CN113355756A - 一种卫材用环保复合纤维的制备方法 - Google Patents

一种卫材用环保复合纤维的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种卫材用环保复合纤维的制备方法，包括熔融复合纺丝、一次上油、牵伸、二次上油、预热、卷曲、松弛定型、切断打包过程。专利涉及的产品来源可再生，废弃完全生物降解，解决了传统石油基卫生材料的环保问题。此外，专利涉及的制备方法工艺路线简单，提高了生产效率，降低了投资。

Description

一种卫材用环保复合纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及卫生纤维领域，具体涉及一种卫材用复合聚乳酸纤维的制备方法。
背景技术
现有技术产品方案中，卫材纤维特指ES纤维，ES纤维是聚丙烯和聚乙烯生产的皮芯复合纤维。然而，聚丙烯和聚乙烯都是石油基不可降解材料，大量使用不但消耗石油，而且给环境带来重大负面影响，如白色污染、全球变暖等。
聚乳酸纤维(PLA)是以非粮农作物或秸秆经生物发酵生成的乳酸产物为原料，通过脱水工艺和熔融纺丝工艺制备得到的国家战略性新纤维。PLA纤维性能特点：1)性能近似传统石化纤维和天然纤维，具备替代传统纤维的潜质；2)环保性：可完全降解成二氧化碳和水，以年可再生的非粮农作物或秸秆为原料，不增加温室气体排放；3)人体安全性：中间体乳酸是人体中含有的成分，可被人体代谢吸收；4)优异的健康舒适性：抑菌、抑螨、亲肤、不过敏、透气导湿等；5)可缓解石油进口、白色污染、全球变暖及三农问题。
聚乳酸复合纤维是ES纤维的较佳替代材料。通常采用现有的技术装备和传统的两步法生产聚乳酸复合纤维。第一步前纺原丝生产：原料经过螺杆、过滤器、计量泵、箱体组件、喷丝板纺出纤维，初生纤维经过上油轮后引入卷绕系统，然后再通过喂入机导入盛丝桶；第二步后纺：几十个盛丝桶的原丝通过集束架后通过六辊导丝机进入浸油槽，然后依次通过第一道牵伸7辊(或9辊)、水浴牵伸槽、第二道牵伸7辊、热空气或蒸汽牵伸槽、第三道牵伸7辊(或9辊)、叠丝机、上油机、预热箱、卷取机、烘箱干燥定型机、曳引张力机、切断机，最后计量打包。
鉴于现有技术工艺路线长，设备投资大；纤维与设备、空气接触时间长，加重了聚乳酸复合纤维的受污染程度，因此需要一种建设投资少、生产能耗小、生产过程中受污染程度小的卫材专用聚乳酸复合纤维的制备工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种建设投资少、生产能耗小、生产过程中纤维受污染程度低的卫材专用聚乳酸复合纤维的制备工艺。
本发明提供一种卫材用环保复合纤维的制备方法，该复合纤维是由高熔点聚乳酸(A)和低熔点聚乳酸(B)复合纺丝制备得到，聚乳酸(A)的熔点165～175℃，聚乳酸(B)的熔点120～130℃。本制备方法包括以下步骤：
1)复合熔融纺丝：先将聚乳酸(A)与聚乳酸(B)的原料干燥至含水率30ppm左右再进行复合熔融纺丝，纺丝组件压力6-9MPa；聚乳酸(A)纺丝的螺杆温度为230-255℃，聚乳酸(B)纺丝的螺杆温度为210-240℃，箱体温度为230-240℃；初生纤维速率500-600m/min；冷却风温度16-22℃，湿度60-80％，风速0.8-1.6m/s，风压600-1000Pa。
2)一次上油：油辊距离喷丝板的距离为4.5m，通过两套油辊对丝束进行双面上油，上油效果更均匀、充分。油辊的转动方向与纤维的运动方向相反，进一步提高上油的均匀性。油辊直径φ250×230mm，转速20-30r/min。
3)牵伸：7辊牵伸系统，第1辊速度v1与初生纤维速率相同，控制温度70℃±2℃，第2辊速度v2＝1.05v1，控制温度90℃±2℃，第3辊速度v3＝2.0v1，控制温度95℃±2℃，第4辊速度v4＝2.5v1，控制温度100℃±3℃，第5辊速度v5＝2.8v1，控制温度90℃±2℃，第6辊速度v6＝2.8v1，控制温度26℃±1℃，第7辊速度v7＝2.8v1，控制辊面温度18℃±1℃。
