專利名稱：具有光滑表面的亞克力合成纖維的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明乃關(guān)于制造具有光滑表面的亞克力合成纖維的濕式紡絲制造方法。
一般所謂亞克力纖維是指含丙烯腈單元之共聚合物所構(gòu)成的纖維，此種含丙烯腈單元共聚合物紡成纖維的過程中，由共聚合物與溶劑構(gòu)成的紡絲溶液，經(jīng)以濕式紡絲時(shí)，纖維表面易生凹裂痕跡，致使光澤性不佳，且造成纖維表面摩擦性大，易使紡織機(jī)件磨損，而此纖維表面凹裂發(fā)生之現(xiàn)象，尤其是于使用有機(jī)紡絲溶劑，如二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲基亞砜等時(shí)更為嚴(yán)重。
含丙烯腈單元共聚合物，除含有主要的丙烯腈外，另共聚合物含有單烯性乙烯基不飽和單體，如醋酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、偏二氯乙烯、溴化乙烯、甲基丙烯酸甲酯……等，此類含乙烯基之不飽和單體，不同的共聚合物或不同的共聚合物量均會(huì)影響到纖維物理或化學(xué)性質(zhì)，使用的種類與使用量常取決于紡絲后需能得到良好的強(qiáng)度，伸度等物性，且需有寬廣的物理、化學(xué)穩(wěn)定性。
一般皆知，在適當(dāng)?shù)臐袷郊徑z下，纖維在紡絲時(shí)凝絲的最初成形階段會(huì)有一層非常薄的外層表皮形成，此表皮會(huì)敏感且明顯的破裂，即使非常小心地在凝絲液中牽引也無法避免，結(jié)果此裂痕會(huì)恒久的存在于纖維表面，甚至影響到纖維內(nèi)部，而使纖維產(chǎn)生孔洞，因此留在纖維表面的裂痕使纖維的表面不平滑，光澤性降低，對(duì)紡絲機(jī)件的磨耗也較大。本發(fā)明進(jìn)行多方面研究，尋求多方面的條件組合，以改善纖維表面的平滑性與光澤性，結(jié)果成功地在使用有機(jī)紡絲溶劑如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺二甲基亞砜等溶劑下，組合數(shù)種條件而使纖維表面在凝絲過程中破裂狀況降至最低，成功地制造出具有光滑表面的亞克力合成纖維。
本發(fā)明的目的之一為提供一表面平滑的亞克力合成纖維制造方法。
本發(fā)明的目的之二為提供一光澤性佳的亞克力合成纖維制造方法。
本發(fā)明的另一目的為提供一對(duì)紡絲機(jī)件磨損性低的亞克力纖維制造方法。
以下將進(jìn)一步具體敘述本發(fā)明的各種實(shí)施條件依據(jù)本發(fā)明人等多方面探討及試驗(yàn)結(jié)果，使用有機(jī)紡絲溶劑如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜等;在濕式紡絲時(shí)要得到表面平滑、光澤性佳的亞克力纖維的制造條件為調(diào)制紡絲溶液，控制共聚合物濃度在重量百分比15%-30%之間，共聚合物內(nèi)需含有磺酸根22-75毫當(dāng)量，含聚丙烯腈在重量百分比86%以上，共聚合物分子量在50，000-100，000之間，紡絲溶液中除共聚合物及有機(jī)紡絲溶劑外，另含有水重量百分比0.5%-8%之間，紡絲溶液之粘度在45℃時(shí)測(cè)定為45泊-150泊之間，然后經(jīng)紡絲嘴連續(xù)將紡絲溶液壓送至有機(jī)紡絲溶劑與水調(diào)成的凝絲液中凝結(jié)成絲，凝絲液的條件為有機(jī)紡絲溶劑重量百分比40%-70%，水60%-30%調(diào)制而成，液溫控制在0℃-40℃之間，紡絲牽引比為0.1-1.0之牽引條件，凝結(jié)成絲再經(jīng)水洗，熱水延伸，油劑處理，干燥卷縮處理，其中總延伸至少4倍以上，而得到表面裂痕極少的具光滑表面且物性佳的亞克力合成纖維。
