專利名稱：一種中等模量聚乙烯醇纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚乙烯醇纖維的制備方法，尤其涉及一種制備中等模量聚乙烯醇纖維的方法。
背景技術(shù)：
聚乙烯醇纖維(以下簡稱PVA纖維)作為一種耐腐蝕性、耐氣候性及與基材良好粘結(jié)性能的高分子材料，其用途相當(dāng)廣泛，除了作石棉替代品、輪胎簾子線、產(chǎn)業(yè)用布等外。因?yàn)槠淞己玫陌菪裕€可在PVA原液中混入各種功能性填料紡絲，滿足不同的市場需求。制備PVA纖維的方法主要為濕法紡絲，它包括常規(guī)濕法紡絲工藝和高強(qiáng)高模纖維紡絲工藝。常規(guī)濕法紡絲是PVA原液從噴絲頭噴出后，在飽和硫酸鈉溶液中凝固成型，再通過后處理制得纖維，這種方法得到的纖維楊氏模量大約為40 llOcN/dtex。高強(qiáng)高模纖維紡絲工藝是添加了硼酸的PVA原液細(xì)流通過堿浴(氫氧化鈉與硫酸鈉溶液)交聯(lián)成型，再經(jīng)酸浴(硫酸與硫酸鈉混合溶液)解除交聯(lián)，然后進(jìn)行長時(shí)間水洗處理，最后經(jīng)高倍熱拉伸制得高模量PVA纖維，該方法制得纖維模量在ISOcN/dtex以上；但其最大缺點(diǎn)在于紡絲過程中涉及到強(qiáng)酸強(qiáng)堿，操作危險(xiǎn)性大；水洗時(shí)間很長，能耗高，因此用這種方法制備一些中等模量的纖維時(shí)更不具備優(yōu)勢(shì)。蒙脫土是近年來報(bào)道較多的一種功能性填料，它具有獨(dú)特的層狀一維納米結(jié)構(gòu)特性和形態(tài)特性，層間具有可設(shè)計(jì)的反應(yīng)性，超大的比表面積和高達(dá)200以上的徑/厚比，這種結(jié)構(gòu)將賦予聚合物/蒙脫土復(fù)合材料優(yōu)異的物理機(jī)械性能。但蒙脫土在PVA纖維制備中的應(yīng)用目前尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種安全性好、操作簡便的中等模量PVA纖維制備方法。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊說明外，均為重量份數(shù)。—種中等模量PVA纖維的制備方法，先將原料混合溶解，再進(jìn)行常規(guī)濕法紡絲制得PVA纖維，其特征在于所述原料包括PVA、蒙脫土和水，其中PVA占100份、蒙脫土占I 20份、水占400 800份。本發(fā)明巧妙地采用上述量的蒙脫土分散到PVA原液中作為制備PVA纖維的原料，發(fā)現(xiàn)可采用常規(guī)濕法紡絲工藝就能制得中等模量的PVA纖維(獲得的PVA纖維楊氏模量為110 190cN/dtex),其工藝簡單、安全性好、成本低廉,特別適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。為了提高最終PVA纖維的均勻性，得到質(zhì)量更加穩(wěn)定、商品性狀更好的PVA纖維，進(jìn)一步優(yōu)選地，上述各原料為PVA 100份、蒙脫土占17份、水占650 680份。更優(yōu)選地，上述原料中PVA的聚合度為1500 3000、醇解度為92 99mol% ;上述蒙脫土優(yōu)選為鈉基、鈣基或者鎂基蒙脫土中的至少一種，細(xì)度1500 3000目，若選用兩種蒙脫土，優(yōu)選按照1:1比例添加，選用三種蒙脫土則優(yōu)選按1:1 :1加入。
在PVA纖維的制備過程中發(fā)現(xiàn)，雖按上述方法可制得中等模量的PVA纖維，但在制備過程中蒙脫土易結(jié)團(tuán)、會(huì)影響最終PVA纖維模量，使PVA纖維品質(zhì)不一；為了有效防止蒙脫土結(jié)團(tuán)、使最終制得的PVA纖維模量均一，上述原料還包括O.1 I份添加劑，具體為0P-10、TX-100或者羧甲基纖維素中的至少一種，均為市售產(chǎn)品；若選用兩種添加劑，優(yōu)選按照1:1比例添加，選用三種蒙脫土則優(yōu)選按1:1 :1加入。