CN112813519A - 一种磁性腈纶纤维的制备方法及磁性腈纶纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明属于功能纤维制备技术领域，公开了一种磁性腈纶纤维的制备方法及磁性腈纶纤维，所述制备方法包括如下步骤：(1)将磁粉加入水中分散制得磁粉淤浆；(2)将聚合反应的反应单体加入所述磁粉淤浆中，同时加入催化剂、促进剂、还原剂、pH调节剂和分散剂，使反应单体发生原位聚合反应，制得磁粉聚合物淤浆；(3)所述磁粉聚合物淤浆经过脱单、过滤、干燥，制得磁粉聚合物；(4)将所述磁粉聚合物溶于二甲基乙酰胺得到胶液，所述胶液经湿法纺丝得到磁性腈纶纤维。本发明将磁粉与反应单体混合进行原位聚合反应，使磁粉均匀分布在所得磁性腈纶纤维中，制得的磁性腈纶纤维具有均一持久的磁性性能。
Description
技术领域
本发明属于功能纤维制备技术领域，具体地说，涉及一种磁性腈纶纤维的制备方法及磁性腈纶纤维。
背景技术
随着人们生活质量的提高，对功能纤维制品的需求急速提升，磁性纤维作为功能纤维的一种，其需求量也在日益增加。由于人体细胞是具有一定磁性的微型体，使人体具有生物磁场，因此外磁场能够通过使神经、体液系统发生电荷、电位、分子结构、生化和生理功能的变化，进而影响人体的生理活动。磁性腈纶纤维由于具有磁性，能有效增强人体磁场，使人体恢复正负电荷平衡状态，进而调整人体的机体功能，提高抗病能力，具有医疗保健作用。
磁性腈纶纤维还具有优异的耐蛀性和良好的蓬松感、舒适感，有类似于羊毛的手感，而且其纺织制品穿着的舒适性和透气性更符合人们的需求。磁性腈纶纤维作为一种兼具纺织纤维特性和磁性的纤维材料，具有其他纺织纤维所没有的磁性，又具有一些以往其它磁性材料所不具有的物理形态及性能，诸如柔软、有弹性等，可通过纺织加工做成纱线、织物或加工制成非织造布及各种形状的制品。因此，磁性腈纶纤维在手套、垫子、毛衣、围巾、床品等纺织产品应用领域有强大的发展优势。
目前磁性功能性腈纶纤维的制备主要方式大致分为两种。一种是共混纺丝法，通常将粒径小于1微米的磁性物质微粒混入成纤聚合物的溶体或纺丝原液中，经熔纺或湿纺制成磁性纤维。所得磁性纤维的强度主要取决于加入的磁性微粒的量和粒径。共混纺丝法的缺点是纤维的强度明显下降，至多可以下降50％。另一种是以纤维为基体对成型织物的涂层后处理法，即以适当方法将磁性物质涂布在各种纤维表面制成磁性纤维。然而由于磁性物质集中在纤维表面，在持续使用过程中容易与纤维分离脱落，导致纤维的磁性性能丧失。
在上述方案中，通过将磁粉混入纺丝原液或通过涂层实现磁性功能，因此生产的磁性腈纶纤维只是宏观上增加了具有磁性的成份，但纤维磁性性能的均一性及稳定性较差。由上述方法制得的磁性腈纶纤维制成的纺织产品在使用过程中，其磁性性能会出现一定程度的衰减，从而降低产品的磁性功效。
与共混纺丝法相比，采用原位聚合法可以得到具有更稳定持久的磁性性能的磁性腈纶纤维。通过原位聚合法可以对制备过程中得到的聚丙烯腈聚合物进行分子结构改性，进而使通过后续湿法纺丝得到的磁性腈纶纤维具有持久的磁性性能，且反复洗涤不受影响。由于原位聚合反应条件复杂，对添加的具有磁性功能的磁粉的粒径和分散剂的选择具有较高的技术要求，否则会造成磁粉出现团聚影响聚合反应的进程，以及造成纺丝困难影响纤维质量的问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种磁性腈纶纤维的制备方法及磁性腈纶纤维，将磁粉提前进行分散处理形成具有若干空隙的磁粉淤浆，再加入反应单体发生原位聚合反应，所得的磁性腈纶纤维具有持久的磁性性能。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种磁性腈纶纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将磁粉加入水中分散制得磁粉淤浆；