本發(fā)明為改善纖維表面裂痕，試驗(yàn)以多種條件組合而得到成功，因此再進(jìn)一步對(duì)各條件詳加說明如下本發(fā)明調(diào)制紡絲溶液控制共聚合物濃度在重量百分比15-30%，以18%-28%較佳，共聚合物濃度低于15%時(shí)纖維表面不但不平滑，且纖維內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生孔洞，共聚合物濃度高于30%紡絲溶液易膠化，紡絲性較差。
共聚合物中除需含有丙烯腈單元重量百分比86%以上，含量88%以上時(shí)更佳，另需含有磺酸根22-75毫當(dāng)量，此可以含有磺酸根的乙烯基不飽和單體參與共聚合而得，此類含磺酸根單體有乙烯磺酸鈉，丙烯磺酸鈉，甲基丙烯磺酸鈉，對(duì)苯乙烯磺酸鈉，2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸鈉，2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸等或類似此之不飽和單體，另外需有單烯性乙烯基不飽和單體4%-11.8%共聚合，以調(diào)整改善共聚合物的溶解性與紡絲性，此類不飽和單體，如醋酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、偏二氯乙烯、溴化乙烯、甲基丙烯酸甲酯以及含乙烯基的不飽和單體，其中以丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯較佳，丙烯腈單元重量在86%以下及磺酸根含量未達(dá)22毫當(dāng)量時(shí)無法使纖維光滑，甚至使纖維內(nèi)部產(chǎn)生孔洞，磺酸根含量超過75毫當(dāng)量時(shí)，纖維表面凝絲時(shí)，纖維外層太薄易破裂，雖光滑但影響染色速率，易生色花。
共聚合物的聚合方法不限，如溶液聚合，懸浮聚合，乳化聚合等均可，而以溶液聚合較佳，因溶液聚合后直接以減壓回收未反應(yīng)單體，再以高速攪拌機(jī)加入有機(jī)溶劑與水組成的溶液以調(diào)整共聚合物濃度與含水量就可供作紡絲溶液，不必如懸浮聚合，乳化聚合等當(dāng)單體共聚合后，需將共聚合物與水溶液分離、洗凈、烘干，再以溶劑溶解調(diào)整紡絲溶液，程序多且浪費(fèi)人力、能源。
共聚合物平均分子量在50，000-100，000之間，分子量在50，000以下時(shí)凝絲慢，外層薄，易破裂，分子量在100，000以上時(shí)，紡絲溶液粘度高，紡絲性不佳。
紡絲溶液使用的有機(jī)紡絲溶劑需能與水混合，有機(jī)紡絲溶劑可由二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中選用，其中以二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺較佳。
紡絲溶液中除了共聚合物與有機(jī)紡絲溶液外，另需含0.5%-8%的水，而以2%-7%較佳。水的含量影響到紡絲凝絲的最初時(shí)有機(jī)溶劑由纖維內(nèi)部纖維擴(kuò)散，及凝絲液內(nèi)水分向纖維內(nèi)擴(kuò)散的速度，而影響到纖維凝絲初期外層表皮的厚薄，含水量在0.5%以下時(shí)，纖維凝絲時(shí)外層太薄易破裂，甚至纖維內(nèi)會(huì)產(chǎn)生孔洞，含水量在8%以上時(shí)，則紡絲溶劑易膠化，致使紡絲性差。
