CN113981609A - 木棉植物纤维复合纤维絮片、保温材料和轻质救生材料 - Google Patents

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Abstract

一种木棉植物纤维复合纤维絮片、保温材料和轻质救生材料，制备过程：将已开松的木棉纤维进行预处理后、与增强纤维‑热熔纤维双组份纤维（核壳结构，增强纤维为核，热熔纤维为壳）、硅烷偶联剂混料，将混和料放入离棉器，经打手混合后再进入振动棉箱，接着采用串联式梳理及铺网机以交叉铺网的方式铺网、热风处理加固、撒粉、二次加固、冷却、成卷。采用特定的粘结材料，分两次加固，大幅提高了产品强度和弹性。双组份纤维为核壳结构，加固过程中增强纤维不受影响、混料更加均匀，增强纤维和热熔纤维协同作用提高了木棉纤维的弹性、强度和可纺性，具有广泛的应用市场，作为原料制成的保温材料或轻质救生材料，产品质量好。

Description

木棉植物纤维复合纤维絮片、保温材料和轻质救生材料
技术领域
本发明涉及纺织技术领域，具体涉及一种植物纤维复合纤维絮片。
背景技术
木棉植物品种较多，约有20属，180种，有些属种的木棉不结果，结果且果实内具有绵毛的共有6种。目前应用的木棉纤维主要指木棉属的木棉种、长果木棉种和吉贝属的吉贝种这3种植物果实内的绵毛。木棉纤维有白、黄和黄棕色3种颜色。一株成年期的木棉树可产5-8kg的木棉纤维，目前包括我国在内的木棉纤维的全球年产量约19.5万吨。木棉纤维纵向外观呈圆柱型，表面光滑，不显转曲；光泽好。截面为圆形或椭圆形，中段较粗，根端钝圆，梢端较细，两端封闭，截面细胞未破裂时呈气囊结构，破裂后纤维呈扁带状。细胞中充空气。纤维的中空度高达80%～90%，胞壁薄，接近透明，因而相对密度小，浮力好。纤维块体在水中可承受相当于自身20～36倍的负载重量而不致下沉。木棉表面有较多的腊质使纤维光滑、不吸水、防虫。
木棉纤维目前的应用困境是：木棉纤维在纺纱行业的应用在2000年前就有出现（如木棉袈衫，据说来自印度；海南在黄道婆年代有木棉织锦；福建出土2000多年前的含木棉布片）。但因可纺性差，并没有形成规模化的生产。即使近二三十年来，国内外企业均在研究应用其纺纱，因木棉纤维本身可纺性差，目前未出现纯纺的木棉纱线；同时因其密度低，在混纺纱线中占体积比较高，实际纺织中能加入木棉纤维的比例非常低，一般在20%以内。同时加入木棉纤维后，纱线条干、毛羽、强度等质量水平均明显下降。在纱线中，木棉纤维的因纺纱过程中对纤维施加的扭矩，纤维中腔破裂比例较高。实际保暖性等特殊功能并不能保持。且实际织造、染整过程中，部分抑菌性及本身的损耗较大。严格意义上说，在纺纱上的应用存在技术难度大、不能最大程度上发挥纤维本身的特性。
另外，木棉纤维做为填充料，在东南亚国家及我国南方海南、广东、广西等均有应用。木棉做为填充料，纤维形态完整、纤维不需要太多的后加工，最能充分发挥木棉纤维的特性，但木棉纤维并没能在这些领域广泛应用的原因是木棉纤维太细、弯曲刚度低、压缩弹性差，填充料容易被压扁毡化，随着使用时间的推移，产品的柔软舒适性和保暖性衰减较快，而且被褥絮片强力低局部会出现破洞（棉被局部变夹被），且纤维水洗后堆积成块；不能水洗。因为同样原因，木棉纤维填充料在服装上的应用也基本没有。