(2)将反应单体加入所述磁粉淤浆中，同时加入催化剂、还原剂、促进剂、pH调节剂和分散剂，使反应单体发生原位聚合反应，制得磁粉聚合物淤浆；所述反应单体包括丙烯腈；
(3)所述磁粉聚合物淤浆经过脱单、过滤、干燥，制得磁粉聚合物；
(4)将所述磁粉聚合物溶于二甲基乙酰胺得到胶液，所述胶液经湿法纺丝得到磁性腈纶纤维。
在上述方案中，将磁粉提前进行分散处理，得到一种具有多空隙结构的磁粉淤浆，在后续制备过程中加入的反应单体与反应试剂可进入磁粉淤浆的空隙中形成反应体系，进而丙烯腈单体在所述空隙中发生原位聚合，单体预聚，预聚体聚合。当预聚体聚合物尺寸逐步增大后，会沉积在磁粉颗粒的表面，最终制得的磁粉聚合物淤浆中，生成的聚丙烯腈沉积于淤浆中，可以制得均匀分散有磁粉的聚合物，磁粉与聚丙烯腈的相容性更好。本发明的制备方法既解决了加入聚合物中的磁粉易团聚的问题，还避免了磁粉组分过于集中在聚合物表层的现象，使制得的磁性腈纶纤维具有持久的磁性性能。
进一步地，步骤(1)中，制得的磁粉淤浆中固体的粒径为0.1～10μm，固含量为10％～40％；
优选地，制得的磁粉淤浆中固体的粒径为0.2～1μm，固含量为25％～35％；
优选地，所述分散的方式包括超声和/或研磨；
更优地，所述分散的方式为在超声条件下使用砂磨机研磨进行分散。
在上述方案中，将磁粉淤浆中固体的粒径与固含量控制在上述范围，有利于磁粉淤浆中产生适于原位聚合反应均匀发生的多空隙结构。通过超声及研磨进行分散，使得磁粉在水中的分散更加均匀，进而可在后续制备过程中与聚丙烯腈均匀相容，有利于磁粉在聚合物中均匀分散。
进一步地，步骤(2)中，所述原位聚合反应的反应温度为55～65℃，反应时间为100～130min，制得的磁粉聚合物淤浆的特性粘度为0.145～0.168dL/g；
优选地，原位聚合反应的反应温度为60～62℃，反应时间为120min，制得的磁粉聚合物淤浆的特性粘度为0.155～0.160dL/g。
进一步地，步骤(2)中，加入的反应单体与磁粉淤浆中磁粉的质量比为100:1.5～8，优选为100:6～8；所述反应单体还包括醋酸乙烯；
优选地，丙烯腈和醋酸乙烯的质量比为12～14:1。
在上述方案中，所述丙烯腈的质量要求如下：色度(铂-钴号)不大于10，阻聚剂含量不大于0.003～0.006％，水分不大于0.50％，过氧化物含量不大于0.00004％，乙醛含量不大于0.005％，丙酮含量不大于0.01％。
进一步地，步骤(3)中，过滤过程包括采用真空过滤机对脱单后的磁粉聚合物淤浆经进行过滤，以及对过滤后的滤饼进行洗涤；
其中，真空过滤机的真空度为-20～-40kPa，真空过滤机的压缩空气反吹压力为200～650kPa，对真空过滤机的滤布进行冲洗的冲洗水的质量流量为8000～15000kg/h，洗涤滤饼的喷淋水的质量流量为8000～15000kg/h；
优选地，真空度为-27～-37kPa，压缩空气反吹压力为400～550kPa，冲洗水的质量流量为10000～15000kg/h，喷淋水的质量流量为10000～15000kg/h。
进一步地，步骤(3)中，干燥后制得的磁粉聚合物的含水量为0.5～4.5wt.％，优选为0.8～2.5wt.％，更优为0.8～1.8wt.％；
优选地，所述干燥是将经过滤得到的潮湿的磁粉聚合物进行烘干；
更优地，潮湿的磁粉聚合物经链板干燥机1区～6区进行烘干。
在上述方案中，过滤后得到的潮湿的磁粉聚合物中，含水量约为30wt.％，含水量过高会对后续制备过程中胶液中的固含量造成影响，同时影响最终所得磁性腈纶纤维成品的强度。对潮湿的磁粉聚合物进行烘干，优选烘干至含水量降低至0.8～2.5wt.％，可以得到强度良好的磁性腈纶纤维，有利于通过常规纺织加工工艺制成纺织制品。
进一步地，步骤(2)中，所述催化剂为浓度为1.0％～4.0％的过硫酸铵，过硫酸铵的浓度优选为2.5％～3.5％；
所述还原剂为浓度为15.0％～25.0％的亚硫酸氢钠，亚硫酸氢钠的浓度优选为18.0％～22.0％；
所述促进剂为浓度为0.06％～0.14％的硫酸亚铁，硫酸亚铁的浓度优选为0.08％～0.12％；