最優(yōu)選地，本發(fā)明中等模量PVA纖維的制備方法所采用的初始原料組分為100份的PVA、17份的蒙脫土、O. 6份的添加劑和650 680份的去離子水；其中PVA的聚合度1500 3000，醇解度為92 99mol %，蒙脫土為細(xì)度為1500 3000目的鈉基蒙脫土，添加劑為 TX-100。研發(fā)過程中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在上述混合溶解步驟中，若控制不好易使得PVA溶解不好，從而影響紡絲效果在濕法紡絲過程中噴頭易堵塞、易拉斷，易使得最終制得的PVA纖維粗細(xì)不均勻、商品質(zhì)量不夠好。為了進(jìn)一步提高最終PVA纖維的品質(zhì)均一性，上述原料混合溶解中，混合溫度優(yōu)選為95 110°C，壓力優(yōu)選為O. 01 O. 15MPa，溶解時(shí)間優(yōu)選為3 9小時(shí)，配成紡絲溶液；更優(yōu)選為溫度105°C，壓力O. 08MPa，溶解時(shí)間5小時(shí)。為了進(jìn)一步提高紡絲效果、提高最終制得的PVA纖維的強(qiáng)度，上述濕法紡絲過程中，噴絲頭孔徑優(yōu)選為O. 07 O. 20mm、進(jìn)一步優(yōu)選為O.1 O. 12mm。具體地說，一種中等模量PVA纖維的制備方法，按如下步驟進(jìn)行(I)紡絲原液的制備將聚合度為1500 3000，醇解度為92 99mol%的PVA100重量份，上述的蒙脫土 I 20重量份，上述的添加劑O.1 I重量份，去離子水400 800重量份，加入溶解釜中，在攪拌下于溫度95 110°C，壓力為O. 01 O. 15MPa，溶解3 9小時(shí)，配成紡絲溶液，再將溶液加壓過濾、脫泡，制成紡絲原液；⑵濕法紡絲利用孔徑為O. 07 O. 20mm濕法紡絲噴絲頭，將紡絲原液于溫度95 100°C，經(jīng)過濾器、計(jì)量泵，從噴絲頭噴出，原液細(xì)流在較強(qiáng)凝固能力的凝固浴中成型，采用-O. 5 I倍噴絲頭拉伸，凝固浴為370 420g/l硫酸鈉溶液，浴溫為35 60°C ；(3)紡絲后處理a、干燥將纖維上含有的50 90wt%水、通過多級(jí)焙烘除去，并對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)熱，使之達(dá)到軟化有利于下一步拉伸；b、拉伸熱定型熱定型溫度為180 260°C,熱拉伸I 6倍,熱定型時(shí)間3 10分鐘，獲得PVA纖維。本發(fā)明制備方法具有如下的有益效果1、本發(fā)明通過在PVA原液中添加蒙脫土、其余步驟按常規(guī)濕法紡絲進(jìn)行，使制得的纖維物理機(jī)械性能得到大幅提升，尤其是楊氏模量與常規(guī)濕法紡絲相比有30 100%的增加。2、本發(fā)明在PVA原液中進(jìn)一步采用了輔助添加劑，使得蒙脫土分散更加均勻，原液性能更加穩(wěn)定，更利于紡絲成型、提高最終制得的PVA纖維的均一性及品質(zhì)。3、本發(fā)明PVA纖維制備方法與高強(qiáng)高模PVA纖維工藝相比，操作簡單，成本低廉，更具環(huán)保性，特別適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明制得的PVA纖維線密度為1. O 10.Odtex，干斷裂強(qiáng)度6· O 10. OcN/dtex,斷裂伸長6 20%，楊氏模量120 200cN/dtex ;非常適合在建筑領(lǐng)域或者工業(yè)用布中應(yīng)用，其采用的蒙脫土為天然礦物，在混凝土砂漿中，與水泥基的粘結(jié)更為緊密。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是，以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例1將聚合度為1750±50，醇解度為95mol%的PVA共15kg，1500目鈣基蒙脫土O. 3kg，0P-10添加劑O.1kg,水84kg，加入到溶解釜中，在攪拌下于溫度98±2°C，壓力O. OlMPa，溶解4小時(shí)后，經(jīng)泵輸送過濾，常壓下脫泡18小時(shí)，脫泡溫度97°C，制得紡絲原液溫度97°C，通過計(jì)量泵計(jì)量，經(jīng)孔徑為O.1Omm, 6000孔的噴絲板噴絲，芒硝凝固浴中凝固成形，噴絲頭拉伸-O. 5倍，紡出的初生纖維經(jīng)濕熱、干燥、拉伸、熱定型，總拉伸6倍，制得的纖維線密度3.1dtex,楊氏模量118cN/dtex。實(shí)施例2將聚合度為1750±50，醇解度為99mol%的PVA共15kg，1800目鈉基蒙脫土O. 3kg，TX-100添加劑O. 2kg，水84kg，加入到溶解釜中，在攪拌下于溫度98±2°C，壓力
