CN1556265A - 海岛型复合纤维及其制造方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种海岛型复合纤维及其生产方法和应用。它以PP、PA6等热塑性树脂为岛组分，以可生物降解的聚乳酸PLA或其共聚物为海组分，采用复合纺丝的方法，得到海岛型复合纤维，其截面形状规整，物理性能指标优良。这种海组分具有可以生物降解的特性，在比较温和的条件下能够被碱溶解。将该复合纤维或其织物进行碱水处理即可制得超细纤维或织物，碱处理过程简便易控，被碱液溶解以后的产物容易进行后处理，基本上无污染，对环境友好。本发明技术方案可用于制作服装、高档合成革、人造麂皮等。
Description
技术领域
本发明涉及一种海岛型复合纤维，尤其是涉及一种具有环保作用的海岛型复合纤维，包括这种纤维的制造方法，以及它在制备超细纤维方面的具体应用，属于复合纺丝及制造超细纤维的生产技术领域。
背景技术
工业上一般把单丝纤度小于0.5dtex的纤维称为超细纤维。用超细纤维可以制造高档合成革、人造麂皮等后道产品，织物的手感很好。目前超细纤维的生产方法有多种，比如：直接纺丝、复合纺丝、超拉伸纺丝、瞬时纺丝、湍流纺丝、熔喷纺丝等，其中以直接纺丝和复合纺丝两种方法最为常用。利用复合纺丝方法制造超细纤维的技术主要有剥离法和海岛法两种，剥离法是将两种组分，如聚酰胺(PA6)和聚酯(PET)，在一个喷丝孔内交替分布，得到PA6和PET的复合丝，再利用化学处理或者机械方法，将两组分剥离，使一根纤维分裂成多瓣纤维，其单丝纤度最低可达0.11～0.44dtex；海岛法是把一种聚合物作为岛组分，另一种聚合物作为海组分，纺丝时使若干个“岛”均匀分布于“海”之中，并包含于一根纤维内，纺成纤维或制成织物以后，再将海组分溶解去除，留下岛组分，从而得到超细纤维或含有超细纤维的织物，其单丝纤度最低可达0.011～0.11dtex。
日本东丽公司在70年代首先发明了用复合纺丝方法制造海岛型超细纤维的技术，其岛组分采用PET、PA6，海组分采用碱水易溶聚酯(COPET)。这是目前海岛型复合纤维的主要生产方法，如何选择、制备COPET是这项技术的关键。COPET本质上是一种碱水易溶聚酯，又称为“水溶性聚酯”，工业上大多以精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)为主要原料，添加第三、第四或多种共聚组分合成而制备。目前，仍有多家公司在研发生产COPET。
80年代初，日本旭化成公司申请的专利JP55122009和JP55137219当中，以不同物化性能的高聚物，如聚丙烯腈PAN、三元共聚物等材料作为海岛组分来制备海岛型复合纤维；1990年CHISSO公司申请的专利JP4024216介绍，在制备海岛型复合纤维过程中，使用热塑性聚乙烯醇作为海组分，而岛组分是改性聚丙烯等聚合物。
张大省等人在1999年“全国化纤工业跨世纪发展战略”学术研讨会论文集中以“水解剥离法制造超细纤维”为题，介绍采用水解剥离的方法制造超细纤维。该方法首先以间歇方式合成易水解聚酯EHDPET，然后以EHDPET为海组分、以PET或PA6作为岛组分制备海岛型复合纤维。制得的复合纤维物理性能良好，用其织造的机织物和针织物纺织加工性能好，织物经水解处理，复合纤维即被剥离成线密度为0.044dtex的超细纤维。该方法的特点在于采用EHDPET，它与COPET相比技术上更有进步，其水解性能可以通过选择合成条件来加以控制。
对于近几年开发的化纤新品种，金立国在2002年第4期《合成纤维》上进行了概述。文章介绍的海岛型复合纤维的主要品种有：COPET/PET、PA6/PET、PP/PET、PP/PA6等(“/”前面是海组分，后面是岛组分，PP是聚丙烯，下同)；海组分的重量百分比为20～10％，岛组分的重量百分比为80～90％；单根复合纤维横截面上岛的数量从16、36、64到120个不等。