所述pH调节剂为浓度为7％～15％的硫酸，硫酸的浓度优选为9％～12％；
所述分散剂为pH值为6.0～9.0的脱盐水，脱盐水的pH值优选为7.0～8.0；
优选地，所述催化剂、还原剂、促进剂和pH调节剂的质量比为13～17:3～5:0.6～0.8:0.5～0.7。
进一步地，步骤(4)中，所述胶液中磁粉聚合物的含量为24.0～26.0wt.％。
具体地，本发明采用如下制备方法制备磁性腈纶纤维：
(1)将磁粉加入水中在超声波条件下研磨分散制得磁粉淤浆，其中固体的粒径为0.1～10μm，固含量为25～35wt.％；
(2)将质量比为12～14:1的丙烯腈和醋酸乙烯作为反应单体加入所述磁粉淤浆中，反应单体与磁粉的质量比为100:2～5:100，同时加入催化剂、促进剂、还原剂、pH调节剂和分散剂进行原位聚合反应，反应温度为60～62℃，反应时间为120min，制得的磁粉聚合物淤浆的特性粘度为0.155～0.160dL/g；
(3)所述磁粉聚合物淤浆再经脱单、过滤，得到潮湿的磁粉聚合物，其中，过滤过程中真空过滤机的真空度为-20～-40kPa，真空过滤机的压缩空气反吹压力为200～650kPa，对真空过滤机的滤布进行冲洗的冲洗水的质量流量为8000～15000kg/h，洗涤滤饼的喷淋水的质量流量为8000～15000kg/h；潮湿的磁粉聚合物经烘干干燥，制得含水量为0.8～1.8wt.％的磁粉聚合物；
(4)将所述磁粉聚合物溶于二甲基乙酰胺得到磁粉聚合物的含量为24.0～26.0wt.％的胶液，所述胶液经定型压力为320kPa的湿法纺丝得到磁性腈纶纤维。
本发明的另一目的是提供一种采用上述所述的磁性腈纶纤维的制备方法制备得到的磁性腈纶纤维，所述磁性腈纶纤维的表面磁感应强度为0.05～0.12mT。
在上述方案中，所得磁性腈纶纤维由于具有磁性性能，其纺织制品用于穿戴可改善人体局部微循环，具有医疗保健作用。由于采用原位聚合方式将磁粉组分混合至聚合物中，与现有技术中将磁粉组分直接添加在腈纶纺丝液中，或是在纤维表面进行涂覆的方案相比，本发明提供的磁性腈纶纤维及其纺织制品具有持久的磁性性能，可多次洗涤不会造成磁性衰减。
进一步地，所述磁性腈纶纤维的断裂伸长率为32.0％～42.0％，强度为2.0～2.6cN/dtex。
在上述方案中，作为基材的腈纶纤维的初始断裂伸长率为35～40％，强度为2.0～2.4dcN/dtex。本发明通过原位聚合方式在腈纶纤维中引入了磁粉组分，使得磁粉组分在纤维中呈现均匀的分布，所得的磁性腈纶纤维与普通腈纶纤维相比，其基础力学性能未发生明显改变，可通过常规纺织加工工艺制成纺织制品。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、本发明中采用原位聚合方式制备磁性腈纶纤维，与现有技术中通过涂敷，挂染，粘贴等方法制成的磁性纤维及面料相比，磁粉与聚合物均匀地混合，所得磁性腈纶纤维可以反复洗涤，而不影响其磁性性能。
2、本发明提供的磁性腈纶纤维的制备方法中，将磁粉先进行分散处理，得到一种具有多空隙结构的磁粉淤浆，使得后续制备过程中，反应单体与反应试剂可进入磁粉淤浆的空隙中形成反应体系，使反应单体可发生均匀的原位聚合反应，提高了磁粉与聚合物组分的相容性。
3、本发明提供的磁性腈纶纤维采用原位聚合方式将磁粉引入反应体系，实现了对聚合物分子结构的改性，使所得磁性腈纶纤维具有持久稳定的磁性功能的同时，还保留了腈纶纤维的基础力学性能等特性，可通过常规纺织加工工艺制成纺织制品。
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例中，采用如下方法制备磁性腈纶纤维：
(1)将磁粉加入水中在超声波条件下研磨分散制得磁粉淤浆，其中固体的粒径为1μm，固含量为10％；
(2)将质量比为14.45:1的丙烯腈和醋酸乙烯作为反应单体加入所述磁粉淤浆中，反应单体与磁粉的质量比为100:2，同时加入催化剂(浓度为4.0％的过硫酸铵)、还原剂(浓度为22.0％的亚硫酸氢钠)、促进剂(浓度为0.12％的硫酸亚铁)、pH调节剂(浓度为11％的硫酸)和分散剂(pH为8.0的脱盐水)，使反应单体发生原位聚合反应，制得磁粉聚合物淤浆；
