CN117904743A - 一种有色抗起球腈纶及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种有色抗起球腈纶及其制备工艺。该有色抗起球腈纶，由以下质量百分比的组分组成：丙烯腈87～92wt％，丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯8～13wt％，甲基丙烯磺酸钠0.2～1.5wt％，所得原液总固11～14％，其中有色染料含量0.005～3％。其制备包括：纺丝采用NaSCN二步法高速湿法纺丝，后处理工艺采用舔舐上油、热辊牵伸、连续汽蒸定型、微型烘干。本发明所制得的短纤维或长丝的抗起球级数＞4.0，耐洗牢度大于4.5级，耐晒牢度达到7‑8级，可用于制造高档户外家具织物，高品质服饰如内衣、毛衣，以及人造毛皮、经编毛毯等高挡服饰领域。
Description
技术领域
本发明涉及腈纶纤维制造技术领域，具体涉及一种有色抗起球腈纶纤维，及其湿法纺丝制造工艺。
背景技术
腈纶具有质轻、保暖、手感柔软、色泽艳丽、耐光耐腐蚀、防霉防蛀等特性，素有“合成羊毛”的美誉，因此广泛用于服装、家居装饰和产业领域。但是普通腈纶织物容易起球，降低了产品的服用舒适性和外观美感，抑制了腈纶向高档织物的发展应用。另外常规腈纶的后加工染色，有污染环境的潜在风险。因此随着人们生活水平的不断提高，环境保护的日益加强，开发一些多功能复合性能腈纶新产品迫在眉睫。
查有色抗起球腈纶专利及相关文献，有色腈纶专利文献，如USP4,087,494所报道的。一般是在原液脱泡工序之前加入着色剂，生产有色纤维，生产流程很长，更换颜色非常不易，一旦更换颜色将产生大量的过渡浆料，浪费严重。CN01126748报道了一种有色原液着色法制造腈纶的方法，该方法采用NASCN一步法低速纺丝(35m/min)，日产量低，成本高，没有市场竞争力。
抗起球腈纶专利较多，如<公开号>1948567的抗起球睛纶生产方法中涉及到采用两种不同分子量和二单含量的聚丙烯睛聚合体共混,该方法通过调整聚合工艺，工序复杂,流程长，工业化生产切换品种所产生的的过渡料多，成本高。<公开号>1737246中涉及抗起球性能的方法是采用织物浸渍于整理剂中提高抗起球效果，这种方法一方面增加了后道工序生产流程,还增加了处理液的排污，所得织物抗起球效果经过多次水洗后提高不是很明显。CNIO3668491A报道了一种抗起球腈纶生产方法，该方法采用低总固原液(原液总固7％～11％)生产抗起球腈纶，该方法流程长，工业化生产单线日产量低，成本高，也没有市场竞争力。
以上查阅所有现有技术中的相关专利及文献中均未涉及有色抗起球腈纶生产技术。
发明内容
本发明针对上述现有工艺或者所生产纤维性能上的不足，本发明提供了一种有色抗起球腈纶及其制备工艺。本发明的有色抗起球腈纶纤维手感柔软，织物不起球，光泽度好，产品色牢度高，可用于制造高档户外家具织物，高品质服饰如内衣、毛衣，以及人造毛皮、经编毛毯等高挡服饰领域。本发明提供了以水相悬浮聚合NaSCN二步法高速纺丝有色抗起球腈纶生产技术，以进一步提高腈纶产品的性能，使腈纶产品向多功能复合型方向发展，为腈纶产品的升级换代，向高档服饰领域的扩展具有重要意义。
本发明的技术方案具体如下：
本发明提供了一种有色抗起球腈纶，由以下质量百分比的组分组成：丙烯腈87～92wt％，丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯8～13wt％，甲基丙烯磺酸钠0.2～1.5wt％，所得原液总固11～14％，其中有色染料含量0.005～3％；
其中，所述腈纶的粘均分子量为4万～6万，该腈纶为丙烯腈含量85-92wt％的聚丙烯腈聚合体。
进一步的，所述有色染料为水性色浆或亲水性颜料，例如炭黑。
进一步的，所述有色抗起球腈纶的短纤维或长丝的抗起球级数＞4.0，耐洗牢度大于4.5级，耐晒牢度达到7-8级。
本发明还提供了一种上述有色抗起球腈纶的制备工艺，包括：
S1、聚合：将混合比例87～92wt％的丙烯腈和8～13wt％的丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯在氯酸盐和亚硫酸盐的催化作用下进行共聚反应制得丙烯腈共聚物，再经过脱单、水洗得到聚合物悬浮液；
S2、原液制备：将S1制得的丙烯腈共聚物与硫氰酸钠水溶液配置成原液，经过快速高剪切溶解、脱泡、过滤，制得原液总固11～14％的纺丝原液，然后加入有色染料混合均匀，得供纺原液；