O.02MPa，溶解3小時(shí)后，經(jīng)泵輸送過濾，常壓下脫泡4小時(shí)，脫泡溫度97°C，制得紡絲原液溫度97°C，通過計(jì)量泵計(jì)量，經(jīng)孔徑為O.1Omm, 6000孔的噴絲板噴絲，芒硝凝固浴中凝固成形，噴絲頭拉伸-O. 2倍，紡出的初生纖維經(jīng)濕熱、干燥、拉伸、熱定型，總拉伸9倍，制得的纖維線密度2. 2dtex，楊氏模量160cN/dtex。實(shí)施例3將聚合度為1850±50，醇解度為99mol%的PVA共15kg，3000目鈉基蒙脫土
O.6kg，TX-100添加劑O. 2kg，水85kg，加入到溶解釜中，在攪拌下于溫度108±2°C，壓力
O.03MPa，溶解6小時(shí)后，經(jīng)泵輸送過濾，常壓下脫泡16小時(shí)，脫泡溫度97°C，制得紡絲原液溫度97°C，通過計(jì)量泵計(jì)量，經(jīng)孔徑為O. 08mm, 8000孔的噴絲板噴絲，芒硝凝固浴中凝固成形，噴絲頭拉伸O.1倍，紡出的初生纖維經(jīng)濕熱、干燥、拉伸、熱定型，總拉伸9倍，制得的纖維線密度1. 8dtex,楊氏模量198cN/dtex。實(shí)施例4將聚合度為2000±50，醇解度為99mol %的PVA共14kg，2600目鎂基蒙脫土
O.3kg，0P-10添加劑O.1kg,水86kg，加入到溶解釜中，在攪拌下于溫度99± I °C，壓力
O.03MPa，溶解6小時(shí)后，經(jīng)泵輸送過濾，常壓下脫泡16小時(shí)，脫泡溫度98°C，制得紡絲原液溫度98°C，通過計(jì)量泵計(jì)量，經(jīng)孔徑為O.1Omm, 6000孔的噴絲板噴絲，芒硝凝固浴中凝固成形，噴絲頭拉伸O. 9倍，紡出的初生纖維經(jīng)濕熱、干燥、拉伸、熱定型，總拉伸9倍，制得的纖維線密度2.1dtex,楊氏模量190cN/dtex。對(duì)比例I將實(shí)施例2相同的PVA和溶劑，不加添加劑及蒙脫土，在相同的試驗(yàn)條件下制得的纖維楊氏模量110cN/dtex。
實(shí)施例5 9按以下各物料及工藝參數(shù)進(jìn)行，其它均與實(shí)施例1相同。所制得的PVA纖維線密度為1. O 10. Odtex，干斷裂強(qiáng)度6. O 10. OcN/dtex，斷裂伸長6 20%，楊氏模量120 200cN/dtex,非常適合在建筑領(lǐng)域或者工業(yè)用布中應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種中等模量PVA纖維的制備方法，先將原料混合溶解，再進(jìn)行常規(guī)濕法紡絲制得PVA纖維，其特征在于所述原料包括PVA、蒙脫土和水，其中PVA占100份、蒙脫土占I 20份、水占400 800份。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述各原料最好為PVA100份、蒙脫土占17份、水占650 680份。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述原料中PVA的聚合度為1500 3000、醇解度為92 99mol% ;所述蒙脫土優(yōu)選為鈉基、鈣基或者鎂基蒙脫土中的至少一種，細(xì)度1500 3000目。
4.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述原料還包括O.1 I份添加齊U，所述添加劑為0P-10、TX-100或者羧甲基纖維素中的至少一種。