其中，加入的催化剂、还原剂、促进剂和pH调节剂的质量比为28.1:3.4:0.60:0.65；
原位聚合反应的反应温度为60.5℃，反应时间为120min，制得的磁粉聚合物淤浆的特性粘度为0.160～0.167dL/g；
(3)所述磁粉聚合物淤浆经过脱单、过滤，得到潮湿的磁粉聚合物，其中，过滤过程中真空过滤机的真空度为-38kPa，真空过滤机的压缩空气反吹压力为450kPa，对真空过滤机的滤布进行冲洗的冲洗水的质量流量为13000kg/h，洗涤滤饼的喷淋水的质量流量为14000kg/h；潮湿的磁粉聚合物经链板干燥机1区～6区进行烘干干燥，制得含水量为0.8wt.％的磁粉聚合物；
(4)将所述磁粉聚合物溶于二甲基乙酰胺得到磁粉聚合物的含量为25.0wt.％的胶液，所述胶液经定型压力为320kPa的湿法纺丝得到磁性腈纶纤维。
实施例2
本实施例中，采用如下方法制备磁性腈纶纤维：
(1)将磁粉加入水中在超声波条件下研磨分散制得磁粉淤浆，其中固体的粒径为1μm，固含量为15.0％；
(2)将质量比为13.88:1的丙烯腈和醋酸乙烯作为反应单体加入所述磁粉淤浆中，反应单体与磁粉的质量比为100:5，同时加入催化剂(浓度为1.0％的过硫酸铵)、还原剂(浓度为17.0％的亚硫酸氢钠)、促进剂(浓度为0.06％的硫酸亚铁)、pH调节剂(浓度为9％的硫酸)和分散剂(pH为9.0的脱盐水)，使反应单体发生原位聚合反应，制得磁粉聚合物淤浆；
其中，加入的催化剂、还原剂、促进剂和pH调节剂的质量比为30:5.5:0.8:1；
原位聚合反应的反应温度为58.5℃，反应时间为120min，制得的磁粉聚合物淤浆的特性粘度为0.158～0.163dL/g；
(3)所述磁粉聚合物淤浆经过脱单、过滤，得到潮湿的磁粉聚合物，其中，过滤过程中真空过滤机的真空度为-25kPa，真空过滤机的压缩空气反吹压力为600kPa，对真空过滤机的滤布进行冲洗的冲洗水的质量流量为8000kg/h，洗涤滤饼的喷淋水的质量流量为10000kg/h；潮湿的磁粉聚合物经链板干燥机1区～6区进行烘干干燥，制得含水量为4.0wt.％的磁粉聚合物；
(4)将所述磁粉聚合物溶于二甲基乙酰胺得到磁粉聚合物的含量为25.0wt.％的胶液，所述胶液经定型压力为320kPa的湿法纺丝得到磁性腈纶纤维。
实施例3
本实施例中，采用如下方法制备磁性腈纶纤维：
(1)将磁粉加入水中在超声波条件下研磨分散制得磁粉淤浆，其中固体的粒径为1μm，固含量为10.0％；
(2)将质量比为13.26:1的丙烯腈和醋酸乙烯作为反应单体加入所述磁粉淤浆中，反应单体与磁粉的质量比为100:3，同时加入催化剂(浓度为3.5％的过硫酸铵)、还原剂(浓度为25.0％的亚硫酸氢钠)、促进剂(浓度为0.08％的硫酸亚铁)、pH调节剂(浓度为7％的硫酸)和分散剂(pH为7.0的脱盐水)，使反应单体发生原位聚合反应，制得磁粉聚合物淤浆；
其中，加入的催化剂、还原剂、促进剂和pH调节剂的质量比为29.3:5.3:0.9:1；
原位聚合反应的反应温度为59℃，反应时间为120min，制得的磁粉聚合物淤浆的特性粘度为0.153～0.156dL/g；
(3)所述磁粉聚合物淤浆经过脱单、过滤，得到潮湿的磁粉聚合物，其中，过滤过程中真空过滤机的真空度为-20kPa，真空过滤机的压缩空气反吹压力为300kPa，对真空过滤机的滤布进行冲洗的冲洗水的质量流量为15000kg/h，洗涤滤饼的喷淋水的质量流量为15000kg/h；潮湿的磁粉聚合物经链板干燥机1区～6区进行烘干干燥，制得含水量为2.5wt.％的磁粉聚合物；
(4)将所述磁粉聚合物溶于二甲基乙酰胺得到磁粉聚合物的含量为25.0wt.％的胶液，所述胶液经定型压力为320kPa的湿法纺丝得到磁性腈纶纤维。
实施例4
本实施例中，采用如下方法制备磁性腈纶纤维：