4)二次上油：牵伸得到的丝束进行二次上油，上油形式为喷嘴上下雾化对喷，上下各设多套喷嘴，上油均匀充分。
5)预热：上油后的丝束通过热空气加热，热空气温度控制在85-90℃。
6)卷曲：卷曲轮内置恒温水系统控温，卷曲轮辊面温度控制在60-65℃，主压0.20Mpa，背压0.16MPa。
7)松弛热定型：烘箱温度分别为：一区85℃±3℃，二区90℃±3℃，三区95℃±2℃，四区80℃±2℃，冷却一区28℃±2℃，冷却二区25℃±2℃，停留时间1.0～1.5min，停留时间短，仅需简单定型即可，无需烘干水分，比二步法烘干定型时间缩短很多，提高了生产效率。
8)切断打包：丝束经过曳引张力机后进入切断机，切断机内置冷冻循环风系统，控制刀片温度不高于50℃,打包重量250±5kg。
优选的，所述聚乳酸(A)占比45-55％wt；复合纤维的纤维截面为同心皮芯结构，聚乳酸(A)为芯层，聚乳酸(B)为皮层。
优选的，牵伸机1-5辊为电磁感应加热，6-7辊为内置冷却循环水，所述温度均为辊面温度。
优选的，复合熔融纺丝的步骤中，在喷丝板与冷却吹风之间设置高度为3-5cm的真空脱单体系统，将纤维及纤维表面大部分的单体丙交酯抽走，提升纤维的物理性能。
优选的，真空脱单体系统的真空泵入口处的真空度为2000-5000Pa。
优选的，真空泵为水循环真空泵。
使用上述制备方法制得的复合纤维，其单丝纤度1.5-4.0dtex，断裂强度≥3.0cN/dtex，纤维卷曲数15-18个/25mm，纤维油份0.4-0.7％，纤维水分≤0.4％，疵点≤5mg/100g，纤维长度38-51mm，收缩率≤3％。
上述复合纤维的卫生指标(GB15979—2002)：细菌菌落总数≤100cfu/g，真菌菌落总数≤100cfu/g，大肠菌群和致病性化脓菌未检出。
本发明卫生用聚乳酸复合纤维具有如下优点：
1、一步法工艺与传统二步法工艺路径相比，大幅度降低了设备投资、基建投资和生产能耗。对于相同产能的生产线，整体设备投资减少40％左右，生产能耗减少35％左右。
2、因为设备数量减少，纤维与设备(尤其是含水的牵伸设备)和空气接触时间缩短，减轻了聚乳酸复合纤维的受污染轻度，本发明纤维整体卫生指标高于传统生产线产品。
具体实施方式
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：
1、原料切片：聚乳酸(A)为165℃熔点聚乳酸，聚乳酸(B)为125℃熔点的聚乳酸；聚乳酸(A)与聚乳酸(B)的原料切片含水率为30ppm左右，聚乳酸(A)占原料总量的45％wt。
2、工艺步骤及其主要参数：
原料切片依次经过以下工艺步骤制备复合纤维：复合熔融纺丝、一次上油、牵伸、二次上油、预热、卷曲、松弛热定型、切断打包。
上述步骤的工艺参数如下：
Figure BDA0002403573150000051
Figure BDA0002403573150000061
3、复合纤维主要产品指标：
Figure BDA0002403573150000062
4、复合纤维主要能耗指标：
本案例是在公司50t/d的一步法生产线上试制，主要能耗指标如下：电：750kWh/t产品，蒸汽(0.4MPa)：0.6t/h，循环水：1500m3/h，冷冻水：1.6m3/h，压缩空气(0.6MPa)：950Nm3/h。
实施例2：
1、原料切片：聚乳酸(A)为175℃熔点的聚乳酸，聚乳酸(B)为130℃熔点的聚乳酸；聚乳酸(A)与聚乳酸(B)的原料切片含水率均为30ppm左右，组分A占原料总量的55％wt。
2、工艺步骤及其主要参数：
原料切片依次经过以下工艺步骤制备复合纤维：复合熔融纺丝、一次上油、牵伸、二次上油、预热、卷曲、松弛热定型、切断打包。上述步骤的工艺参数如下：
Figure BDA0002403573150000071
Figure BDA0002403573150000081
3、复合纤维主要产品指标：