上述海岛型复合纤维的现有生产技术中存在一个共性问题，那就是用作海组分的成分中均含有苯环，该复合纤维在成型加工或者织成织物以后再进行处理时，都需要将海组分溶解去除，从而得到超细纤维。在海组分溶解去除以后，形成大量的工业废水，由于其内部含有苯环等结构单元，工业上难以进行处理或回收。如果处理未达标即排放，将对环境产生不良影响。这是海岛型复合纤维大规模工业化生产必须解决的技术问题之一。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种碱水处理后的产物对环境友好的海岛型复合纤维，包括这种纤维的制造方法，以及它在制备超细纤维方面的具体应用。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种海岛型复合纤维，由海组分和岛组分构成，海组分所占重量百分比为10～50％，岛组分所占重量百分比为50～90％，其中所述复合纤维的海组分是聚乳酸PLA或其共聚物，岛组分是热塑性树脂。
前述海岛型复合纤维的制造方法，按照以下主要步骤制造：海组分切片和岛组分切片经由各自的螺杆挤压机-1和螺杆挤压机-2加温、挤压、熔融，再经过熔体过滤器-1和熔体过滤器-2进行过滤，成为可纺丝的熔体，分别进入副箱体-1和副箱体-2，各自计量以后进入纺丝主箱体；两种熔体在主箱体内部混合起来，从喷丝板喷出丝束，经过侧吹风冷却成形，再通过上油和卷绕两道工序处理得到初生纤维；最后，初生纤维经过牵伸或者加弹工序处理，即得海岛型复合纤维。
前述海岛型复合纤维用于制造超细纤维或者超细纤维织物，方法是：将所述的海岛型复合纤维用碱水溶解，去除其中的海组分，或者将所述的海岛型复合纤维织成机织物或针织物，然后将织成的机织物或针织物用碱水处理，溶解去除其中的海组分，即制得超细纤维或者超细纤维织物。
本发明的目的还可以通过以下技术方案来进一步实现：
前述的海岛型复合纤维，其中所述的热塑性树脂是聚丙烯PP或者聚酰胺PA6。
前述的海岛型复合纤维，所述纤维的截面形状是圆形或者异型，单根纤维横截面上岛的数量为16～120个。
前述的海岛型复合纤维的制造方法，其中海组分切片和岛组分切片在进入螺杆挤压机-1和螺杆挤压机-2之前经过干燥处理，直至两种切片的含水率小于300ppm。
前述的海岛型复合纤维的制造方法，其中海组分切片是聚乳酸PLA，岛组分切片是聚丙烯PP，海组分切片的干燥温度为70～150℃，螺杆挤压机-1和螺杆挤压机-2的工作温度为180～260℃，纺丝主箱体的工作温度为200～260℃。
前述的海岛型复合纤维的制造方法，其中海组分切片是聚乳酸PLA，岛组分切片是聚酰胺PA6；海组分切片的干燥温度为70～150℃，螺杆挤压机-1的工作温度为180～260℃；岛组分切片的干燥温度为80～160℃，螺杆挤压机-2的工作温度为250～300℃；纺丝主箱体的工作温度为200～300℃。
前述海岛型复合纤维在制造超细纤维或者超细纤维织物方面的应用，其中所使用的碱水浓度为优选1～20克/升。
前述海岛型复合纤维在制造超细纤维或者超细纤维织物方面的应用，其中所使用的碱水浓度为更优选5～10克/升。
采用本发明技术方案可以起到如下技术效果：
(1)本发明提供的海岛型复合纤维，截面形状规整、良好，物理性能指标优良，能够满足服用纤维的各项指标要求。该复合纤维既可以作为独立的产品出售使用，也可以进一步加工成为超细纤维或者超细纤维织物产品出售。
(2)本发明提供的海岛型复合纤维的制备方法，对加工设备没有苛刻要求，可以利用常规复合纺丝设备来实现。采用该方法时，只需要对海组分的干燥温度、螺杆挤压机-1各区的温度、副箱体-1的温度设定好，并且按照产品性能的需要调节好两种熔体进入主箱体的进料速度，别的工艺过程与现有复合纤维的生产方法基本类似，因此，本发明移植性强，有着较强的推广使用前景。
