CN114574991B - 一种耐久型多功能织物纤维的制备方法和产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐久型多功能织物纤维的制备方法和产品，主材料由聚丙烯腈高聚物与细菌纤维素生物质材料分别用溶剂溶解后并以一定比例混纺成具有内部孔隙结构的长丝纤维。聚丙烯腈为疏水性材料，细菌纤维素为亲水性材料，通过细菌纤维素对聚丙烯腈的改性不仅可以通过相分离行为调控实现纤维芯层孔隙结构、赋予聚丙烯腈亲水性，同时使其具备了吸湿排汗、保暖与抗静电功能。采用脂溶性天然染料通过原液着色的方式对该纤维进行染色，既能够克服天然染料在后染色工艺中存在的染色困难、需媒染、色牢度差等问题，又具有色牢度高、着色均匀、安全健康、节水环保等优点。
Description
技术领域
本发明属于纺织与材料加工领域，具体涉及到一种耐久型多功能织物纤维的制备方法和产品。
背景技术
越来越多的合成纤维涌现在市场中，它们具有天然纤维不可替代的优势，不受季节的限制，不论产量还是质量都有非常大的可控性。同时，它们也存在难以克服的缺陷，如：容易起静电、不吸湿排汗、染色困难等。吸湿排汗性差和易起静电是具有一定相关性的，主要由纤维的回潮率低引起。合成纤维及其制品回潮率普遍较低，造成电荷积聚现象显著。
因此，合成纤维纺织品在生产加工和使用中易因摩擦和感应产生静电，同时引发很多不良事件。比如：生产中纺织材料的带电现象常会导致纤维缠绕或堵塞机件、半制品或纱线发毛断头，织造时经纱开口不清，织物折叠不齐等现象，影响生产的顺利进行；纺织品使用中，静电电荷的积聚易引起灰尘附着，服装纠缠肢体产生粘附不适感；可引起血液pH值上升，血液中钙含量降低、尿中钙含量增加，血糖升高、维生素C含量下降；较高的静电压可对人体产生电击，并引起电子元件损坏，甚至导致起火和爆炸。由此可见，对合成纤维进行改性以提高其亲水性，使其不仅穿着舒适，而且能够预防静电的产生，具有研究的必要性和迫切性。
聚丙烯腈纤维有人造羊毛之称，具有柔软、膨松、色泽鲜艳、耐光、抗菌、不怕虫蛀等优点，根据不同用途的要求可纯纺或与天然纤维混纺，其纺织品被广泛地用于服装、装饰、产业等领域。但是，其具有吸湿率较低、易产生静电、染色困难等缺点。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种耐久型多功能织物纤维的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种耐久型多功能织物纤维的制备方法，包括，
将聚丙烯腈粉体烘干脱水，筛网过滤分离，采用溶剂DMAc进行溶解形成聚丙烯腈纺丝液；
将细菌纤维素用乙二胺进行活化处理后，再用蒸馏水洗涤，然后使用冻干机在-40℃冻干，用DMAc/LiCl混合溶剂体系对细菌纤维素进行溶解，形成透明均一的细菌纤维素液；
将聚丙烯腈纺丝液与细菌纤维素溶液以体积比(2:1)～(3:1)的比例进行混合，充分混合均匀后形成共混纺丝液；
将脂溶性天然染料，采用溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)进行溶解，添加至共混纺丝液继续原液混合，共混纺丝液与天然染料液的混合体积比为(10:1)～(100:1)，形成共混着色纺丝液；
采用湿法纺丝或干法纺丝工艺制得耐久型多功能织物纤维。
作为本发明所述耐久型多功能织物纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述聚丙烯腈高聚物材料Mw＝70000。
作为本发明所述耐久型多功能织物纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述聚丙烯腈纺丝液，其中，聚丙烯腈的溶解质量浓度为20％。
作为本发明所述耐久型多功能织物纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述DMAc/LiCl混合溶剂体系，其中，LiCl含量为7％w/v。