S3、纺丝成型：将S2所得原液加热至55～65℃，然后从喷丝板的孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维，凝固浴温度-3～2℃，硫氰酸钠溶液浓度12.0～16.0％，初生纤维进行初步冷牵伸，冷牵伸倍数为2～4倍；
S4、水洗、热牵伸、干燥：将S3所得纤维水洗后再进行热牵伸，热牵伸机的牵伸倍数为2～4倍，温度90～99℃，速度为110～160m/min，；
S5、舔舐上油：将S4经热牵伸后的丝束烘干后，进行舔舐上油，油剂溶液浓度2.0～4.0％；
S6、热辊牵伸：将上油后的丝束，进行多段热辊牵伸处理；
S7、连续定型：将上油后的丝束烘干后，经过卷曲机做成丝饼后，于100～300kPa的蒸汽压力下进行连续热定型处理；
S8、烘干、打包：丝束通过卷曲、微型烘干机，将回潮控制在2％以下，制得有色抗起球腈纶。
进一步的，步骤S1中所述的聚丙烯腈共聚物的粘均分子量为40000～60000，分子量过低，纤维经不起拉伸，成品强度低。
进一步的，步骤S1中所述的氯酸盐为氯酸钠、氯酸钾中的一种；所述的亚硫酸盐为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠中的一种。
进一步的，步骤S1中所述的聚合物悬浮液的载体是纯水，聚合物浓度为30～40wt％。
进一步的，步骤S2中所述的纺丝原液中聚合物的浓度为11.5～13.5wt％。
进一步的，步骤S2中所述的有色染料为水性色浆或亲水性颜料，例如炭黑，添加量为原液聚合物总固的0.005～3wt％。
进一步的，步骤S3中所述的喷丝板的材料为合金类、不锈钢或者塑料，喷丝板的孔数为23000～55000。
进一步的，步骤S3中，进入凝固浴时原液的温度为55～65℃。
进一步的，步骤S5中所述上油为多道舔舐上油。
进一步的，步骤S6中所述的连续热定型处理的时间为20～50s，温度为110～130℃，丝束运行速度为100～180m/min。
进一步的，步骤S7中所述的多段热牵伸处理，分为预热、热牵伸和冷却三个区，热辊牵伸的牵伸比为(1：1.15～1：3.0)，二次牵伸温度为140～180℃。
进一步的，步骤S8中所述的烘干为低温微型烘干。
本发明还提供了一种通过上述制备工艺制备所得的有色抗起球腈纶。
本发明的制备工艺中，颜料的添加方式和添加量对腈纶纤维的着色有至关重要的影响，本发明采用丙烯酸甲酯，丙烯酸甲酯含量为8％以上，优选为8～11％，增加其含量会降低共聚物大分子排列的规整性，减小大分子之间的作用力，增加分子链的柔顺性，并且降低共聚物的玻璃化转变温度，使分子间的热运动加强，因而加强了纤维的热弹性，即高弹形变增加。再辅以适当的热辊牵伸和热定型处理，纤维抗起球级数达4.0以上，耐洗牢度大于4.5级,耐晒牢度达到7-8级。
聚丙烯腈共聚物的粘均分子量为40000～60000。若聚合物的分子量偏低，则纤维的强度较差，高倍数牵伸时易产生断丝，牵伸效果差；若分子量偏高，则大分子间形成氢键的机会增加，抗拉力增强，牵伸效果变差。
舔舐上油采用多道舔式上油，丝束上油均匀，油济单耗低，有利于连续定型生产。
连续定型对生产有色抗起球腈纶纤维起着较为关键性的作用。腈纶纤维在热定型过程中发生序态和取向变化，消除分子链间的内应力，提高纤维的断裂伸长率。丙烯腈共聚物大分子间主要的作用力是氰基之间的偶极子力，加热到玻璃化温度以上，分子链的松弛可以舒解分子结构内因高倍牵伸的取向应力引起的一些不稳定的偶极分子力，使纤维内应力消失，大分子得以较自由地卷缩，链段更富柔顺性，热定型后分子链的取向度有所降低。
热辊牵伸是生产有色抗起球腈纶纤维最为重要的环节之一。本发明中热辊牵伸机是采用蒸汽加热热辊，通过热辊的热量传递给丝束。热辊牵伸机分为三个区：预热区、热牵伸区和冷却区。热辊牵伸的温度、牵伸倍数和冷却温度等几个参数的控制较为重要。当热辊温度为140～180℃时，丝束表面温度为100～130℃，达到热牵伸的要求，牵伸效果好，丝束结强结伸乘积低，抗起球效果好。如果热辊温度过高，超过180℃时，丝束表明温度将达到130～140℃，丝束断裂强度会明显下降，甚至出现毛丝绕辊。牵伸倍数在合理范围内(1.15～3.0)时，相同的牵伸温度下，抗起球效果随着牵伸倍数的增加而增加。牵伸倍数和牵伸温度相互作用，相互影响，匹配最佳的牵伸倍数和牵伸温度才能达到所要求的性能最优的有色抗起球腈纶纤维。另外，冷却温度也会影响到纤维的抗起球特性。热辊牵伸机最后几个辊作为骤冷装置，目的是使牵伸后的丝束链段冻结起来，不能回缩，来固定热牵伸的效果。若冷却不充分，纤维的张力可能会发生松弛，纤维回缩后热牵伸的效果就会回复，抗起球性能下降。冷却辊通过冷却水来降低辊子表明温度，以达到冷却丝束的作用，一般冷却温度＜100℃。