当前，国内、国际大批服装及床上用品公司对木棉这一天然环保健康的植物纤维持续关注；国内纺织、无纺行业大学院校如东华大学、南通大学等和一些纺织企业对木棉纤维的应用也在持续的投入，并有部分研究取得一些成果并进入应用。其中，木棉纤维在无纺行业的应用有在成网方式上有气流、梳理成网，在加固方面有针刺、水刺、热风等方式。
目前市场上现有的木棉纤维产品大致存在如下问题：1、木棉等纯手工采摘的产品，来料杂质多，生产工序、除杂不充分，成品杂质非常多；2、跟热熔纤维混合不均匀，均匀度低，（如60克及以下）薄型的成不了网，厚的单位面积重量偏差大；3、因成网质量、铺网质量等原因，成品强度低，不适用于服装及床上用品的使用；4、开松、梳理等先加工工序及设备的应用，未充分考虑木棉纤维的刚性，纤维破损，产品粉尘多；加固工序不能保持木棉纤维的松软，产品压实、膨松度不够、柔软性不够。
发明内容
本发明的目的在于提供一种絮片均匀、膨松、柔软的木棉植物纤维复合纤维絮片。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种木棉植物纤维复合纤维絮片，制备过程如下：A.木棉纤维预处理：将已开松的木棉纤维，投入到碱溶液中，pH=8-10，浸渍1-8h，清洗至中性，干燥；将干燥后的木棉纤维加入到硅烷偶联剂、钛酸丁酯和水的混合液中，60-80℃水热处理30-120min；固液分离，干燥得到预处理后的木棉纤维；
B.混合：将预处理后的木棉纤维、增强纤维-热熔纤维双组份纤维、硅烷偶联剂进行混料得混合料；其中，预处理后的木棉纤维50-80重量份，增强纤维-热熔纤维双组份纤维20-50重量份，硅烷偶联剂5-10重量份；所述增强纤维-热熔纤维双组份纤维为核壳结构，增强纤维为核，热熔纤维为壳；
C.离棉器混料：将混和料放入离棉器，经打手混合后再进入振动棉箱；
D.梳理成网、铺网：采用串联式梳理及铺网机以交叉铺网的方式铺网；
E.热风处理加固：加热纤维到130-140℃，保持1-3分钟，热熔纤维间产生粘合作用；
F.撒粉：向棉网上喷洒聚酰胺热熔胶粉；
G.二次加固：热烘使聚酰胺热熔胶粉熔融以实现二次加固；
H.冷却、成卷；
其中热熔纤维和聚酰胺热熔胶粉熔融的熔点差值为5-20℃。
进一步地，所述木棉纤维在预处理前先经过筛选和除杂，获得优质的木棉纤维。
进一步地，所述增强纤维为聚酯纤维，所述热熔纤维为聚乙烯纤维和/或聚丙烯纤维。
进一步地，步骤B中各组分的重量份为木棉纤维60-80份，增强纤维-热熔纤维双组份纤维20-40份，硅烷偶联剂6-9份。
或者，步骤B中各组分的重量份为木棉纤维70份，增强纤维-热熔纤维双组份纤维30份，硅烷偶联剂7份。
或者，步骤B中各组分的重量份为木棉纤维80份，增强纤维-热熔纤维双组份纤维20份，硅烷偶联剂8份。
本发明还公开一种保温材料，由上述木棉植物纤维复合纤维絮片制成。
本发明还公开一种轻质救生材料，含有50 wt.%上述木棉植物纤维复合纤维絮片。
本发明的有益效果是：
本申请采用高低熔点且熔点差值控制在一定范围内的粘结材料（热熔纤维和聚酰胺热熔胶粉），分两次加固，大幅提高了木棉纤维强度和弹性。第一次加固主要针对木棉纤维（一维），使得木棉纤维的强度和韧性得到强化；第二次加固作用主要为两方面，一方面针对复合纤维絮片，铺网后撒粉进行二次加固（三维）；另一方面，针对一次加固的木棉纤维（一维），二次加固可进一步强化其加固效果。第二次加固采用的温度不宜过高或过低，否则会影响其对“第一次加固的强化效果”以及“复合纤维絮片的整体强度和韧性”。由于第一次加固的温度已经确定，第二次加固采用的温度由“热熔纤维和聚酰胺热熔胶粉的熔点差值”来决定。