(1)将磁粉加入水中在超声波条件下研磨分散制得磁粉淤浆，其中固体的粒径为0.2μm，固含量为25.0％；
(2)将质量比为13.05:1的丙烯腈和醋酸乙烯作为反应单体加入所述磁粉淤浆中，反应单体与磁粉的质量比为100:4，同时加入催化剂(浓度为2.5％的过硫酸铵)、还原剂(浓度为15.0％的亚硫酸氢钠)、促进剂(浓度为0.14％的硫酸亚铁)、pH调节剂(浓度为15％的硫酸)和分散剂(pH为6.0的脱盐水)，使反应单体发生原位聚合反应，制得磁粉聚合物淤浆；
其中，加入的催化剂、还原剂、促进剂和pH调节剂的质量比为28.1:5.2:0.78:1；
原位聚合反应的反应温度为65℃，反应时间为100min，制得的磁粉聚合物淤浆的特性粘度为0.145～0.150dL/g；
(3)所述磁粉聚合物淤浆经过脱单、过滤，得到潮湿的磁粉聚合物，其中，过滤过程中真空过滤机的真空度为-40kPa，真空过滤机的压缩空气反吹压力为200kPa，对真空过滤机的滤布进行冲洗的冲洗水的质量流量为10000kg/h，洗涤滤饼的喷淋水的质量流量为8000kg/h；潮湿的磁粉聚合物经链板干燥机1区～6区进行烘干干燥，制得含水量为1.5wt.％的磁粉聚合物；
(3)所述磁粉聚合物淤浆经过脱单、过滤，得到潮湿的磁粉聚合物，过滤过程的真空度为-40kPa，反吹压力为200kPa，冲洗水的质量流量为10000kg/h，喷淋水的质量流量为8000kg/h；潮湿的磁粉聚合物经烘干干燥，制得含水量为1.5wt.％的磁粉聚合物；
(4)将所述磁粉聚合物溶于二甲基乙酰胺得到磁粉聚合物的含量为25.0wt.％的胶液，所述胶液经定型压力为320kPa的湿法纺丝得到磁性腈纶纤维。
实施例5
本实施例中，采用如下方法制备磁性腈纶纤维：
(1)将磁粉加入水中在超声波条件下研磨分散制得磁粉淤浆，其中固体的粒径为10μm，固含量为30.0％；
(2)将质量比为12.88:1的丙烯腈和醋酸乙烯作为反应单体加入所述磁粉淤浆中，反应单体与磁粉的质量比为100:2，同时加入催化剂(浓度为3.0％的过硫酸铵)、还原剂(浓度为20.0％的亚硫酸氢钠)、促进剂(浓度为0.10％的硫酸亚铁)、pH调节剂(浓度为10％的硫酸)和分散剂(pH为7.5的脱盐水)，使反应单体发生原位聚合反应，制得磁粉聚合物淤浆；
其中，加入的催化剂、还原剂、促进剂和pH调节剂的质量比为30:5.5:0.8:1；
原位聚合反应的反应温度为55℃，反应时间为130min，制得的磁粉聚合物淤浆的特性粘度为0.150～0.160dL/g；
(3)所述磁粉聚合物淤浆经过脱单、过滤，得到潮湿的磁粉聚合物，其中，过滤过程中真空过滤机的真空度为-30kPa，真空过滤机的压缩空气反吹压力为360kPa，对真空过滤机的滤布进行冲洗的冲洗水的质量流量为12000kg/h，洗涤滤饼的喷淋水的质量流量为12500kg/h；潮湿的磁粉聚合物经链板干燥机1区～6区进行烘干干燥，制得含水量为2.2wt.％的磁粉聚合物；
(4)将所述磁粉聚合物溶于二甲基乙酰胺得到磁粉聚合物的含量为25.0wt.％的胶液，所述胶液经定型压力为320kPa的湿法纺丝得到磁性腈纶纤维。
实施例6
本实施例中，采用如下方法制备磁性腈纶纤维：
(1)将磁粉加入水中在超声波条件下研磨分散制得磁粉淤浆，其中固体的粒径为0.1μm，固含量为35.0％；
(2)将质量比为12.56:1的丙烯腈和醋酸乙烯作为反应单体加入所述磁粉淤浆中，反应单体与磁粉的质量比为100:3，同时加入催化剂(浓度为3.5％的过硫酸铵)、还原剂(浓度为25.0％的亚硫酸氢钠)、促进剂(浓度为0.08％的硫酸亚铁)、pH调节剂(浓度为7％的硫酸)和分散剂(pH为7.0的脱盐水)，使反应单体发生原位聚合反应，制得磁粉聚合物淤浆；
其中，加入的催化剂、还原剂、促进剂和pH调节剂的质量比为29.3:5.3:0.9:1；
原位聚合反应的反应温度为59℃，反应时间为120min，制得的磁粉聚合物淤浆的特性粘度为0.160～0.166dL/g；
