一種消光型高強度粘膠纖維及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及粘膠纖維及制備和應(yīng)用，尤其涉及一種消光型高強度粘膠纖維及其制 備方法和應(yīng)用，屬于紡織纖維加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前紡織纖維原料主要分為以棉、麻等為代表的天然纖維原料，以滌綸、腈綸等為 代表的石油基纖維原料，以及以天然纖維素材料為原料再生而成的粘膠纖維等生物基纖維 原料。目前，隨著土地資源的稀缺及人力資源的緊張，棉花種植面積呈逐年下降趨勢，棉花 產(chǎn)品將不能滿足人們生活水平日益增長的需要；而隨著石油儲量的日漸減少和人們對紡織 品舒適性、功能性、環(huán)保型意識的不斷增強，以可再生性資源為原料生產(chǎn)的粘膠纖維越來越 多的受到重視。對于粘膠纖維而言，作為天然再生纖維，它既有天然纖維的品質(zhì)，又具有優(yōu) 良的可加工性，其結(jié)構(gòu)組成與棉相似，不僅具有吸濕性高、透氣性好、穿著舒適、易染色、耐 高溫性強等多種特性，同時，又具有棉花所沒有的懸垂性和柔軟性，當然，由于粘膠纖維具 備的這些優(yōu)異性能，近年來發(fā)展十分迅速，特別是普通品種的粘膠纖維規(guī)模正在急劇的膨 脹，這一現(xiàn)象造成了原材料供應(yīng)緊張，市場惡性競爭激烈，與此同時，更限制了下游新型紡 織品的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)升級。
[0003] 基于上述情況，為促進粘膠纖維行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，生產(chǎn)差別化、功能化的粘膠纖維 已成為目前行業(yè)新標。專利文獻CN102296373A(-種超細高強高模粘膠纖維的生產(chǎn)方法， 2011. 12. 28)公開了一種結(jié)構(gòu)均勻、纖維強度和模量高出常規(guī)品種50%以上的一種粘膠纖 維，制得的粘膠纖維的纖維強度為0. 44~0. 78dtex、干強彡3.lcN/dtex(厘牛/分特)、濕 強多 2.lcN/dtex、濕模量多 0? 5cN/dtex、白度多 82. 0%〇
[0004] 專利文獻CN1632189 (-種高白強力細旦粘膠短纖維及其生產(chǎn)工藝，2005. 06. 29) 公開了一種纖度細、強度高的粘膠短纖，由其加工的服裝面料較普通粘膠纖維而言具有強 度高、耐磨性強、手感細膩、抗褶皺性、耐多次變形等優(yōu)點，還可用于紡織高支紗織制品。
[0005] 專利文獻CN102251301A(-種超細旦高強粘膠纖維生產(chǎn)工藝，2011. 11. 23)公開了 一種纖度低、強度高的粘膠纖維的制備方法，可獲得纖度為1. 11分特和強度大于2. 9cN/ dtex的粘膠纖維。