紡絲溶液的粘度在45℃時(shí)測(cè)定為45泊-150泊，以50泊-140泊較佳。粘度在45泊以下時(shí)，凝絲時(shí)外層薄而易破;150泊以上時(shí)，紡絲溶液易膠化致使紡絲性不佳。凝絲液組成由有機(jī)紡絲溶劑重量百分比40%-70%，水重量百分比60%-30%調(diào)制而成，凝絲液使用的有機(jī)紡絲溶劑可由二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲基亞砜等選用，最好選用與紡絲溶液相同的溶劑，以免溶劑回收較困難。有機(jī)紡絲溶劑濃度40%以下時(shí)，纖維外層易有破裂痕，甚至纖維內(nèi)部造成孔洞;有機(jī)紡絲溶劑濃度70%以上時(shí)，纖維表面雖能保持較光滑;但會(huì)產(chǎn)生膠著，即多支纖維膠粘在一起。
凝絲液的液溫控制在0℃-40℃之間，超過40℃時(shí)，纖維表面有裂痕，且纖維內(nèi)部造成孔洞，低于0℃時(shí)，纖維雖能有光澤表面，但能源消耗多，不經(jīng)濟(jì)。
凝絲液中紡絲牽引比為0.1-1.0，以0.2-0.65較佳;紡絲牽引比大于1.0時(shí)，纖維凝絲時(shí)外層易拉破裂;紡絲牽引比小于0.1時(shí)，纖維表面雖能光滑，但易發(fā)生膠著，總延伸需達(dá)4倍以上，若延伸不足時(shí)，纖維強(qiáng)度會(huì)低下，物性不佳。
依上述各種條件控制組合，將紡絲溶液，經(jīng)紡絲嘴連續(xù)壓入凝絲液中，凝結(jié)成絲后，再經(jīng)水洗、熱延伸、油劑處理、干燥、卷縮處理即可得到具光滑表面的亞克力合成纖維。
以下再就數(shù)種實(shí)例說明之實(shí)例1取3，058g丙烯腈單體(以下以AN表示)、306g丙烯酸甲酯(以下以MA表示)、36g2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸鈉(以下以SAMPS表示)、6，600g二甲基甲酰胺(以下以DMF表示)、2.4g偶氮雙異丁酯混合均勻，于67℃以下共聚合物13小時(shí)得到共聚合物溶液，共聚合物濃度為19%，共聚合物溶液在真空蒸餾下回收未反應(yīng)揮發(fā)性單體后，再以高速攪拌混合器加入DMF及水混合液，調(diào)整為共聚合物濃度21%，水4%，DMF75%的紡絲原液，在45℃測(cè)定粘度為60泊，共聚合物分子量為58，000，含磺酸根70毫當(dāng)量。紡絲溶液以定量泵計(jì)量送經(jīng)直徑0.105mm、625孔之紡絲嘴，吐入60% DMF水溶液、液溫8℃之凝絲液中，控制牽引比為0.55，再經(jīng)水洗，熱水延伸4.85倍，油劑處理、干燥、卷縮處理，結(jié)果所得之亞克力纖維，以掃描式電子顯微鏡觀察，纖維表面光滑如圖(1)，纖維斷面無孔洞如圖(5)，纖維纖度8.04丹尼，強(qiáng)度3.0克/丹尼，伸度41%。
實(shí)例2取AN 3，375g、MA 296g及29g甲基丙烯磺酸鈉(以下以SMAS表示)、200g水、6，300gDMF、2.6g偶氮雙-2，4-二甲戊腈，混合均勻在55℃共聚合12小時(shí)，得到共聚合物濃度19.5%之共聚合物溶液，以真空蒸餾回收未反應(yīng)揮發(fā)性單體后，再以高速攪拌混合器加入DMF水溶液調(diào)整聚合物濃度為23%、水5%、DMF72%的紡絲原液，在45℃測(cè)定粘度為80泊，共聚合物分子量59，000，含磺酸根66毫當(dāng)量，紡絲溶液以定量泵計(jì)量送經(jīng)直徑0.105mm、625孔之紡絲嘴，吐入55% DMF水溶液、液溫15℃之凝絲液中，控制牽引比0.6，再經(jīng)水洗、熱延伸4.85倍，油劑處理、干燥卷縮處理，結(jié)果所得之亞克力纖維以掃描式電子顯微鏡觀察纖維表面光滑如圖(2)，纖維纖度7.9丹尼，強(qiáng)度3.4克/丹尼，伸度37%。