作为本发明所述耐久型多功能织物纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述细菌纤维素液，其中，细菌纤维素液浓度为2％w/v。
作为本发明所述耐久型多功能织物纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述脂溶性天然染料，包括叶绿素、叶黄素、胡萝卜素、脂溶性番红花素、辣椒红素和姜黄素。
作为本发明所述耐久型多功能织物纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述天然染料液，其质量浓度为5％。
本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种耐久型多功能织物纤维的制备方法制得的产品。
作为本发明所述产品的一种优选方案，其中：所述产品，直径控制在20～200μm范围内；孔隙率调控在20％～50％范围内。
本发明有益效果：
(1)本发明通过调控PAN与细菌纤维素的复合比例，能够产生特殊的差异化多孔结构，纤维内部孔隙率在20％～50％，能够保持较好的纤维力学性能；颜色均匀性：纤维长丝颜色均匀，匀染性和透染性均较好；色牢度：纤维的摩擦色牢度、耐洗色牢度均为≥4～5级；回潮率：与未改性纤维相比，回潮率从1.8％提高至≥3.5％。
(2)本发明抗静电性与未改性纤维相比，静电荷逸散半衰期从≥2s下降至≤0.5s；力学性能：单丝纤维的拉伸断裂强度为2.3±0.2cN/dtex，断裂延伸率为5％～18％，能够满足织造需求。
(3)本发明工艺无需后续对纤维再进行天然染料媒染染色，很好的实现绿色染整的同时，又将天然染料牢度的上染到纤维中，形成绿色面料产品。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实施例1中的用于服装的耐久型多功能纤维及其制备过程图；其中，1为共混着色纺丝液，2为天然染料小分子，3为聚丙烯腈分子链，4为细菌纤维素分子链，5为经细菌纤维素改性后的聚丙烯腈着色纤维，6为纤维直径。
图2为本发明实施例3中的纤维表面扫描电镜SEM图。
图3为本发明实施例4中的纤维横截面扫描电镜SEM图，从图中可以看出单丝纤维结构中已经出现致孔的趋势，但是孔隙率仍较低。
图4为本发明实施例5中的纤维横截面扫描电镜SEM图，从图中可以看出单丝纤维结构中具有均匀的孔隙结构和适当的孔隙率。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明中，所有的设备和原料等均为可从市场购得或是本行业常用等级原料。本发明相关测试均是按照国家标准或行业标准进行测试。
实施例1
本实施例提供一种耐久型多功能织物纤维的制备方法：
(1)用于服装的耐久型多功能纤维，用叶绿素作为天然着色剂对聚丙烯腈-细菌纤维素纤维进行染色制备淡色度超细纤维；
纺丝液各组分比例、纺丝方式与制备纤维的性能表征如表1所示。
表1纺丝液组分与纤维性能
(2)湿法纺丝工艺为：纺丝液在通氮气情况下高压脱泡4～8h，之后采用喷丝孔规格为圆孔直径0.2mm×10孔，依次进入三道纺丝浴进行纺丝；
首先纺丝液进入到由溶剂和水以1:1体积比组成的凝固浴中，温度为10～15℃，时间60～90s，此处为负牵伸阶段，让纺丝液在低温下能够与凝固液充分发生双扩散和相分离，使纺丝液形成纤维凝胶；
其次，纤维凝胶丝束在牵伸作用下进入到由纯水组成的初级牵伸浴中，温度为50～70℃，时间20～30s，此阶段为纤维外部结构与内部微结构成型以及纤维性能形成的关键阶段；
之后，纤维凝胶丝束在牵伸作用下进入到由热水组成的热牵伸浴中，温度为90～100℃，时间5～10s，通过进一步水洗，使溶剂充分扩散出来，同时纤维大分子的聚集态形成，力学性能得到进一步增强；
最后通过对纺丝纤维进行干燥致密化及热定型处理，温度110～130℃，处理时间为2～5min。
实施例2：
本实施例提供一种耐久型多功能织物纤维的制备方法：
(1)用于服装的耐久型多功能纤维，用叶黄素作为天然着色剂对聚丙烯腈-细菌纤维素纤维进行染色制备淡色度超细纤维；纺丝液各组分比例、纺丝方式与制备纤维的性能表征如表2所示。