(3)所述磁粉聚合物淤浆经过脱单、过滤，得到潮湿的磁粉聚合物，其中，过滤过程中真空过滤机的真空度为-36kPa，真空过滤机的压缩空气反吹压力为500kPa，对真空过滤机的滤布进行冲洗的冲洗水的质量流量为9000kg/h，洗涤滤饼的喷淋水的质量流量为14500kg/h；潮湿的磁粉聚合物经链板干燥机1区～6区进行烘干干燥，制得含水量为1.2wt.％的磁粉聚合物；
(4)将所述磁粉聚合物溶于二甲基乙酰胺得到磁粉聚合物的含量为25.0wt.％的胶液，所述胶液经定型压力为320kPa的湿法纺丝得到磁性腈纶纤维。
实施例7
与实施例6的区别在于，步骤(2)中反应单体与磁粉的质量比为100:7，其他实施方法与实施例6相同。
实施例8
与实施例6的区别在于，步骤(1)中的固含量为40％，其他实施方法与实施例6相同。
对比例1
与实施例1的区别在于，不加入磁粉制得腈纶纤维，其他实施方法与实施例1相同。
对比例2
与实施例2的区别在于，不加入磁粉制得腈纶纤维，其他实施方法与实施例2相同。
对比例3
与实施例3的区别在于，不加入磁粉制得腈纶纤维，其他实施方法与实施例3相同。
对比例4
与实施例1的区别在于，省去步骤(1)制备磁粉淤浆的步骤，将同样质量的磁粉直接加入丙烯腈和醋酸乙烯的混合物中，并加入催化剂、还原剂、促进剂、pH调节剂和分散剂，进行聚合反应，制得磁粉聚合物淤浆，其他实施方法与实施例1相同。
试验例1
本试验例中，分别对实施例1～8中步骤(2)制备的磁粉聚合物淤浆进行特性粘度和醋酸乙烯含量的测定，结果如表1所示。
表1磁粉聚合物淤浆试验数据表
| 特性粘度(dL/g) | 醋酸乙烯含量(％) | |
| 实施例1 | 0.164 | 6.42 |
| 实施例2 | 0.160 | 6.38 |
| 实施例3 | 0.154 | 6.15 |
| 实施例4 | 0.148 | 6.03 |
| 实施例5 | 0.155 | 5.91 |
| 实施例6 | 0.164 | 5.79 |
| 实施例7 | 0.159 | 5.70 |
| 实施例8 | 0.165 | 5.81 |
本试验例对实施例1～8中得到的磁粉聚合物淤浆进行了测试，根据表1所示的试验数据，所得磁粉聚合物的特性粘度及醋酸乙烯含量达到了腈纶纤维的指标要求，可通过后续的纺丝步骤制得具有磁性性能的磁性腈纶纤维。
试验例2
本试验例中，对实施例1～8和对比例1～4制得的磁性腈纶纤维进行分析测试，结果如表2所示。
表2磁性腈纶纤维试验数据表
由上表可知，实施例1-8制得的磁性腈纶纤维在人体最佳磁感应强度的范围内。将实施例1-3与相应地对比例1-3进行比较，加入磁粉制得的磁性腈纶纤维与不含磁粉的腈纶纤维相比，其纤度偏差仅有小幅度增加，断裂伸长率小幅度下降，强度得到了提升。
而通过对比实施例1、对比例1及对比例4的数据，可以看出，实施例1中所得磁性腈纶纤维相比对比例1纤度偏差没有变化，纤维的强度更高，断裂伸长率出现小幅度下降，而对比例4中所得磁性腈纶纤维相比对比例1纤度偏差出现增加，强度出现下降，断裂伸长率的下降幅度比实施例1更大。上述结果表明，对比例4中在反应单体中直接加入磁粉进行反应的方案导致磁粉在纤维中的分布不均，影响了所得纤维的力学性能。同时，对比例4中所得磁性腈纶纤维的表面磁感应强度低于实施例1，未表现出良好的磁性性能。
由此可见，本发明中先将磁粉在水中进行分散制得磁粉淤浆，再将反应单体加入磁粉淤浆中，通过原位聚合反应的方式在腈纶纤维中引入了磁粉组分，使加入的磁粉在纤维中均匀分布，所制得的磁性腈纶纤维既具有磁性性能，同时基础力学性能也基本没有受到影响，可应用于纺织领域并按照常规纺织工艺进行纺织制品的生产。
试验例3
本试验例中，分别对实施例1～8制得的磁性腈纶纤维的磁性持久性进行了测试，具体检测了不同实施例中所得的磁性腈纶纤维在经过不同次数的水洗后磁性性能的变化，结果如表3所示。
表3磁性腈纶纤维不同水洗次数下的试验数据表
