同时，该纤维属于生物基吸水纤维，比其他吸水性树脂材料降解速度快，减少了环境污染。
本发明的另一目的在于提供了聚丙烯酸钠在纤维素纤维中的应用方法及高吸水性纤维素纤维的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种高吸水性再生纤维素纤维，所述纤维，吸水倍数≧400g/g，吸生理盐水倍数≧30g/g。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述的高吸水性再生纤维素纤维，是以纤维素浆粕为原料，常规工艺制备出纤维素溶液，通过湿法纺丝成型工艺在凝固浴中生成“C”形空腔截面，再经一水洗、二水洗、氧气等离子体处理、吸水剂处理、脱硫、水洗、上油、烘干等工序制得纤维。
所述纤维素溶液，甲纤含量为9.8-10.1wt%，含碱为4.5-5.10wt%，粘度（落球法）为50-56s；
所述纺丝成型，凝固浴温度35~42℃，凝固浴组份硫酸90~110g/l，硫酸钠280~340g/l，不使用硫酸锌；
所述二次水洗，第一次水洗温度为85~95℃，第二次水洗温度为70~80℃；
所述氧气等离子体处理，压强10~20Pa，功率20~40W，时间30~90s；
所述氧气等离子体处理前纤维回潮率≤130%；优选为110-130%；
所述吸水剂选自具有吸水性能较好的材料，可优选为聚丙烯酸钠，进一步优选聚丙烯酸钠分子量＞106；
所述吸水剂浓度0.1~1wt%，温度40~50℃，时间3~10min；
所述脱硫温度60-80℃，浓度2~4g/l。
本发明的创新点一是纤维的“C”形空腔截面，增加了纤维的比表面积，二是采用氧气等离子体处理纤维，三是先进行吸水剂处理，然后再进行氢氧化钠脱硫，通过以上组合方法的运用能够大大提高再生纤维素纤维的吸水性能。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明制备的高吸水性再生纤维素纤维，干断裂强度≥2.30 cN/dtex、湿断裂强度≥1.10 cN/dtex、干断裂伸长≥18.0%；本发明的高吸水性再生纤维素纤维按照中华人民共和国农业行业标准NY886-2010《农林保水剂》中的方法来测定吸水及生理盐水倍数，吸水倍数可达400～800g/g，吸生理盐水倍数可达30～70g/g。
2、本发明制备的高吸水性再生纤维素纤维，采用氧气等离子体处理纤维，使纤维表面增加更多的如羟基、羧基等数量的亲水性基团，增加了纤维的比表面积和分子间作用力，提高了纤维的吸水性能。
3、本发明的制备工艺过程，先进行吸水剂处理，然后再进行氢氧化钠脱硫，碱性条件下纤维素纤维分子间作用力增大，形成网状结构，吸水剂聚丙烯酸钠更容易分散渗透至纤维结构中，进一步提高了纤维的吸水性能。
4、本发明生产的高吸水性再生纤维素纤维，吸水保水性能好，拓宽了纤维素纤维的应用领域，例如在医用方面、农作物种植、林业方面等。
附图说明
图1为本发明制备的纤维的横截面。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种高吸水性再生纤维素纤维的制备方法
包括如下步骤：
1、纺丝成型：以纤维素浆粕为原料，常规工艺制备出纤维素溶液，甲纤含量为9.84wt%，含碱为4.52wt%，粘度（落球法）为50s。通过湿法纺丝工艺，在凝固浴不添加硫酸锌，硫酸浓度为90g/l，硫酸钠浓度为280g/l，温度35℃下，经过多级牵伸生成具有“C”形空腔截面的纤维丝束。
2、后处理工艺
（1）二次水洗
纤维丝束切断后，经一水洗85℃，二水洗70℃洗涤为中性。
（2）氧气等离子体处理
经氧气等离子体处理30s，处理时的压强为10Pa，功率为20W；氧气等离子体处理前纤维回潮率保持在130%。
（3）聚丙烯酸钠处理
然后将纤维在40℃、0.1wt%的聚丙烯酸钠溶液中浸泡3min。
经过常规挤压后进行脱硫，脱硫时烧碱浓度2g/l，温度60℃，再经水洗、上油、烘干等工序制得高吸水性再生纤维素纤维。
本工艺制备的高吸水性再生纤维素纤维，干断裂强度2.36 cN/dtex、湿断裂强度1.18 cN/dtex、干断裂伸长19.8%，吸水倍数400g/g，吸生理盐水倍数30g/g。
实施例2
一种高吸水性再生纤维素纤维及其制备方法包括如下步骤：
1、纺丝成型：以纤维素浆粕为原料，常规工艺制备出纤维素溶液，甲纤含量为9.92wt%，含碱为4.85wt%，粘度（落球法）为54s。通过湿法纺丝工艺，在凝固浴不添加硫酸锌，硫酸浓度为100g/l，硫酸钠浓度为320g/l，温度38℃下，经过多级牵伸生成具有“C”形空腔截面的纤维丝束。
2、后处理工艺
（1）二次水洗
纤维丝束切断后，经一水洗90℃，二水洗75℃洗涤为中性。
（2）氧气等离子体处理
经氧气等离子体处理60s，处理时的压强为15Pa，功率为30W；
氧气等离子体处理前纤维回潮率保持在120%。
