專利名稱：一種閃蒸紡制超細纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)纖維制造技術(shù)，具體為一種利用閃蒸方法紡制超細纖維的方法。
背景技術(shù)：
超細纖維是指單絲纖度極細小的纖維，世界各國對超細纖維的標準目前尚
無規(guī)范定義，但通常是指單絲纖度小于0.3dtex的纖維。超細纖維是一種高品 質(zhì)、高技術(shù)含量和高附加值的新型紡織原料，用其制成的紡織品具有質(zhì)地輕 薄、手感柔軟舒適、懸垂性好，以及具有比表面積大、吸附性強、保暖性、防 水透氣性能優(yōu)異等特點，在衣著、家居、皮革和裝飾材料等方面均有廣泛應(yīng) 用。新型超細纖維及其新技術(shù)的開發(fā)已成為國內(nèi)外研究的一個熱點，其制備方 法大致有:復(fù)合紡絲剝離法、溶解法、超拉伸法、熔噴法以及閃蒸法等。
閃蒸紡超細纖維的方法是將成纖聚合物在高溫高壓條件下溶于適當?shù)娜軇?中，該溶劑等于或低于其正常沸點時不能溶解該聚合物，紡絲時經(jīng)擠壓機通過 噴絲孔而降為常壓，由于壓力突然降低，溶劑急劇蒸發(fā)，引起聚合物高度原纖 化而成為超細纖維叢絲的方法。閃蒸紡制超細纖維的一種公開方法(參見美國 專利3， 081， 519和美國專利3， 227， 794)是將紡絲溶液在高溫高壓下配制 好以后送至供料管，然后經(jīng)減壓節(jié)流孔送入減壓室，此時由于壓力降低，聚合 物和溶劑產(chǎn)生相分離，但為了使溶劑不氣化，必須嚴格控制減壓室的壓力。相 分離后的紡絲溶液再經(jīng)過減壓，在低溫低壓的梯形紡絲頭噴出，此時溶劑劇烈 膨脹閃蒸氣化，溫度降低，聚合物被蒸汽流高倍拉伸固化，經(jīng)過靜電場分絲，
3形成具有三維網(wǎng)狀的超細纖維網(wǎng)狀叢絲。此方法由于使用了高壓電場，因此在 使用一些低閃點的溶劑時可能會發(fā)生一些意想不到的危險，限制了溶劑的使用
范圍；另外由于高壓靜電分絲裝置的加入，增加了成本，也使得操作過程更加
復(fù)雜。在靜電分絲上，國外較好的方式是美國杜邦公司采用的在噴絲口下部設(shè) 置高壓電場通過放電針頭對從噴絲口處噴出的纖維進行放電，使其帶上同種電
荷再進行靜電分絲(參見美國專利5， 558， 830)。紡絲原液在噴絲口處為了 順利進行原纖化成纖，其必須要在相對高的壓力作用迅速從噴絲口中噴出，而 纖維也需要在這種高速氣流的作用下被拉伸取向取得優(yōu)異性能。這就使得纖維 叢絲通過高壓電場的時間非常短，使得部分纖維絲叢來不及進行靜電分絲而團 聚在一起，從而影響了纖維質(zhì)量。為了要盡可能地使每束叢絲都帶上電，對設(shè) 備的技術(shù)要求就要大幅度提高，其相應(yīng)成本也將大幅度加大。該方法可因為靜 電分絲不完全而影響纖維質(zhì)量，因此不容易控制工藝流程，增加成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種閃蒸紡制超 細纖維的方法。該方法具有原料適應(yīng)性好，工藝容易控制，便于工業(yè)化操作， 產(chǎn)品質(zhì)量好等特點。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計一種閃蒸紡制超細纖維的方
法，該方法工藝過程是先把聚合物及離子液體按照每10g聚合物使用5-20ml 離子液體的比例放入高壓釜內(nèi)，攪拌均勻后，常溫下靜止預(yù)處理0.5-3小時， 使聚合物溶脹為粘稠狀液體；然后按照每10g聚合物使用50-200ml的比例加入 溶劑，并在150 — 350。C溫度和5 —25MPa壓力條件下，攪拌20 — 30min，充分溶 解后，打開高壓釜放料控制閥，使紡絲溶液從噴絲口噴出，形成超細纖維并自 行分絲，在接收裝置上固化形成三維網(wǎng)絡(luò)狀超細纖維絲條；所述的聚合物為聚
4烯烴、聚酯或聚偏氟乙烯；所述的離子液體為1-丁基-3-甲基-咪唑氯化物或l-烯丙基-3-甲基-咪唑氯化物；所述的溶劑為l， 2 — 二氯乙烷、氯仿或環(huán)己垸。