(3)本发明提供的海岛型复合纤维，其海组分具有可生物降解的特性，它在比较温和的条件下就能被碱溶解，溶解工艺简便易控制，溶解后的副产物是脂肪族的酸和醇，以及部分具有一定分子量的脂肪族聚酯，很容易后处理。其处理过程可采取生物降解的方法，基本无污染，对环境友好。
(4)与常规的海岛型复合纤维相比，应用本发明提供的海岛型复合纤维制造超细纤维或者超细纤维织物时，碱水处理过程中所需的碱液浓度较低，仅需要投入少量的碱就能达到比较好的处理效果，操作成本得到有效降低。
附图说明
图1是本发明海岛型复合纤维制造方法的主要工艺过程示意图。
具体实施方式
本发明以可生物降解的聚乳酸或其共聚物作为海组分来制备得到一种新型的海岛型复合纤维，发明沿袭普通复合纺丝路线，在岛组分选择、工艺条件控制等方面提出了完整的技术解决方案，满足了该领域在环境保护方面的要求。
下面结合说明书附图对本发明作进一步的详细描述：
〖实施例1〗制备PLA/PP海岛型复合纤维及其后道超细产品
如图1的流程所示，以PLA切片作为海组分、PP切片作为岛组分，两者重量比为1∶1，用干燥设备对PLA切片进行干燥，干燥温度为80～120℃，待切片的含水率小于300ppm以后，在ABE复合纺丝机上进行纺丝，海组分切片和岛组分切片经由各自的螺杆挤压机-1和螺杆挤压机-2加温、挤压、熔融，再经过熔体过滤器-1和熔体过滤器-2进行过滤，成为可纺丝的熔体，分别进入副箱体-1和副箱体-2，各自计量以后进入纺丝主箱体；两种熔体在主箱体内部混合起来，从喷丝板喷出丝束，经过侧吹风冷却成形，再通过上油和卷绕两道工序处理而得到初生纤维，即未拉伸丝(UDY)。主要工艺条件如下：
| 组分 | 螺杆挤压机各区温度(℃) | 计量泵温度(℃) | 计量泵转速(rpm) | 主箱体温度(℃) | 组件温度(℃) | 纺丝速度(m/min) | |||
| 一区 | 二区 | 三区 | 四区 | ||||||
| 海组分(PLA) | 190220 | 205225 | 220240 | 220240 | 220240 | 11.7 | 250270 | 220240 | 800 |
| 岛组分(PP) | 190210 | 242262 | 240260 | 240260 | 245265 | 11.7 | |||
将UDY丝在Barmag牵伸试验机上进行牵伸，设定工艺条件如下：热盘温度为60～100℃、热板温度为100～150℃、牵伸倍率为3.0～3.6，制得海岛型复合纤维(DT丝)。该复合纤维的断裂强度为1.8～2.5cN/dtex，断裂伸长率为20～35％，沸水收缩率为8～12％，单根纤维横截面上岛的数量为16～120个。将该DT丝或者其织物采用5～10g/l浓度的碱液处理，即可制得超细纤维或者含有超细纤维的织物，其性能比用常规海岛型复合纤维加工而成的产品性能更优。
将UDY丝在HTS-15V加弹试验机上进行加弹，可得到海岛型复合纤维加弹丝(DTY丝)。所得加弹丝或者用其织成的织物，再经过适当的碱液处理以后，即得到超细纤维或者含有超细纤维的织物。
〖实施例2〗制备PLA/PA6海岛型复合纤维及其后道超细产品
以PLA切片作为海组分、PA6切片作为岛组分，两者重量比为1∶1，用干燥设备对两种切片分别进行干燥，干燥温度为80～120℃，待切片的含水率小于300ppm以后，在ABE复合纺丝机上用与〖实施例1〗中类似的工艺过程制备UDY丝，主要工艺条件如下：
| 组分 | 螺杆挤压机各区温度(℃) | 计量泵温度(℃) | 计量泵转速(rpm) | 主箱体温度(℃) | 组件温度(℃) | 纺丝速度(m/min) | |||