增强纤维-热熔纤维双组份纤维为核壳结构，增强纤维为核，热熔纤维为壳，二者以核壳的形式一起加入，混料更加均匀。加热黏合过程中由于增强纤维和热熔纤维适度的熔点差值，热熔纤维先软化起到粘结作用，而增强纤维不受影响。使用的增强纤维弹性大、强度高，增强纤维和热熔纤维协同作用进一步提高了木棉纤维的弹性、强度和可纺性。
预处理步骤是关键步骤，该步骤加入了硅烷偶联剂、同时水热处理形成了氧化钛溶胶，水热条件下，硅烷偶联剂可促进木棉纤维、氧化钛之间的结合，提高氧化钛的负载量，使氧化钛均匀分散于木棉纤维表面，进而提高产品抑菌效果；氧化钛溶胶的水热过程也是木棉纤维的二次开松过程，木棉开松越彻底，与其他组分的混合就越均匀，该过程进一步提升了木棉纤维的弹性、强度。
混合步骤中，再次加入了硅烷偶联剂促进了“负载氧化钛的木棉纤维”与“增强纤维-热熔纤维双组份纤维”的结合，分两步加入硅烷偶联剂使氧化钛发挥了桥接作用，由于氧化钛的桥接作用，使得混合步骤中“木棉纤维”与“增强纤维-热熔纤维双组份纤维”的混合更加均匀、具有靶向性，因而后续粘结材料的加固作用得到强化。
本发明木棉植物纤维复合纤维絮片选用的纤维原料经预处理、混合后进入离棉器，经打手混合后再进入振动棉箱，能够确保混料均匀，梳理成网并热风加固后，整体絮片均匀，膨松、柔软。
本发明的加工过程环保、能耗低、加工边角料在运输便利情况下可回收返用，节能环保。
本发明木棉植物纤维复合纤维絮片具有广泛的应用市场，由木棉植物纤维复合纤维絮片作为原料制成的保温材料或轻质救生材料，产品质量好。
具体实施方式
实施例一：
一种木棉植物纤维复合纤维絮片，A.木棉纤维预处理：将已开松的木棉纤维，投入到NaOH溶液中，pH=8，浸渍2h，清洗至中性，干燥；将干燥后的木棉纤维加入到硅烷偶联剂、钛酸丁酯和水的混合液中，60℃水热处理30min；固液分离，干燥得到预处理后的木棉纤维；
B.混合：将预处理后的木棉纤维、聚酯纤维-聚乙烯纤维双组份纤维、硅烷偶联剂进行混料得混合料；预处理后的木棉纤维50重量份，聚酯纤维-聚乙烯纤维双组份纤维50重量份，硅烷偶联剂8重量份；
其中，所述聚酯纤维-聚乙烯纤维双组份纤维为核壳结构，聚酯纤维为核，聚乙烯纤维为壳；
C.离棉器混料：将混和料放入离棉器，经打手混合后再进入振动棉箱；
D.梳理成网、铺网：采用串联式梳理及铺网机以交叉铺网的方式铺网；
E.热风处理加固：加热纤维到130-135℃，保持1-3分钟，热熔纤维间产生粘合作用；
F.撒粉：向棉网上喷洒聚酰胺热熔胶粉；
G.二次加固：热烘使聚酰胺热熔胶粉熔融以实现二次加固；
H.冷却、成卷；其中热熔纤维和聚酰胺热熔胶粉熔融的熔点差值为5-10℃。
实施例二：
一种木棉植物纤维复合纤维絮片，本实施例中预处理后的木棉纤维80重量份，聚酯纤维-聚乙烯纤维双组份纤维20重量份。制备方法与实施例一相同，此处不再详述。
实施例三：一种木棉植物纤维复合纤维絮片，本实施例中增强纤维-热熔纤维双组份纤维为聚酯纤维-聚丙烯纤维双组份。制备方法与实施例一相同，此处不再详述。