實(shí)例3取3，293gAN，329g醋酸乙烯酯(以下以VAC表示)，28g SAMPS，6，350gDMF，2.4g偶氮雙-2，4-二甲基戊腈，混合均勻在57℃共聚合12小時(shí)得共聚合物濃度18.5%之共聚合物溶液，以真空蒸餾回收未反應(yīng)的揮發(fā)性單體后，再以高速攪拌混合器加入DMF水溶液，調(diào)整聚合物濃度為24%，水4%，DMF 72%的紡絲溶液，在45℃測(cè)定粘度為76泊，共聚合物分子量54，500，含磺酸根56毫當(dāng)量，紡絲溶液以定量泵計(jì)量送經(jīng)直徑0.105mm、625孔之紡絲嘴，吐入62% DMF水溶液、液溫9℃之凝絲液中，控制牽引比為0.63，再經(jīng)水洗，熱水延伸4.85倍，油劑處理，干燥卷縮處理，結(jié)果所得之亞克力纖維以電子顯微鏡觀察，纖維表面光滑如圖(3)，纖維纖度8.05丹尼，強(qiáng)度2.9克/丹尼，伸度38%。
實(shí)例4取3，251gAN，324g MA，25g丙烯磺酸鈉(以下以SAS表示)，150g水，6，250gDMF，2.4g偶氮雙異丁腈，混合均勻于66℃下共聚合12.5小時(shí)，得共聚合物濃度為20.3%的共聚合物溶液，以真空蒸餾回收未反應(yīng)揮發(fā)性單體后，再以高速攪拌混合器加入DMF水溶液，調(diào)整聚合物濃度為22%，水5%，DMF 73%的紡絲溶液，在45℃測(cè)定粘度為75泊，共聚合物分子量為63，000，含磺酸根68毫當(dāng)量，紡絲溶液以定量泵計(jì)量送經(jīng)直徑0.105mm、625孔之紡絲嘴，吐入54% DMF水溶液中，液溫20℃，控制牽引比為0.45，再經(jīng)水洗，熱水延伸6.18倍，油劑處理，干燥、卷縮處理，結(jié)果所得之亞克力纖維以電子式顯微鏡觀察，纖維表面光滑如圖(4)，纖維纖度7.95丹尼，強(qiáng)度3.5克/丹尼，伸度43%。
比較例1同實(shí)例一，不同之處為以高速攪拌混合器調(diào)整共聚合物濃度為14%，紡絲結(jié)果以電子顯微鏡觀察，結(jié)果纖維表面有裂痕且纖維內(nèi)部有孔洞，如圖(6)。
比較例2同實(shí)例一，不同之處為將紡絲溶液內(nèi)水份降至0%(即不加水)，紡絲結(jié)果纖維表面有裂痕且纖維內(nèi)部有孔洞，如圖(7)。
比較例3同實(shí)例一，不同之處為將紡絲時(shí)凝絲液溫度改為45℃，紡絲結(jié)果纖維表面有裂痕，且纖維內(nèi)部有孔洞，如圖(8)。
比較例4同實(shí)例三，不同之處為將凝絲槽集取速度改變，使凝絲牽引比為1.1，紡絲結(jié)果纖維表面不平滑，如圖(9)。
比較例5取2，270gAN，1，520g偏二氯乙烯(以下以VCl2表示)，10g SMAS，3g偶氮雙-2，4-二甲基戊腈，混合均勻于55℃共聚合15小時(shí)，得共聚合物濃度21%之共聚合物溶液，以真空蒸餾回收未反應(yīng)揮發(fā)性單體后，再以高速攪拌混合器加入DMF水溶液，調(diào)整聚合物濃度為24%，水3%，DMF 73%的紡絲溶液，在45℃測(cè)定粘度為45泊，共聚合物分子量為43，000，含磺酸根20毫當(dāng)量，紡絲條件同實(shí)例三，紡絲結(jié)果纖維表面凹凸不平，如圖(10)。
權(quán)利要求