| 一区 | 二区 | 三区 | 四区 | ||||||
| 海组分(PLA) | 190210 | 205225 | 220240 | 220240 | 220240 | 11.7 | 265285 | 240260 | 800 |
| 岛组分(PA6) | 260280 | 283303 | 275295 | 270290 | 275295 | 11.7 | |||
将该UDY丝在Barmag牵伸试验机上进行牵伸，设定工艺条件如下：热盘温度为60～100℃、热板温度为100～150℃、牵伸倍率为3.0～3.6，制得海岛型复合纤维(DT丝)。该DT丝的物理性能指标与〖实施例1〗类似，织成织物后用5～10g/l浓度的碱液处理，即制得PLA/PA6超细纤维产品。
同样，用该UDY丝在HTS-15V加弹试验机上进行加弹，可制得海岛型复合纤维加弹丝(DTY丝)，再用适当的碱液处理，即得到超细纤维或者含有超细纤维的织物。
以上实施例中的操作条件是非限制性条件，实际应用时可根据具体情况酌情选择。各种物质使用数量的变化，以及一些操作条件的类似替换，均应理解为在本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种海岛型复合纤维，由海组分和岛组分构成，海组分所占重量百分比为10～50％，岛组分所占重量百分比为50～90％，其特征在于：所述复合纤维的海组分是聚乳酸PLA或其共聚物，岛组分是热塑性树脂。
2.权利要求1所述的海岛型复合纤维，其特征在于：所述的热塑性树脂是聚丙烯PP或者聚酰胺PA6。
3.权利要求1或2所述的海岛型复合纤维，其特征在于：纤维的截面形状是圆形或者异型，单根纤维横截面上岛的数量为16～120个。
4.权利要求1所述的海岛型复合纤维的制造方法，按照以下主要步骤制造：海组分切片和岛组分切片经由各自的螺杆挤压机-1和螺杆挤压机-2加温、挤压、熔融，再经过熔体过滤器-1和熔体过滤器-2进行过滤，成为可纺丝的熔体，分别进入副箱体-1和副箱体-2，各自计量以后进入纺丝主箱体；两种熔体在主箱体内部混合起来，从喷丝板喷出丝束，经过侧吹风冷却成形，再通过上油和卷绕两道工序处理得到初生纤维；最后，初生纤维经过牵伸或者加弹工序处理，即得海岛型复合纤维。
5.权利要求4所述的海岛型复合纤维的制造方法，其特征在于：海组分切片和岛组分切片在进入螺杆挤压机-1和螺杆挤压机-2之前经过干燥处理，直至两种切片的含水率小于300ppm。
6.权利要求4或5所述的海岛型复合纤维的制造方法，其特征在于：海组分切片是聚乳酸PLA，岛组分切片是聚丙烯PP；海组分切片的干燥温度为70～150℃，螺杆挤压机-1和螺杆挤压机-2的工作温度为180～260℃，纺丝主箱体的工作温度为200～260℃。
7.权利要求4或5所述的海岛型复合纤维的制造方法，其特征在于：海组分切片是聚乳酸PLA，岛组分切片是聚酰胺PA6；海组分切片的干燥温度为70～150℃，螺杆挤压机-1的工作温度为180～260℃；岛组分切片的干燥温度为80～160℃，螺杆挤压机-2的工作温度为250～300℃；纺丝主箱体的工作温度为200～300℃。
8.权利要求1所述的海岛型复合纤维用于制造超细纤维或者超细纤维织物，方法是：将所述的海岛型复合纤维用碱水溶解，去除其中的海组分，或者将所述的海岛型复合纤维织成机织物或针织物，然后将织成的机织物或针织物用碱水处理，溶解去除其中的海组分，即制得超细纤维或者超细纤维织物。
9.权利要求8所述的海岛型复合纤维，其特征在于：所使用的碱水浓度为1～20克/升。
10.权利要求9所述的海岛型复合纤维，其特征在于：所使用的碱水浓度为5～10克/升。
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