（3）聚丙烯酸钠处理
然后将纤维在45℃、0.5wt%的聚丙烯酸钠溶液中浸泡6min。
经过常规挤压后进行脱硫，脱硫时烧碱浓度3g/l，温度70℃，再经水洗、上油、烘干等工序制得高吸水性再生纤维素纤维。
本工艺制备的高吸水性再生纤维素纤维，干断裂强度2.34 cN/dtex、湿断裂强度1.16 cN/dtex、干断裂伸长19.0%，吸水倍数560g/g，吸生理盐水倍数45g/g。
实施例3
一种高吸水性再生纤维素纤维及其制备方法包括如下步骤：
1、纺丝成型：以纤维素浆粕为原料，常规工艺制备出纤维素溶液，甲纤含量为10.02wt%，含碱为5.10wt%，粘度（落球法）为56s。通过湿法纺丝工艺，在凝固浴不添加硫酸锌，硫酸浓度为110g/l，硫酸钠浓度为340g/l，温度42℃下，经过多级牵伸生成具有“C”形空腔截面的纤维丝束。
2、后处理工艺
（1）二次水洗
纤维丝束切断后，经一水洗95℃，二水洗80℃洗涤为中性。
（2）氧气等离子体处理
经氧气等离子体处理90s，处理时的压强为20Pa，功率为40W；氧气等离子体处理前纤维回潮率保持在110%。
（3）聚丙烯酸钠处理
然后将纤维在50℃、1wt%的聚丙烯酸钠溶液中浸泡10min。
经过常规挤压后进行脱硫，脱硫时烧碱浓度4g/l，温度80℃，再经水洗、上油、烘干等工序制得高吸水性再生纤维素纤维。
本工艺制备的高吸水性再生纤维素纤维，干断裂强度2.30 cN/dtex、湿断裂强度1.12 cN/dtex、干断裂伸长18.5%，吸水倍数800g/g，吸生理盐水倍数70g/g。
本发明采用的聚丙烯酸钠分子量＞106。
对比例1
与实施例3相比，不采用氧气等离子体处理纤维，其他工艺均相同，制得的纤维干断裂强度2.38cN/dtex、湿断裂强度1.18 cN/dtex、干断裂伸长19.2%，吸水倍数300g/g，吸生理盐水倍数40g/g。
对比例2
与实施例3相比，采用常规凝固浴制得纤维，纤维不具有“C”形空腔截面，不采用氧气等离子体处理纤维，其他工艺均相同，制得的纤维干断裂强度2.42cN/dtex、湿断裂强度1.20 cN/dtex、干断裂伸长19.8%，吸水倍数100g/g，吸生理盐水倍数10g/g。
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，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 (10)
1.一种高吸水性再生纤维素纤维，其特征在于：所述纤维，吸水倍数≧400g/g，吸生理盐水倍数≧30g/g。
2.根据权利要求1所述的一种高吸水性再生纤维素纤维，其特征在于：所述纤维具有“C”形空腔截面。
3.根据权利要求1所述的一种高吸水性再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述制备方法，包括纺丝成型、后处理；所述后处理，包括二次水洗、氧气等离子体处理、吸水剂处理、脱硫。
4.根据权利要求3所述的一种高吸水性再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述纺丝成型，凝固浴包括硫酸90~110g/l，硫酸钠280~340g/l，不使用硫酸锌。
5.根据权利要求3所述的一种高吸水性再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述氧气等离子体处理，压强10~20Pa，功率20~40W，时间30~90s。
6.根据权利要求3所述的一种高吸水性再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述氧气等离子体处理前纤维的回潮率≤130%。
7.根据权利要求3所述的一种高吸水性再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述吸水剂处理，将纤维在40~50℃、0.1~1wt%的吸水剂溶液中浸泡
3~10min。
8.根据权利要求3或7所述的一种高吸水性再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述吸水剂为聚丙烯酸钠，分子量＞106。
9.根据权利要求3所述的一种高吸水性再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述二次水洗，第一次水洗温度为85~95℃，第二次水洗温度为70~80℃。
10.根据权利要求3所述的一种高吸水性再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述脱硫，脱硫温度60-80℃，碱浓度2~4g/l。
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