[0006] 僅上述公開的專利文獻可以獲知，為制得差別化、功能化的粘膠纖維，現(xiàn)有技術(shù)均 是通過改變生產(chǎn)工藝的方式來實現(xiàn)的，其中，涉及有原材料、粘膠成型及其工藝參數(shù)的改變 等等，獲得的粘膠纖維較普通粘膠纖維均在纖度和強度上進行了適當優(yōu)化，但對于日益激 烈的市場競爭來說，差別化的粘膠纖維并沒有更大限度的滿足下游新型紡織品的開發(fā)和產(chǎn) 業(yè)升級，尤其是同樣以天然纖維素材料為原料再生而成的天絲、莫代爾、銅氨纖維等纖維原 料的發(fā)展，使得粘膠纖維的市場占有率日趨降低。如：專利文獻CN101130885 (麻材粘膠纖 維的制備方法及制備的麻材粘膠纖維，2008. 02. 27)公開了一種利用麻材植物生產(chǎn)的粘膠 纖維及其制備工藝，工藝簡單，物料消耗低，而且生產(chǎn)的麻材粘膠纖維具有優(yōu)良的白度、強 度和纖維伸長等性能，通過該工藝制備獲得的麻材粘膠纖維滿足干斷裂強度多1.820cN/ dtex，濕斷裂強度彡1. 12cN/dtex，干斷裂伸長率彡15. 4%，線密度偏差率±6. 00%，長度 偏差率±6.00%，超長纖維率彡1.0%，倍長纖維彡18.0mg/100g，疵點彡llmg/100g，殘硫 18.0mg/100g〇
[0007]以莫代爾纖維為例，我們知道，莫代爾纖維是以歐洲櫸木為原料，制成木質(zhì)漿液 后經(jīng)過專門的紡絲工藝制作而成的，與棉一樣同屬天然纖維原料，莫代爾纖維的整個生產(chǎn) 過程中沒有任何污染，它的干強接近于滌綸，濕強要比普通粘膠纖維提高了許多，不論是光 澤、柔軟性、吸濕性、染色性、染色牢度均優(yōu)于純棉產(chǎn)品，用它所做成的面料，不僅展示了一 種絲面光澤，更具有宜人的柔軟觸摸感覺和懸垂感以及極好的耐穿性能，是一種理想的環(huán) 保型纖維素纖維。但由于莫代爾纖維紡織技術(shù)成本昂貴，市面上流通的莫代爾基本上屬于 莫代爾和棉混紡，或者直接拿粘膠(人棉）纖維來冒充莫代爾。
[0008]為此，我們需要找到一種區(qū)別于天然纖維原料和石油基纖維原料，性能又優(yōu)于差 別化粘膠纖維的新型粘膠纖維，不僅能滿足人們對天然產(chǎn)品(如：莫代爾纖維）的要求，還能 適用于工業(yè)化的持續(xù)生產(chǎn)，為企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟效益，當然，這也是粘膠纖維行業(yè)能持續(xù) 發(fā)展的必然趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種消光型高強度粘膠纖維，該粘膠纖維有別于傳統(tǒng)粘膠 纖維產(chǎn)品和棉纖，是通過技術(shù)創(chuàng)新而實現(xiàn)的新型纖維品種，具有區(qū)別于普通粘膠纖維和莫 代爾纖維的指標體系，其產(chǎn)品不僅表現(xiàn)出了莫代爾纖維高強度、低伸長的纖維特征，還表現(xiàn) 出了較棉纖和莫代爾更好的親膚性，能有效地替代現(xiàn)有莫代爾纖維，且生產(chǎn)成本較莫代爾 低，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。
[0010] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種消光型高強度粘膠纖維，它是將聚合度 為650~1200的漿柏原料依次經(jīng)浸漬、研磨、壓榨粉碎、搓揉、降聚、黃化、溶解、過濾、脫泡、 熟成、紡絲牽伸和后處理后得到的，所述消光型高強度粘膠纖維滿足以下技術(shù)指標： 干斷裂強度彡3. 15cN/dtex; 濕斷裂強度多1. 70cN/dtex; 濕狀態(tài)下產(chǎn)生5%伸長率所需的強度多0. 55cN/dtex， 干斷裂伸長率15. 0~19. 0% ; 濕斷裂伸長率16. 0~21. 0% ; 結(jié)晶度40. 0~45. 0% ; 徑向水膨潤度22~26% ; 消光劑含量〇. 8~5%。