对比例一：一种木棉植物纤维复合纤维絮片，制备方法省略撒粉和二次加固的步骤，其余与实施例一相同，此处不再详述。
对比例二：一种木棉植物纤维复合纤维絮片，增强纤维-热熔纤维双组份纤维为“两边型side-side”结构而非核壳结构，其余与实施例一相同，此处不再详述。
对比例三：一种木棉植物纤维复合纤维絮片，热熔纤维和聚酰胺热熔胶粉熔融的熔点差值为50℃，其余与实施例一相同，此处不再详述。
对比例四：一种木棉植物纤维复合纤维絮片，省略预处理步骤，其余与实施例一相同，此处不再详述。
对比例五：一种木棉植物纤维复合纤维絮片，步骤B混合时省略硅烷偶联剂的加入，其余与实施例一相同，此处不再详述。
对比例六：一种木棉植物纤维复合纤维絮片，预处理步骤60℃水热改为60℃常规加热处理，其余与实施例一相同，此处不再详述。
对比例七：一种木棉植物纤维复合纤维絮片，省略钛酸丁酯的加入，改为混料过程中加入相同摩尔量的氧化钛，其余与实施例一相同，此处不再详述。
对上述实施例和对比例制备的木棉植物纤维复合纤维絮片进行性能测试。
压缩率和回复率结果见下表（CH/T1021-2000一等品的压缩率≥60%，回复率≥75%）：
压缩率（%） 回复率（%）
实施例一 81 97
实施例二 87 93
实施例三 82 94
对比例一 65 70
对比例二 79 68
对比例三 74 69
对比例四 68 66
对比例五 72 70
对比例六 70 73
断裂强度：与实施例一相比，对比例一得到的产品的断裂强度降低42%，对比例二得到的产品的断裂强度降低23%，对比例三得到的产品的断裂强度降低20%，对比例四得到的产品的断裂强度降低26%，对比例五得到的产品的断裂强度降低30%，对比例六得到的产品的断裂强度降低24%。
抑菌效果：试验菌种：大肠杆菌ATCC No. 8739 (革兰氏阴性菌），ASTM E2149—2001固着性抗菌活性的动态测试法，检测结果见下表：
测试样品 0小时细菌数 24小时细菌数
实施例一 / 3.2×10<sup>5</sup>
对比例七 / 5×10<sup>7</sup>
本发明还提供一种保温材料，由上述木棉植物纤维复合纤维絮片制成。该保温材料充分利用木棉纤维85%-95%的中空率，同质量条件下，本发明的木棉植物纤维复合纤维絮片的保暖性远高其它化学纤维（达到羽绒的保暖性），状态呈絮片状，不象羽绒类钻绒，应用到成衣上时，设计可以更轻便，不需增加防透绒胆布，同样质量情况下，衣服的保暖性高于羽绒（考虑羽绒服防透绒胆布质量）。且其是真正可水洗、快干，并有较好的抑菌作用，减少过敏源。
本发明还公开一种轻质救生材料，含有50wt.%上述的木棉植物纤维复合纤维絮片。本发明的木棉植物纤维复合纤维絮片的浮力高达其质量的30-80倍，可根据实际情况进行材料配比的设计，如150克木棉植物纤维复合纤维絮片的最小浮力可以达4.5KG，其足可以支持成年人头颈部浮在水面以上；可在救生产品上广泛应用。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种木棉植物纤维复合纤维絮片，制备过程如下：
A.木棉纤维预处理：将已开松的木棉纤维，投入到碱溶液中，pH=8-10，浸渍1-8h，清洗至中性，干燥；将干燥后的木棉纤维加入到硅烷偶联剂、钛酸丁酯和水的混合液中，60-80℃水热处理30-120min；固液分离，干燥得到预处理后的木棉纤维；