本發(fā)明紡制超細纖維的方法特征是采用適當離子液體作為副溶劑，對成纖 聚合物進行表面接枝和共聚等改性修飾，在高分子鏈結(jié)構(gòu)中引入富含電子的基 團，并且能確保離子液體中的陽離子能在聚合物分子鏈上定向排列，使得離子 液體中的陽離子在預(yù)先改性的高分子鏈表面通過配位或氫鍵作用進行排列而使 其帶電，進而使得高分子鏈間通過同種電荷的排斥作用實現(xiàn)自行分絲。與現(xiàn)有 技術(shù)相比，本發(fā)明方法簡化了紡絲工藝和設(shè)備，降低了操作風(fēng)險，減少了成 本，具有適應(yīng)性好，可紡原料多，工藝簡單并容易控制，便于工業(yè)化操作，產(chǎn) 品質(zhì)量好等特點。


圖l為本發(fā)明紡制超細纖維的方法中預(yù)處理后的高分子鏈在離子液體及溶劑 作用下的定向和帶電原理示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例及附圖進一步敘述本發(fā)明。
本發(fā)明紡制超細纖維的方法(以下簡稱方法)，其工藝過程是先把聚合 物及離子液體按照每10g聚合物使用5 — 20ml離子液體的比例，放入高壓釜內(nèi)， 攪拌均勻后，常溫下靜止預(yù)處理0.5 — 3小時，由于適當離子液體的溶解作用， 使得聚合物發(fā)生溶脹并形成粘稠狀液體；然后按照每10g聚合物使用50 —200ml 的比例加入溶劑，并在溫度150 —35(TC和壓力5 — 25MPa的條件下，攪拌20 — 30min，充分溶解后，使得離子液體中的陽離子在預(yù)先改性的高分子鏈表面通 過配位或氫鍵作用進行排列而使聚合物分子鏈帶上同種電荷(參見圖l)，此
5時打開高壓釜放料控制閥，使溶液從噴絲口噴出，此時溫度大大高于沸點的溶 劑由于壓力急劇下降而瞬間蒸發(fā)，形成的高速氣流對聚合物進行拉伸，離子液 體會使高分子鏈在紡絲原液中帶上同種電荷并進行定向排列，因而在噴絲口處 形成的超細纖維叢絲會由于自身的靜電作用而自行分絲，在接收裝置上固化形 成三維網(wǎng)絡(luò)狀超細纖維絲條。所述的聚合物為聚烯烴、聚酯或聚偏氟乙烯；所 述離子液體為1-丁基-3-甲基-咪唑氯化物或1-烯丙基-3-甲基-咪唑氯化物；所 述溶劑為l， 2 — 二氯乙垸、氯仿或環(huán)己烷。本發(fā)明方法所使用的紡絲設(shè)備為現(xiàn) 有技術(shù)，所述的聚合物為常規(guī)聚合物，所述的離子液體和溶劑都為市售產(chǎn)品， 操作風(fēng)險小，因而易于實際工業(yè)化推廣使用。
本發(fā)明方法中由于引入適當離子液體而使高分子鏈在紡絲原液中即帶上同 種電荷并進行定向排列，這將使在噴絲口處形成的超細纖維叢絲會由于自身的 靜電作用而自行分絲，從而在根本上解決了現(xiàn)有的閃蒸紡絲方法在靜電分絲與 纖維性能上的相互矛盾問題，同時可省略靜電分絲裝置，簡化了紡絲設(shè)備機 構(gòu)；同時由于適當離子液體的引入和對高分子原料的預(yù)溶解，將使原有的紡絲 工藝發(fā)生質(zhì)的變化，其工作溫度、壓力等工藝條件也比現(xiàn)有工藝條件大幅降 低。另外，由于適當離子液體的引入和其對高分子原料的預(yù)溶解，使得高分子 原料在高溫、高壓下的溶解變得容易，也會使原來因溶解性等問題而不能作為 紡絲溶劑的化合物(如環(huán)保型脂肪族化合物)現(xiàn)在成為可能，從而為紡絲溶液 的選擇拓展了空間；再有離子液體的引入也起到了一定的環(huán)保作用。
本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
下面給出本發(fā)明方法的具體實施例。實施例僅是對本發(fā)明方法的具體或進 一步說明，不限制本發(fā)明權(quán)利要求。 實施例l
使用本發(fā)明所述方法紡制聚乙烯超細纖維。先把10g聚乙烯單體和10m11-丁基-3-甲基-咪唑氯化物放入高壓釜內(nèi)，攪 拌均勻，并靜止預(yù)處理l小時，然后加入100ml的l， 2 — 二氯乙烷，對高壓釜加 熱和加壓，在加熱溫度為20(TC和加壓壓力為15MPa下，攪拌20 min，使聚乙烯 充分溶解；然后打開高壓釜放料控制閥門，使紡絲溶液迅速噴出，溶劑瞬間汽 化并對聚乙烯纖維進行高倍拉伸，并自行分絲，在接收裝置上即得到三維網(wǎng)絡(luò) 狀聚乙烯超細纖維絲條。