[0011] 所述的漿柏原料包括棉漿、竹漿、木漿、麻漿中的一種或者兩種以上的組合，在實 際應(yīng)用時，棉漿、竹漿、木漿、麻漿可按任意比例進行混合，原料來源廣，且對甲纖含量要求 不高，可有效降低原料成本。
[0012] 進一步優(yōu)選，所述的粘膠纖維還滿足以下技術(shù)指標： 白度彡85%; 線密度偏差率彡±2.0%; 殘硫< 7. 0mg/100g; 長度偏差率彡±3. 0% ; 超長纖維率< 0. 5% ; 倍長纖維< 1. 0mg/100g; 疵點彡 1. 0mg/100g。
[0013] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種光型高強度粘膠纖維的制備方法，該制備方法以 漿柏作為生產(chǎn)原料，將原料浸漬于堿液中，經(jīng)研磨、壓榨粉碎、搓揉、定向降聚，除去堿液后 獲得堿纖維素，將該堿纖維素黃化、溶解后制得纖維素磺酸酯溶液，纖維素磺酸酯溶液再經(jīng) 過濾、脫泡、熟成、紡絲牽伸和后處理后獲得所述的高強度粘膠纖維。生產(chǎn)過程中，仍保留了 二次反應(yīng)顯微鏡截面積，且該界面的內(nèi)外層面積比例明顯區(qū)別于莫代爾纖維和普通粘膠纖 維的二次反應(yīng)痕跡，確保了該產(chǎn)品具有高強、低伸的特點，同時還具有適當?shù)奈砸约帮@ 著的纖維親膚性。
[0014] 所述的消光型高強度粘膠纖維的制備方法具體步驟如下： A. 將漿柏原料浸漬于裝有堿液的浸漬桶中，由研磨機研磨后制成濃度為3~6%的漿 粥，在實際生產(chǎn)時，將漿柏原料首先放在喂機柏上，設(shè)定一定的投料速度(如40kg/min)后， 再加入至浸漬桶中，研磨的目的是通過機械作用對纖維進行開松和分散，從而提高纖維素 的堿化速度及堿化率； B. 將步驟A制得的漿粥送至壓榨機，經(jīng)壓榨后送至粉碎機進行粉碎，獲得堿纖維素，將 該堿纖維素送至揉搓機，處理后獲得濃度為30~40%的漿粥，在該步驟中，壓榨機能除去多 余的堿液，多余的堿液能夠回收利用，處理方式是使用濾網(wǎng)60~120目、真空度-0.4~-0.IMPa的過濾機去除堿液中多余的半纖維素后回收堿纖維童，揉搓機使用雙螺桿設(shè)備，可 使纖維分絲、帚化，達到破壞纖維素纖維細胞壁的作用，去除纖維素中的小分子，從而提高 纖維素反應(yīng)性能，提高纖維素結(jié)合堿含量，達到6~8% (質(zhì)量百分比）； C. 將步驟B制得的漿粥與堿液混合后送至反應(yīng)器，在反應(yīng)器中加入純氧，降聚后獲得 聚合度為400~600、甲纖純度為98. 0~98. 5%的堿纖維素，在該步驟中，加入純氧的目的 是氧化降聚，經(jīng)降聚后，堿纖維素聚合度由650~1200降為400~600。
[0015] D.將步驟C制得的堿纖維素送至黃化機，在黃化機中加入二硫化碳，經(jīng)黃化反應(yīng) 后，將黃化反應(yīng)得到的纖維素磺酸酯與溶劑溶解，制得濃度為9. 0~10. 0%的纖維素磺酸酯 溶液； E.將步驟D制得的纖維素磺酸酯溶液經(jīng)過濾、脫泡、熟成后，加入消光劑得到紡絲原 液，再將獲得的紡絲原液經(jīng)紡絲牽伸和后處理后制得粘膠纖維。