5.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述原料還包括O.1 I份添加劑，所述添加劑為ΟΡ-ΙΟ、ΤΧ-100或者羧甲基纖維素中的至少一種。
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述原料組分為100份的PVA、17份的蒙脫土、O. 6份的添加劑和650 680份的去離子水；其中PVA的聚合度1500 3000，醇解度為92 99mol%，蒙脫土為細(xì)度為1500 3000目的鈉基蒙脫土，添加劑為TX-100。
7.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述原料混合溶解中，混合溫度優(yōu)選為95 110°C，壓力優(yōu)選為O. 01 O. 15MPa，溶解時(shí)間優(yōu)選為3 9小時(shí)，配成紡絲溶液。
8.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述原料混合溶解中，混合溫度為105°C，壓力為O. 08MPa，溶解時(shí)間為5小時(shí)。
9.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述原料混合溶解中，混合溫度優(yōu)選為95 110°C，壓力優(yōu)選為O. 01 O. 15MPa，溶解時(shí)間優(yōu)選為3 9小時(shí)，配成紡絲溶液。
10.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于所述原料混合溶解中，混合溫度為105°C，壓力為O. 08MPa，溶解時(shí)間為5小時(shí)。
11.如權(quán)利要求4或6所述的制備方法，其特征在于所述濕法紡絲過程中，噴絲頭孔徑優(yōu)選為O. 07 O. 20mm、進(jìn)一步優(yōu)選為O.1 O. 12mm。
12.如權(quán)利要求5所述的制備方法，按如下步驟進(jìn)行 (1)紡絲原液的制備 將所述的PVA、蒙脫土、添加劑和去離子水加入溶解釜中，在攪拌下于溫度95 110°C，壓力為O. 01 O. 15MPa，溶解3 9小時(shí)，配成紡絲溶液，再將溶液加壓過濾、脫泡，制成紡絲原液； (2)濕法紡絲 利用孔徑為O. 07 O. 20mm濕法紡絲噴絲頭，將紡絲原液于溫度95 100°C，經(jīng)過濾器、計(jì)量泵，從噴絲頭噴出，原液細(xì)流在較強(qiáng)凝固能力的凝固浴中成型，采用-O. 5 I倍噴絲頭拉伸，凝固浴為370 420g/l硫酸鈉溶液，浴溫為35 60°C ； (3)紡絲后處理 a、干燥將纖維上含有的50 90被％水、通過多級(jí)焙烘除去，并對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)熱，使之達(dá)到軟化有利于下一步拉伸； b、拉伸熱定型熱定型溫度為180 260°C,熱拉伸I 6倍,熱定型時(shí)間3 10分鐘，獲得PVA纖維。
全文摘要
一種中等模量PVA纖維的制備方法，先將原料混合溶解，再進(jìn)行常規(guī)濕法紡絲制得PVA纖維，其特征在于所述原料包括PVA、蒙脫土和水，其中PVA占100份、蒙脫土占1～20份、水占400～800份。本發(fā)明PVA纖維制備方法與高強(qiáng)高模PVA纖維工藝相比，操作簡單，成本低廉，更具環(huán)保性，特別適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明制得的PVA纖維線密度為1.0～10.0dtex，干斷裂強(qiáng)度6.0～10.0cN/dtex，斷裂伸長6～20%，楊氏模量110～200cN/dtex；非常適合在建筑領(lǐng)域或者工業(yè)用布中應(yīng)用。
文檔編號(hào)D01F6/50GK103060940SQ20111031686
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者徐小松, 王建, 蔡霞, 張振宇, 劉嬋, 李利 申請(qǐng)人:中國石油化工集團(tuán)公司, 中國石化集團(tuán)四川維尼綸廠