Figure BDA0002403573150000082
Figure BDA0002403573150000091
4、复合纤维主要能耗指标：
本案例是在公司50t/d的一步法生产线上试制，主要能耗指标如下：电：680kWh/t产品，蒸汽(0.4MPa)：0.5t/h，循环水：1300m3/h，冷冻水：1.4m3/h，压缩空气(0.6MPa)：1010Nm3/h。
实施例3：
1、原料切片：聚乳酸(A)为熔点175℃的聚乳酸，聚乳酸(B)为熔点128℃聚乳酸；聚乳酸(A)与聚乳酸(B)的含水率均为30ppm左右，组分A占总量的50％wt。
2、工艺步骤及其主要参数：
原料切片依次经过以下工艺步骤制备复合纤维：复合熔融纺丝、一次上油、牵伸、二次上油、预热、卷曲、松弛热定型、切断打包。上述步骤的工艺参数如下：
Figure BDA0002403573150000092
Figure BDA0002403573150000101
3、复合纤维主要产品指标：
Figure BDA0002403573150000102
Figure BDA0002403573150000111
4、复合纤维主要能耗指标：
本案例是在公司50t/d的一步法生产线上试制，主要能耗指标如下：电：700kWh/t产品，蒸汽(0.4MPa)：0.55t/h，循环水：1350m3/h，冷冻水：1.45m3/h，压缩空气(0.6MPa)：960Nm3/h。
对比例1：二步法制备复合纤维
在OerlikonNeumag生产线上进行对比试验，产线产能与本发明基本相同。
1、原料切片：组分A为175℃熔点聚乳酸，组分B为128℃熔点聚乳酸；组分A占总量的50％wt。
2、采用公知的二步法工艺制备，主要工艺参数如下：
Figure BDA0002403573150000112
Figure BDA0002403573150000121
Figure BDA0002403573150000131
3、聚乳酸复合纤维主要产品指标：
Figure BDA0002403573150000132
4、复合纤维主要能耗指标：
本案例是在50t/d的Oerlikon Neumag生产线上试制，主要能耗指标如下：电：1050kWh/t产品，蒸汽(0.4MPa)：0.9t/h，循环水：3000m3/h，冷冻水：2.0m3/h，压缩空气(0.6MPa)：1600Nm3/h。
对比例2：二步法制备ES纤维
在Oerlikon Neumag生产线上进行对比试验，产线产能与本发明相同。
1、原料切片：组分A为PP，组分B为HDPE；组分A占总量的50％wt。
2、采用公知的二步法工艺制备，主要工艺参数如下：
Figure BDA0002403573150000141
Figure BDA0002403573150000151
3、ES纤维主要产品指标：
Figure BDA0002403573150000152
Figure BDA0002403573150000161
4、ES纤维主要能耗指标：
本案例是在50t/d的Oerlikon Neumag生产线上试制，主要能耗指标如下：电：960kWh/t产品，蒸汽(0.4MPa)：0.8t/h，循环水：3200m3/h，冷冻水：1.8m3/h，压缩空气(0.6MPa)：1500Nm3/h。
把相同纤度指标的实施例3和对比例1及对比例2进行对照分析：
Figure BDA0002403573150000162
Figure BDA0002403573150000171
在产线产能、纤维单丝纤度都相同的情况下，进行对比分析：从上表我们可以看出，两条生产线制备得到的聚乳酸复合纤维与ES纤维的物化指标相当。
本发明产品的卫生指标明显优于Oerlikon Neumag产线产品，尤其是与传统ES纤维对比时，本发明细菌菌落总数为2cfu/g，真菌菌落没有检出，而传统二步法生产的ES纤维细菌菌落总数为35cfu/g，真菌菌落总数为12cfu/g。