卷曲、烘干，卷曲温度不宜过高，烘干也为低温微型烘干。若卷曲温度过高，会使丝束发粘，产生硬板丝，给后纺加工带来困难，因此本发明采用低温干卷曲、电加热低温短时间微型烘干。
本发明的有益效果在于：
本发明的制备工艺采用水相悬浮聚合、色浆共混、硫氰酸钠二步法高速纺丝，后处理工艺采用舔舐上油、连续汽蒸定型、热辊牵伸、微型烘干，有利于腈纶工业化装置的连续自动化生产，达到节能降耗，降低成本的目的，而且所生产的腈纶为高色牢度的有色纤维，不需要后加工再染色，有利于环保。
本制备工艺适合生产抗起球级数大于4.0，色牢度大于6.5的浅色至深色的系列有色抗起球腈纶。
通过本发明制备工艺制得的有色抗起球腈纶纤维手感柔软，织物不起球，光泽度好，产品色牢度高，可用于制造高档户外家具织物，高品质服饰如内衣、毛衣，以及人造毛皮、经编毛毯等高挡服饰领域。
目前国内市场上还没有色抗起球腈纶的生产，结合市场需求，本发明提供了以水相悬浮聚合NaSCN二步法高速纺丝有色抗起球腈纶生产技术，以进一步提高腈纶产品的性能，使腈纶产品向多功能复合型方向发展，为腈纶产品的升级换代，向高档服饰领域的扩展具有重要意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种有色抗起球腈纶纤维的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将丙烯腈含量在90wt％，甲基丙烯酸甲酯含量在9.5wt％，甲基丙烯磺酸钠含量0.5wt％，进行共聚反应制得丙烯腈共聚物，再经过脱单、水洗，稀释后得到35％浓度的聚合物。再将丙烯腈共聚物水溶液和硫氰酸钠溶液一起快速溶解，配置成原液，经脱泡、过滤后，再加入液体颜料添加剂(亲水性颜料如炭黑)，添加比例为0.5％，通过分散机和聚合物原液快速混合均匀，最终制备成11.9％的供纺原液。
(2)供纺原液经加热至58℃，从钛合金喷丝板的孔中(孔数为50000)挤出，在浓度为14.0％、温度为0℃的凝固浴中经双扩散形成初生纤维，初生纤维进行初步冷牵伸，牵伸倍数为2.8倍。纤维经水洗后再进行热牵伸，热牵伸机的牵伸倍数为2.5倍，温度98℃，速度为140m/min。
(3)水洗、热牵伸后的丝束经过干燥，然后进入舔舐上油机上油，油剂浓度控制3.5％。
(4)上油后的丝束进入多段式热辊牵伸机对丝束进行多段牵伸处理，分为预热、热牵伸和冷却三个区，二次热辊牵伸的温度为165℃，牵伸倍数为1.3。
(5)热辊牵伸后的丝束经过卷曲叠块后送入连续定型设备内，丝束运行速度150m/min，在110℃、143kPa的蒸汽压力下进行连续热定型处理，定型时间35S。
(6)定型后的丝束进入再进行干卷曲、微型烘干，最后切断打包。
实施例2
本实施例提供一种有色抗起球腈纶纤维的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将丙烯腈含量在91wt％，甲基丙烯酸甲酯含量在8.5wt％，甲基丙烯磺酸钠含量0.5wt％，进行共聚反应制得丙烯腈共聚物，再经过脱单、水洗，稀释后得到35％浓度的聚合物。再将丙烯腈共聚物水溶液和硫氰酸钠溶液一起快速溶解，配置成原液，经脱泡、过滤后，再加入液体颜料添加剂(亲水性颜料如炭黑)，添加比例为1.5％，通过分散机和聚合物原液快速混合均匀，最终制备成11.9％的供纺原液。
(2)供纺原液经加热至58℃，从钛合金喷丝板的孔中(孔数为40000)挤出，在浓度为14.5％、温度为-1℃的凝固浴中经双扩散形成初生纤维，初生纤维进行初步冷牵伸，牵伸倍数为2.7倍。纤维经水洗后再进行热牵伸，热牵伸机的牵伸倍数为3倍，温度98℃，速度为140m/min。
(3)经过干燥后的纤维进入舔舐上油机上油，油剂浓度控制2.5～3.5％。
(4)上油后的丝束进入多段式热辊牵伸机对丝束进行多段牵伸处理，分为预热、热牵伸和冷却三个区，二次热辊牵伸的温度为160℃，牵伸倍数为1.25。
(5)热辊牵伸后的丝束经过卷曲叠块后送入连续定型设备内，丝束运行速度150m/min，在112℃、150kPa的蒸汽压力下进行连续热定型处理，定型时间30S。
(6)定型后的丝束进入再进行干卷曲、微型烘干，最后切断打包。