表2纺丝液组分与纤维性能
(2)湿法纺丝工艺为：纺丝液在通氮气情况下高压脱泡4～8h，之后采用喷丝孔规格为圆孔直径0.2mm×10孔，依次进入三道纺丝浴进行纺丝；
首先纺丝液进入到由溶剂和水以1:1体积比组成的凝固浴中，温度为10～15℃，时间60～90s，此处为负牵伸阶段，让纺丝液在低温下能够与凝固液充分发生双扩散和相分离，使纺丝液形成纤维凝胶；
其次，纤维凝胶丝束在牵伸作用下进入到由纯水组成的初级牵伸浴中，温度为50～70℃，时间20～30s，此阶段为纤维外部结构与内部微结构成型以及纤维性能形成的关键阶段；
之后，纤维凝胶丝束在牵伸作用下进入到由热水组成的热牵伸浴中，温度为90～100℃，时间5～10s，通过进一步水洗，使溶剂充分扩散出来，同时纤维大分子的聚集态形成，力学性能得到进一步增强；
最后通过对纺丝纤维进行干燥致密化及热定型处理，温度110～130℃，处理时间为2～5min
实施例3：
本实施例提供一种耐久型多功能织物纤维的制备方法：
(1)用于服装的耐久型多功能纤维，用胡萝卜素作为天然着色剂对聚丙烯腈-细菌纤维素纤维进行染色制备浓色度纤维。纺丝液各组分比例、纺丝方式与制备纤维的性能表征如表3所示。
表3纺丝液组分与纤维性能
(2)湿法纺丝工艺为：纺丝液在通氮气情况下高压脱泡4～8h，之后采用喷丝孔规格为圆孔直径0.2mm×10孔，依次进入三道纺丝浴进行纺丝；
首先纺丝液进入到由溶剂和水以1:1体积比组成的凝固浴中，温度为10～15℃，时间60～90s，此处为负牵伸阶段，让纺丝液在低温下能够与凝固液充分发生双扩散和相分离，使纺丝液形成纤维凝胶；
其次，纤维凝胶丝束在牵伸作用下进入到由纯水组成的初级牵伸浴中，温度为50～70℃，时间20～30s，此阶段为纤维外部结构与内部微结构成型以及纤维性能形成的关键阶段；
之后，纤维凝胶丝束在牵伸作用下进入到由热水组成的热牵伸浴中，温度为90～100℃，时间5～10s，通过进一步水洗，使溶剂充分扩散出来，同时纤维大分子的聚集态形成，力学性能得到进一步增强；
最后通过对纺丝纤维进行干燥致密化及热定型处理，温度110～130℃，处理时间为2～5min。
实施例4：
本实施例提供一种耐久型多功能织物纤维的制备方法：
(1)用于服装的耐久型多功能纤维，用辣椒红素作为天然着色剂对聚丙烯腈-细菌纤维素纤维进行染色制备深浓色度纤维。纺丝液各组分比例、纺丝方式与制备纤维的性能表征如表4所示。
表4纺丝液组分与纤维性能
(2)湿法纺丝工艺为：纺丝液在通氮气情况下高压脱泡4～8h，之后采用喷丝孔规格为圆孔直径0.2mm×10孔，依次进入三道纺丝浴进行纺丝；
首先纺丝液进入到由溶剂和水以1:1体积比组成的凝固浴中，温度为10～15℃，时间60～90s，此处为负牵伸阶段，让纺丝液在低温下能够与凝固液充分发生双扩散和相分离，使纺丝液形成纤维凝胶；
其次，纤维凝胶丝束在牵伸作用下进入到由纯水组成的初级牵伸浴中，温度为50～70℃，时间20～30s，此阶段为纤维外部结构与内部微结构成型以及纤维性能形成的关键阶段；
之后，纤维凝胶丝束在牵伸作用下进入到由热水组成的热牵伸浴中，温度为90～100℃，时间5～10s，通过进一步水洗，使溶剂充分扩散出来，同时纤维大分子的聚集态形成，力学性能得到进一步增强；
最后通过对纺丝纤维进行干燥致密化及热定型处理，温度110～130℃，处理时间为2～5min。
实施例5：
本实施例提供一种耐久型多功能织物纤维的制备方法：
(1)用于服装的耐久型多功能纤维，用姜黄素作为天然着色剂对聚丙烯腈-细菌纤维素纤维进行染色制备中色度纤维。纺丝液各组分比例、纺丝方式与制备纤维的性能表征如表5所示。
表5纺丝液组分与纤维性能
(2)湿法纺丝工艺为：纺丝液在通氮气情况下高压脱泡4～8h，之后采用喷丝孔规格为圆孔直径0.2mm×10孔，依次进入三道纺丝浴进行纺丝；
首先纺丝液进入到由溶剂和水以1:1体积比组成的凝固浴中，温度为10～15℃，时间60～90s，此处为负牵伸阶段，让纺丝液在低温下能够与凝固液充分发生双扩散和相分离，使纺丝液形成纤维凝胶；