在能耗上，本工艺的一步法产线明显优于二步法生产线，本工艺节电260-350kWh/t，蒸汽、循环水、冷冻水和压缩空气消耗量分别减少0.25-0.35t/h，1650-1850m3/h，0.35-0.55m3/h，540-640Nm3/h，很大程度上降低了生产能耗。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种卫材用环保复合纤维的制备方法，其特征在于，所述复合纤维是由聚乳酸(A)和聚乳酸(B)复合纺丝制备得到，所述聚乳酸(A)的熔点165～175℃，所述聚乳酸(B)的熔点120～130℃；所述聚乳酸(A)、所述聚乳酸(B)的原料切片含水率均小于30ppm；
所述制备方法包括以下步骤：
1)复合熔融纺丝：组件压力6-9MPa；聚乳酸(A)纺丝的螺杆温度为230-255℃，聚乳酸(B)纺丝的螺杆温度为210-240℃，箱体温度为230-240℃；初生纤维速率500-600m/min；冷却风温度16-22℃，湿度60-80％，风速0.8-1.6m/s，风压600-1000Pa；
2)一次上油：油辊距离喷丝板的距离为4.5m，通过两套油辊对丝束进行双面上油，油辊的转动方向与纤维的运动方向相反，油辊直径φ250×230mm，转速20-30r/min；
3)牵伸：7辊牵伸系统，第1辊速度v1与初生纤维速率相同，控制温度70℃±2℃，第2辊速度v2＝1.05v1，控制温度90℃±2℃，第3辊速度v3＝2.0v1，控制温度95℃±2℃，第4辊速度v4＝2.5v1，控制温度100℃±3℃，第5辊速度v5＝2.8v1，控制温度90℃±2℃，第6辊速度v6＝2.8v1，控制温度26℃±1℃，第7辊速度v7＝2.8v1，控制辊面温度18℃±1℃；
4)二次上油：牵伸得到的丝束进行二次上油，上油形式为喷嘴上下雾化对喷，上下各设多套喷嘴；
5)预热：上油后的丝束通过热空气加热，热空气温度控制在85-90℃；
6)卷曲：卷曲轮内置恒温水系统控温，卷曲轮辊面温度控制在60-65℃，主压0.20±0.015Mpa，背压0.16±0.01MPa；
7)松弛热定型：烘箱温度分别为：一区85℃±3℃，二区90℃±3℃，三区95℃±2℃，四区80℃±2℃，冷却一区28℃±2℃，冷却二区25℃±2℃，停留时间1.0～1.5min；
8)切断打包：丝束经过曳引张力机后进入切断机，切断机内置冷冻循环风系统，控制刀片温度≤50℃。
2.根据权利要求1所述的卫材用环保复合纤维的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸(A)占比45-55％wt；复合纤维的纤维截面为同心皮芯结构，聚乳酸(A)为芯层，聚乳酸(B)为皮层。
3.根据权利要求1所述的卫材用环保复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤3)中，牵伸机1-5辊为电磁感应加热，6-7辊为内置冷却循环水，温度均为辊面温度。
4.根据权利要求1所述的卫材用环保复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤1)中，在喷丝板与冷却吹风之间设置高度为3-5cm的真空脱单体系统。
5.根据权利要求4所述的卫材用环保复合纤维的制备方法，其特征在于，所述真空脱单体系统的真空泵入口处的真空度为2000-5000Pa。
6.根据权利要求5所述的卫材用环保复合纤维的制备方法，其特征在于，所述真空泵为水循环真空泵。
7.使用权利要求1至6中任一项所述的卫材用环保复合纤维的制备方法制得的复合纤维，其特征在于，所述复合纤维的单丝纤度1.5-4.0dtex，断裂强度≥3.0cN/dtex，纤维卷曲数15-18个/25mm，纤维油份0.4-0.7％，纤维水分≤0.4％，疵点≤5mg/100g，纤维长度38-51mm，收缩率≤3％。
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