1.一種制造具光滑表面的亞克力合成纖維之方法，包括制備一種粘稠的紡絲溶液，此溶液由一種共聚合物與有機(jī)紡絲溶劑與水所組成，共聚合物濃度為重量百分比15%-30%，共聚合物包含的單體單元為丙烯腈重量百分比86%以上及含未飽和磺酸根單體與單烯性乙烯基單體共聚物合物，共聚合物含磺酸根22-75毫當(dāng)量，共聚合物平均分子量在50，000-100，000，紡絲溶液含水量為重量百分比0.5%-8%，紡絲溶液粘度在45℃測(cè)定為50泊-140泊，將所述紡絲溶液在溫度0°-40℃、含有機(jī)紡絲溶劑濃度40%-70%之間的凝絲液中進(jìn)行紡絲，并維持紡絲牽引比0.1-1.0之間，而總延伸倍數(shù)不得少于4.0倍的紡絲條件，其間并經(jīng)水洗、熱水延伸、油劑處理、干燥、卷縮處理，如此即可得到具光滑表面的亞克力合成纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之方法，其特征是該紡絲溶液所含共聚合物為含有下列重量百分比之單體單元，共聚合物中含88%-95.5%丙烯腈，4%-9.7%之單烯性乙烯基單體，0.3%-3%之未飽和磺酸根單體，共聚合物含磺酸根33-75毫當(dāng)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之方法，其特征是該未飽和磺酸根單體為由2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸鈉，2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸，丙烯磺酸鈉，甲基丙烯磺酸鈉……等之中選用，可單一或混合使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述之方法，其特征是該單烯性乙烯基單體為由醋酸乙烯酯，丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯等之中選用，可單一或混合使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1之方法，其特征是該共聚合物濃度為18%-28%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1之方法，其特征是該紡絲溶液的制備為將所需單體于有機(jī)紡絲溶劑中進(jìn)行溶液聚合，再以減壓蒸餾回收未反應(yīng)單體后，以高速攪拌機(jī)加入有機(jī)紡絲溶劑的水溶液，調(diào)整聚合物濃度與含水量而得。
7.根據(jù)權(quán)利要求1之方法，其特征是該紡絲溶液的粘度在45℃時(shí)為55泊-130泊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1之方法，其特征是該有機(jī)紡絲溶劑為由二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺之中選用，可單一或混合使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求1之方法，其特征是該紡絲牽引比為0.2-0.65。
全文摘要
制造具有光滑表面的亞克力合成纖維之方法，包括制備含15-30％共聚物與有機(jī)紡絲溶劑與水組成的紡絲溶液，共聚物包含的單體單元為丙烯腈86％以上及含未飽和磺酸根的單體與單烯性乙烯基單體，共聚物含磺酸根22-75毫當(dāng)量，平均分子量50,000-100,000，紡絲溶液含水0.5％-8％，45℃粘度為50-140泊，所述紡絲溶液在0°-40℃，含40％-70％有機(jī)紡絲溶劑的凝絲液中進(jìn)行紡絲，牽引比0.1-1.0，總延伸倍數(shù)不少于4倍，并經(jīng)水洗、熱水延伸、油劑處理、干燥、卷縮處理，得到具光滑表面的亞克力合成纖維。
文檔編號(hào)D01F6/40GK1056546SQ9010370
公開日1991年11月27日 申請(qǐng)日期1990年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月17日
發(fā)明者蕭文欽, 施凱耀 申請(qǐng)人:臺(tái)灣塑膠工業(yè)股份有限公司