B.混合：将预处理后的木棉纤维、增强纤维-热熔纤维双组份纤维、硅烷偶联剂进行混料得混合料；其中，预处理后的木棉纤维50-80重量份，增强纤维-热熔纤维双组份纤维20-50重量份，硅烷偶联剂5-10重量份；所述增强纤维-热熔纤维双组份纤维为核壳结构，增强纤维为核，热熔纤维为壳；
C.离棉器混料：将混和料放入离棉器，经打手混合后再进入振动棉箱；
D.梳理成网、铺网：采用串联式梳理及铺网机以交叉铺网的方式铺网；
E.热风处理加固：加热纤维到130-140℃，保持1-3分钟，热熔纤维间产生粘合作用；
F.撒粉：向棉网上喷洒聚酰胺热熔胶粉；
G.二次加固：热烘使聚酰胺热熔胶粉熔融以实现二次加固；
H.冷却、成卷；
其中热熔纤维和聚酰胺热熔胶粉的熔点差值为5-20℃。
2.根据权利要求1所述的木棉植物纤维复合纤维絮片，其特征在于：所述木棉纤维在预处理前先经过筛选和除杂，获得优质的木棉纤维。
3.根据权利要求1所述的木棉植物纤维复合纤维絮片，其特征在于：所述增强纤维为聚酯纤维，所述热熔纤维为聚乙烯纤维和/或聚丙烯纤维。
4.根据权利要求1-3任一项所述的木棉植物纤维复合纤维絮片，其特征在于：步骤B中各组分的重量份为木棉纤维60-80份，增强纤维-热熔纤维双组份纤维20-40份，硅烷偶联剂6-9份。
5.根据权利要求1-3任一项所述的木棉植物纤维复合纤维絮片，其特征在于：步骤B中各组分的重量份为木棉纤维70份，增强纤维-热熔纤维双组份纤维30份，硅烷偶联剂7份。
6.根据权利要求1-3任一项所述的木棉植物纤维复合纤维絮片，其特征在于：步骤B中各组分的重量份为木棉纤维80份，增强纤维-热熔纤维双组份纤维20份，硅烷偶联剂8份。
7.一种保温材料，由权利要求1-6任一项所述木棉植物纤维复合纤维絮片制成。
8.一种轻质救生材料，含有50wt.%如权利要求1-6任一项所述木棉植物纤维复合纤维絮片。
9.一种木棉植物纤维复合纤维絮片的制备方法，包括步骤：A.木棉纤维预处理：将已开松的木棉纤维，投入到碱溶液中，pH=8-10，浸渍1-8h，清洗至中性，干燥；将干燥后的木棉纤维加入到硅烷偶联剂、钛酸丁酯和水的混合液中，60-80℃水热处理30-120min；固液分离，干燥得到预处理后的木棉纤维；
B.混合：将预处理后的木棉纤维、增强纤维-热熔纤维双组份纤维、硅烷偶联剂进行混料得混合料；其中，预处理后的木棉纤维50-80重量份，增强纤维-热熔纤维双组份纤维20-50重量份，硅烷偶联剂5-10重量份；所述增强纤维-热熔纤维双组份纤维为核壳结构，增强纤维为核，热熔纤维为壳；
C.离棉器混料：将混和料放入离棉器，经打手混合后再进入振动棉箱；
D.梳理成网、铺网：采用串联式梳理及铺网机以交叉铺网的方式铺网；
E.热风处理加固：加热纤维到130-140℃，保持1-3分钟，热熔纤维间产生粘合作用；
F.撒粉：向棉网上喷洒聚酰胺热熔胶粉；
G.二次加固：热烘使聚酰胺热熔胶粉熔融以实现二次加固；
H.冷却、成卷；
其中热熔纤维和聚酰胺热熔胶粉的熔点差值为5-20℃。
10.根据权利要求9所述的木棉植物纤维复合纤维絮片的制备方法，其特征在于：所述增强纤维为聚酯纤维，所述热熔纤维为聚乙烯纤维和/或聚丙烯纤维。
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