由上表可知，实施例1～8中制得的磁性腈纶纤维在经过10水洗后，其表面磁感应强度没有发生变化，而经过30次水洗后，其表面磁感应强度也仅出现了小幅度下降，说明本发明的方案所得的磁性腈纶纤维具有持久的磁性性能，经多次水洗不会失效。而对比例4中将磁粉直接与反应单体混合的方案得到的磁性腈纶纤维，由于磁粉未能与聚合物均匀混合，结合不够牢固，经过水洗后的表面磁感应强度出现了明显下降。
由此可见，不同于现有技术中磁性物质集中在纤维表面，在使用过程中容易脱落分离的情况，本发明中磁粉组分与聚合物形成了复合体系，两者牢固地结合在一起，使得纤维的磁性性能不会轻易丧失。
试验例4
本试验例对比了磁粉淤浆中固含量对所得磁性腈纶纤维性能的影响，实施方法与实施例6相同，仅改变步骤(1)中固含量，结果如表4所示。
表4磁粉淤浆中固含量对磁性腈纶纤维性能影响的试验数据表
由上表可知，当步骤(1)中固含量控制在25％～35％时，所得磁性腈纶纤维的纤度偏差较小，同时强度和断裂伸长率更大，并且具有相对较大的表面磁感应强度。为得到力学性能良好，同时具有良好的磁性性能的磁性腈纶纤维，本发明中制备磁粉淤浆时固含量优选为25％～35％。
试验例5
本试验例对比了反应单体与磁粉的质量比对所得磁性腈纶纤维性能的影响，实施方法与实施例7相同，仅改变步骤(2)中反应单体与磁粉的质量比，结果如表5所示。
表5反应单体与磁粉的质量比对磁性腈纶纤维性能影响的试验数据表
由上表可知，当步骤(2)中反应单体与磁粉的质量比控制在100:1.5～8时，所得磁性腈纶纤维具有相对较小的纤度偏差，同时具有相对更大的强度和断裂伸长率，以及相对较大的表面磁感应强度。当反应单体与磁粉的质量比控制在100:6～8时，磁性腈纶纤维具有更高的表面磁感应强度的同时也具有优异的强度性能，并且其纤度偏差与断裂伸长率相对维持在稳定的水平。由上述内容可知，为得到力学性能良好，同时具有良好的磁性性能的磁性腈纶纤维，本发明中反应单体与磁粉的质量比优选为100:1.5～8，更优为100:6～8。
试验例6
本试验例对比了干燥后磁粉聚合物的含水量对所得磁性腈纶纤维性能的影响，实施方法与实施例6相同，仅改变步骤(3)中干燥后的含水量，结果如表6所示。
表6磁粉聚合物含水量对磁性腈纶纤维性能影响的试验数据表
由上表可知，当步骤(3)中干燥后磁粉聚合物的含水量控制在0.8～2.5wt.％时，所得磁性腈纶纤维的具有较大的强度及断裂伸长率，当含水量控制在0.8～1.8wt.％时，强度和断裂伸长率更大。为得到力学性能良好的磁性腈纶纤维，从而有利于将其应用与常规纺织工艺，本发明中干燥后磁粉聚合物的含水量优选为0.8～2.5wt.％，更优为0.8～1.8wt.％。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种磁性腈纶纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将磁粉加入水中分散制得磁粉淤浆；
(2)将反应单体加入所述磁粉淤浆中，同时加入催化剂、还原剂、促进剂、pH调节剂和分散剂，使反应单体发生原位聚合反应，制得磁粉聚合物淤浆；所述反应单体包括丙烯腈；
(3)所述磁粉聚合物淤浆经过脱单、过滤、干燥，制得磁粉聚合物；
(4)将所述磁粉聚合物溶于二甲基乙酰胺得到胶液，所述胶液经湿法纺丝得到磁性腈纶纤维。
2.根据权利要求1所述的磁性腈纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，制得的磁粉淤浆中固体的粒径为0.1～10μm，固含量为10％～40％；
优选地，制得的磁粉淤浆中固体的粒径为0.2～1μm，固含量为25％～35％；
优选地，所述分散的方式包括超声和/或研磨；
更优地，所述分散的方式为在超声条件下使用砂磨机研磨进行分散。
3.根据权利要求1或2所述的磁性腈纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述原位聚合反应的反应温度为55～65℃，反应时间为100～130min，制得的磁粉聚合物淤浆的特性粘度为0.145～0.168dL/g；