其次，纤维凝胶丝束在牵伸作用下进入到由纯水组成的初级牵伸浴中，温度为50～70℃，时间20～30s，此阶段为纤维外部结构与内部微结构成型以及纤维性能形成的关键阶段；
之后，纤维凝胶丝束在牵伸作用下进入到由热水组成的热牵伸浴中，温度为90～100℃，时间5～10s，通过进一步水洗，使溶剂充分扩散出来，同时纤维大分子的聚集态形成，力学性能得到进一步增强；
最后通过对纺丝纤维进行干燥致密化及热定型处理，温度110～130℃，处理时间为2～5min。
本发明通过对其进行原液改性和原液着色以实现一种耐久型多功能服装聚丙烯纤维材料的制备，主体材料由合成聚丙烯腈高聚物与细菌纤维素生物质材料分别用溶剂溶解后并以一定比例混纺成丝。聚丙烯腈为疏水性材料，细菌纤维素为亲水性材料，通过细菌纤维素对聚丙烯腈的改性赋予聚丙烯腈一定亲水性，同时使其具备了吸湿排汗与抗静电功能。
本发明通过细菌纤维素与聚丙烯腈共混纺丝的方式去调控复合纤维的结构及性能。通过优选细菌纤维素和聚丙烯腈共混比例，得到差异化结构、机械性能、吸湿抗静电性能相匹配的纤维。
本发明采用脂溶性天然染料通过原液着色的方式对该纤维进行染色，既能够克服天然染料在后染色工艺中存在的染色困难、需媒染、色牢度差等问题，又具有色牢度高、着色均匀、安全健康、节水环保等优点。在由于该着色纤维的功能性非后整理施加，其功能与性能具有耐久性，通过纺织加工可以进一步制备成针织或梭织面料。该发明为新型高品质服装纤维及其面料的开发提供了全新的策略和方法，可用于防尘工作服、防爆工作服、日常生活中的防静电衣物等。本发明提出该工艺尚属首次。
本发明脂溶性天然染料可以实现2种以上进行共混拼色，得到更为丰富的颜色，且达到4～5级的优异色牢度。
聚丙烯腈为疏水性材料，细菌纤维素为亲水性材料，通过细菌纤维素对聚丙烯腈的改性不仅可以通过相分离行为调控实现纤维芯层孔隙结构、赋予聚丙烯腈亲水性，同时使其具备了吸湿排汗、保暖与抗静电功能。采用脂溶性天然染料通过原液着色的方式对该纤维进行染色，既能够克服天然染料在后染色工艺中存在的染色困难、需媒染、色牢度差等问题，又具有色牢度高、着色均匀、安全健康、节水环保等优点。由于该着色纤维的功能性非后整理施加，其功能与性能具有耐久性，通过纺织加工可以进一步制备成针织或梭织面料。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种耐久型多功能织物纤维的制备方法，其特征在于：包括，
将聚丙烯腈粉体烘干脱水，筛网过滤分离，采用溶剂N,N-二甲基乙酰胺DMAc或N,N-二甲基甲酰胺DMF进行溶解形成聚丙烯腈纺丝液，其中，聚丙烯腈的质量浓度为20％；
将细菌纤维素用乙二胺进行活化处理后，再用蒸馏水洗涤，然后使用冻干机在-40℃冻干，用DMAc/LiCl混合溶剂体系对细菌纤维素进行溶解，形成透明均一的细菌纤维素液，其中，细菌纤维素液浓度为2％w/v；
将聚丙烯腈纺丝液与细菌纤维素溶液以体积比(2:1)～(3:1)的比例进行混合，充分混合均匀后形成共混纺丝液；
将脂溶性天然染料，采用溶剂DMAc进行溶解，添加至共混纺丝液继续原液混合，共混纺丝液与天然染料液的混合体积比为(10:1)～(100:1)，形成共混着色纺丝液，所述天然染料液质量浓度为5％；
采用湿法纺丝或干法纺丝工艺制得耐久型多功能织物纤维，其中，纤维直径控制在20～200μm范围内，孔隙率调控在20％～50％范围内。
2.如权利要求1所述耐久型多功能织物纤维的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯腈高聚物材料Mw＝70000。
3.如权利要求1所述耐久型多功能织物纤维的制备方法，其特征在于：所述DMAc/LiCl混合溶剂体系，其中，LiCl含量为7％w/v。
4.如权利要求1所述耐久型多功能织物纤维的制备方法，其特征在于：所述脂溶性天然染料，包括叶绿素、叶黄素、胡萝卜素、脂溶性番红花素、辣椒红素和姜黄素。
5.如权利要求1～4中任一所述耐久型多功能织物纤维的制备方法制得的产品。
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