实施例3
本实施例提供一种有色抗起球腈纶纤维的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将丙烯腈含量在92wt％，甲基丙烯酸甲酯含量在7.5wt％，甲基丙烯磺酸钠含量0.5wt％，进行共聚反应制得丙烯腈共聚物，再经过脱单、水洗，稀释后得到35％浓度的聚合物。再将丙烯腈共聚物水溶液和硫氰酸钠溶液一起快速溶解，配置成原液，经脱泡、过滤后，再加入液体颜料添加剂(亲水性颜料如炭黑)，添加比例为2.0％，通过分散机和聚合物原液快速混合均匀，最终制备成12.0％的供纺原液。
(2)供纺原液经加热至58℃，从钛合金喷丝板的孔中(孔数为30000)挤出，在浓度为15.0％、温度为-2℃的凝固浴中经双扩散形成初生纤维，初生纤维进行初步冷牵伸，牵伸倍数为2.6倍。纤维经水洗后再进行热牵伸，热牵伸机的牵伸倍数为3.5倍，温度98℃，速度为150m/min。
(3)干燥后的纤维进入舔舐上油机上油，油剂浓度控制3.5％。
(4)上油后的丝束进入多段式热辊牵伸机对丝束进行多段牵伸处理，分为预热、热牵伸和冷却三个区，二次热辊牵伸的温度为170℃，牵伸倍数为1.20。
(5)热辊牵伸后的丝束经过卷曲叠块后送入连续定型设备内，丝束运行速度160m/min，在115℃、170kPa的蒸汽压力下进行连续热定型处理，定型时间30S。
(6)定型后的丝束进入再进行干卷曲、微型烘干，最后切断打包。
对得到的纤维进行特性指标的测试，测试结果如下表1：
所指的的有色抗起球腈纶勾强、结节强度、结节伸长明显偏低。根据国外文献，“结伸乘积”(结节强度×结节伸长×100)可用来表征纤维的抗起球性能。通常结强结伸乘积小于30，纤维将具有较好的抗起球性能[参考：日本三菱丽阳株式会社，抗起球聚丙烯腈纤维制造方法:日本,JP 1992-272213[P].1992.]。因此生产抗起球腈纶关键是如何控制纤维的低勾强与低结伸乘积
a.纤度、强度、伸长、勾强、结强、结伸、沸水收缩率、上色率等指标分别按GB/T14337—2008、GB/T 14337—1993、GB/T 16602—1996测试。断裂强力预加张力为(0.10±0.003)cN/dtex。断裂强力计算到小数点后二位，断裂强度计算到小数点后二位，按GB/T8170-2008规定修约到小数点后一位；
b.含油测试说明：按GB/T 6504-2017规定进行，各项结果均按GB/T 8170-2008规定修约到小数点后二位。
c.疵点含量测试说明：按GB/T 14329-2008规定进行，各项结果均按GB/T 8170-2008规定修约到整数。
d.织物抗起球性能由通标标准技术服务有限公司(SGS)上海分公司按照标准ASTMD3512—2005测试。
e.有色纤维的特性指标耐洗牢度、耐晒牢度经SGS国际通用标准公司测定,耐洗牢度大于4.5级,耐晒牢度达到7-8级,。
所得纤维测试结果如下表：
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (12)
1.一种有色抗起球腈纶，由以下质量百分比的组分组成：丙烯腈87～92wt％，丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯8～13wt％，甲基丙烯磺酸钠0.2～1.5wt％，所得原液总固11～14％，其中有色染料含量0.005～3％；
其中，所述腈纶的粘均分子量为4万～6万，该腈纶为丙烯腈含量85-92wt％的聚丙烯腈聚合体。
2.根据权利要求1所述的有色抗起球腈纶的制备工艺，包括：
S1、聚合：将混合比例87～92wt％的丙烯腈和8～13wt％的丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯在氯酸盐和亚硫酸盐的催化作用下进行共聚反应制得丙烯腈共聚物，再经过脱单、水洗得到聚合物悬浮液；
S2、原液制备：将S1制得的丙烯腈共聚物与硫氰酸钠水溶液配置成原液，经过快速高剪切溶解、脱泡、过滤，制得原液总固11～14％的纺丝原液，然后加入有色染料混合均匀，得供纺原液；
S3、纺丝成型：将S2所得原液加热至55～65℃，然后从喷丝板的孔中挤出，在凝固浴中经双扩散形成初生纤维，凝固浴温度-3～2℃，硫氰酸钠溶液浓度12.0～16.0％，初生纤维进行初步冷牵伸，冷牵伸倍数为2～4倍；
S4、水洗、热牵伸、干燥：将S3所得纤维水洗后再进行热牵伸，热牵伸机的牵伸倍数为2～4倍，温度90～99℃，速度为110～160m/min，；