优选地，原位聚合反应的反应温度为60～62℃，反应时间为120min，制得的磁粉聚合物淤浆的特性粘度为0.155～0.160dL/g。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的磁性腈纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，加入的反应单体与磁粉淤浆中磁粉的质量比为100:1.5～8，优选为100:6～8；所述反应单体还包括醋酸乙烯；
优选地，丙烯腈和醋酸乙烯的质量比为12～14:1。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的磁性腈纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，过滤过程包括采用真空过滤机对脱单后的磁粉聚合物淤浆经进行过滤，以及对过滤后的滤饼进行洗涤；
其中，真空过滤机的真空度为-20～-40kPa，真空过滤机的压缩空气反吹压力为200～650kPa，对真空过滤机的滤布进行冲洗的冲洗水的质量流量为8000～15000kg/h，洗涤滤饼的喷淋水的质量流量为8000～15000kg/h；
优选地，真空度为-27～-37kPa，压缩空气反吹压力为400～550kPa，冲洗水的质量流量为10000～15000kg/h，喷淋水的质量流量为10000～15000kg/h。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的磁性腈纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，干燥后制得的磁粉聚合物的含水量为0.5～4.5wt.％，优选为0.8～2.5wt.％；
优选地，所述干燥是将经过滤得到的潮湿的磁粉聚合物进行烘干；
更优地，潮湿的磁粉聚合物经链板干燥机1区～6区进行烘干。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的磁性腈纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述催化剂为浓度为1.0％～4.0％的过硫酸铵，过硫酸铵的浓度优选为2.5％～3.5％；
所述还原剂为浓度为15.0％～25.0％的亚硫酸氢钠，亚硫酸氢钠的浓度优选为18.0％～22.0％；
所述促进剂为浓度为0.06％～0.14％的硫酸亚铁，硫酸亚铁的浓度优选为0.08％～0.12％；
所述pH调节剂为浓度为7％～15％的硫酸，硫酸的浓度优选为9％～12％；
所述分散剂为pH值为6.0～9.0的脱盐水，脱盐水的pH值优选为7.0～8.0；
优选地，所述催化剂、还原剂、促进剂和pH调节剂的质量比为13～17:3～5:0.6～0.8:0.5～0.7。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的磁性腈纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述胶液中磁粉聚合物的含量为24.0～26.0wt.％。
9.一种采用权利要求1-8中任意一项所述的磁性腈纶纤维的制备方法制备得到的磁性腈纶纤维，其特征在于，所述磁性腈纶纤维的表面磁感应强度为0.05～0.12mT。
10.根据权利要求9所述的磁性腈纶纤维，其特征在于，所述磁性腈纶纤维的断裂伸长率为32.0％～42.0％，强度为2.0～2.6cN/dtex。
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2020
- 2020-12-31 CN CN202011625597.0A patent/CN112813519A/zh active Pending
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