[0016] 在所述的步驟A中，所述的堿液為濃度110~240g/L的氫氧化鈉溶液，浸漬堿液 的溫度為30~60°C，浸漬時間為50~90min。在實際使用時，堿液濃度過高，所得纖維素 磺酸脂溶解度會降低，粘膠過濾困難；堿液濃度過低，漿柏原料膨化度過高，壓榨困難；溫 度過高，纖維素降聚快，加速副反應(yīng)，影響粘膠過濾；溫度過低，漿柏膨化度高，壓榨困難。
[0017] 為更好的實現(xiàn)本發(fā)明，在所述的步驟A中，所述的研磨機設(shè)于連接浸漬桶與壓榨 機的管道內(nèi)。
[0018] 為達到更好的堿化率，在所述的步驟A中，所述漿粥的溫度為30~60°C，所述研磨 機的研磨時間為10~40s。
[0019] 在粘膠纖維的制備領(lǐng)域，漿粥通過壓榨機壓榨后的物質(zhì)可分為兩部分，一部分是 夾雜著纖維和雜質(zhì)的多余堿液，另一部分是壓出了多余水分的固態(tài)和液態(tài)的混合物，即堿 纖維素，在所述的步驟B中，所述壓榨機的壓榨溫度為57~63°C、壓榨倍數(shù)為2. 2~2. 8。
[0020] 壓榨是將漿柏經(jīng)浸漬后把多余的堿液、半纖維素、雜質(zhì)壓出，提高堿纖維素純度， 壓榨的程度用壓榨倍數(shù)即用漿柏壓榨后的質(zhì)量和浸漬前干漿和質(zhì)量之比值表示；經(jīng)壓榨 后的堿纖維素十分緊密、板硬、表面積變小，不利于后期的加工，粉碎的目的是使堿纖維素 成為細小、松散的肩狀，增大了表面積，有利于后期工序加工的均勻性，粉碎程度的表示方 式之一堿纖維素的定積重量，本發(fā)明中簡稱為粉碎度，是指堿纖維素粉碎后，單位體積的重 量，一般以g/L表示，堿纖維素粉碎效果越好，則定積重量越小，其表面積越大。
[0021] 在所述的步驟B中，漿粥經(jīng)壓榨后被送至粉碎機進行粉碎，所述粉碎機的粉碎度 為120~180g/L，通過合理的壓榨倍數(shù)和粉碎度的調(diào)整，能夠提高后期加工工序中堿纖維 素的性能均勻性，防止局部收到強擠壓，從而阻礙了氧氣進入，降低降聚步驟的速度；粉碎 后獲得的堿纖維素的甲纖含量為29~31%、堿含量為15~17%，堿液中半纖含量控制在 l〇g/L以內(nèi)。
[0022] 進一步的，在所述的步驟C中，所述的堿液為濃度140~200g/l的氫氧化鈉溶液， 純氧的加入量為反應(yīng)器容積的2~10%，降聚反應(yīng)時間控制在30~60min。
[0023] 在所述的步驟D中，二硫化碳的加入量為步驟B制得的堿纖維素中甲纖含量的 25~37%，在實際應(yīng)用時，二硫化碳加入量過少，黃化反應(yīng)不完全，過濾困難；二硫化碳加 入量過高，黃化反應(yīng)過度，副產(chǎn)物較多。
[0024] 進一步的，在所述的步驟D中，所述的黃化反應(yīng)時間控制在45~50min，黃化反應(yīng) 溫度為20~30 °C。
[0025] 進一步的，在所述的步驟D中，所述的溶解是將纖維素磺酸酯與溶劑進行混合、攪 拌和研磨，所述的溶劑包括濃度為25~45g/L氫氧化鈉溶液和濃度為5~10g/L的亞硫 酸鈉水溶液。
[0026]在所述的步驟D中，所述的溶解溫度為10~20°C，溶解時間為30~50min。
[0027] 在所述的步驟D中，所述的消光劑為鈦白粉。
[0028] 為進一步的提高粘膠纖維的產(chǎn)品特性，本發(fā)明還對紡絲牽伸工藝進行了改進，包 括低酸高鹽緩和酸浴工藝和高拉伸紡塑工藝等，具體表現(xiàn)在，所述的紡絲牽伸步驟如下： F:將纖維素磺酸酯溶液經(jīng)過濾、脫泡、熟成后送至紡絲機，由紡絲機的噴頭擠出紡絲細 流經(jīng)一浴后形成絲束，