經(jīng)檢驗，本實施例所制備的聚乙烯超細纖維的直徑介于200nm-5Mm之間， 均值l陶，纖維絲條呈簇狀或三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。 實施例2
使用本發(fā)明所述方法紡制聚酯超細纖維。
先把6g聚酯單體和12m11-丁基-3-甲基-咪唑氯化物放入高壓釜內(nèi)，攪拌均 勻，并靜止預(yù)處理2小時，然后加入150ml氯仿，對高壓釜加熱和加壓，在溫度 35(TC和壓力20 MPa下，攪拌30min，使聚酯充分溶解；然后打開高壓釜放料閥 門，使紡絲溶液迅速噴出，溶劑瞬間汽化并對聚酯纖維進行高倍拉伸，并自行 分絲，在接收裝置上即得到三維網(wǎng)絡(luò)狀聚酯超細纖維絲條。
經(jīng)檢驗，本實施例所制備的聚酯超細纖維的直徑介于100nm-10Wn之間，均 值lto，纖維絲條呈簇狀或三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。 實施例3
使用本發(fā)明所述方法紡制聚偏氟乙烯超細纖維。
先把12g偏氟乙烯單體和25ml 1-丁基-3-甲基-咪唑氯化物放入高壓釜內(nèi)， 攪拌均勻，靜止預(yù)處理1.5小時，然后加入140ml環(huán)己烷；對高壓釜加熱和加 壓，在溫度220。C和壓力16 MPa下，攪拌25min，使偏氟乙烯充分溶解；然后打 開高壓釜放料閥門，使紡絲溶液迅速噴出，溶劑瞬間汽化并對聚偏氟乙烯纖維
7進行高倍拉伸，并自行分絲，在接收裝置上即得到三維網(wǎng)絡(luò)狀聚偏氟乙烯超細 纖維絲條。
經(jīng)檢驗，本實施例所制備的聚偏氟乙烯超細纖維的直徑介于200nm-10Wn之 間，均值lWn，纖維絲條呈簇狀或三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種閃蒸紡制超細纖維的方法，該方法工藝過程是先把聚合物及離子液體按照每10g聚合物使用5-20ml離子液體的比例放入高壓釜內(nèi)，攪拌均勻后，常溫下靜止預(yù)處理0.5-3小時，使聚合物溶脹為粘稠狀液體；然后按照每10g聚合物使用50-200ml的比例加入溶劑，并在150-350℃溫度和5-25MPa壓力條件下，攪拌20-30min，充分溶解后，打開高壓釜放料控制閥，使紡絲溶液從噴絲口噴出，形成超細纖維并自行分絲，在接收裝置上固化形成為三維網(wǎng)絡(luò)狀超細纖維絲條；所述的聚合物為聚烯烴、聚酯或聚偏氟乙烯；所述的離子液體為1-丁基-3-甲基-咪唑氯化物或1-烯丙基-3-甲基-咪唑氯化物；所述的溶劑為1，2-二氯乙烷、氯仿或環(huán)己烷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種閃蒸紡制超細纖維的方法，該方法工藝過程是先把聚合物及離子液體按照每10g聚合物使用5-20ml離子液體的比例放入高壓釜內(nèi)，攪拌均勻后，常溫下靜止預(yù)處理0.5-3小時，使聚合物溶脹為粘稠狀液體；然后按照每10g聚合物使用50-200ml的比例加入溶劑，并在150-350℃溫度和5-25MPa壓力條件下，攪拌20-30min，充分溶解后，打開高壓釜放料控制閥，使紡絲溶液從噴絲口噴出，形成超細纖維并自行分絲，在接收裝置上固化形成為三維網(wǎng)絡(luò)狀超細纖維絲條；所述的聚合物為聚烯烴、聚酯或聚偏氟乙烯；所述的離子液體為1-丁基-3-甲基-咪唑氯化物或1-烯丙基-3-甲基-咪唑氯化物；所述的溶劑為1，2-二氯乙烷、氯仿或環(huán)己烷。
文檔編號D01D5/00GK101565861SQ20091006835
公開日2009年10月28日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者任元林, 亞 劉, 磊 夏, 康衛(wèi)民, 程博聞, 鵬 西 申請人:天津工業(yè)大學(xué)