S5、舔舐上油：将S4经热牵伸后的丝束烘干后，进行舔舐上油，油剂溶液浓度2.0～4.0％；
S6、热辊牵伸：将上油后的丝束，进行多段热辊牵伸处理；
S7、连续定型：将上油后的丝束烘干后，经过卷曲机做成丝饼后，于100～300kPa的蒸汽压力下进行连续热定型处理；
S8、烘干、打包：丝束通过卷曲、微型烘干机，将回潮控制在2％以下，制得有色抗起球腈纶。
3.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：步骤S1中所述的聚丙烯腈共聚物的粘均分子量为40000～60000。
4.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：步骤S1中所述的氯酸盐为氯酸钠、氯酸钾中的一种；所述的亚硫酸盐为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠中的一种。
5.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：步骤S1中所述的聚合物悬浮液的载体是纯水，聚合物浓度为30～40wt％。
6.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：步骤S2中所述的纺丝原液中聚合物的浓度为11.5～13.5wt％。
7.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：步骤S2中所述的有色染料为水性色浆或亲水性颜料，添加量为原液聚合物总固的0.005～3wt％。
8.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：步骤S3中所述的喷丝板的材料为合金类、不锈钢或者塑料，喷丝板的孔数为23000～55000。
9.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：步骤S3中，进入凝固浴时原液的温度为55～65℃。
10.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：步骤S6中所述的连续热定型处理的时间为20～50s，温度为110～130℃，丝束运行速度为100～180m/min。
11.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：步骤S7中所述的多段热牵伸处理，分为预热、热牵伸和冷却三个区，热辊牵伸的牵伸比为(1：1.15～1：3.0)，二次牵伸温度为140～180℃。
12.一种通过权利要求2-11任一项所述的制备工艺制备所得的有色抗起球腈纶。
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| CN202211274730.1A CN117904743A (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种有色抗起球腈纶及其制备工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211274730.1A CN117904743A (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种有色抗起球腈纶及其制备工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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| CN202211274730.1A Pending CN117904743A (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种有色抗起球腈纶及其制备工艺 |
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2022
- 2022-10-18 CN CN202211274730.1A patent/CN117904743A/zh active Pending
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