一種高強粘膠纖維及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種高強粘膠纖維及其制備方法和應(yīng)用，具體涉及高強粘膠短纖維品種 及其制備方法的工藝控制和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，屬于粘膠短纖維及纖維素纖維生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng) 新。
【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CN100359050C (-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. 9 cN/ 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1.820 cN/ dtex，濕斷裂強度彡1. 12 cN/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高強粘膠纖維，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)品本身具有次低伸的纖維特征，同時又表現(xiàn)出了莫代爾纖維高強的纖維 特征，具有較棉纖更強的親膚性，能有效地替代現(xiàn)有的差別化粘膠纖維，在提高粘膠纖維下 游工序加工性能的同時，還能促進下游新型紡織品的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)升級，具有良好的社會效 益。
[0010] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種高強粘膠纖維的制備方法，本制備方法以漿柏原 料作為生產(chǎn)原料，通過粘膠制備、紡絲工藝和后處理后制得粘膠纖維，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、次低伸的特點，同時還具有適當?shù)奈砸?及顯著的纖維親膚性。
[0011] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種高強粘膠纖維的應(yīng)用，主要運用于緊密賽絡(luò)紡領(lǐng) 域，生產(chǎn)高捻、高支紗產(chǎn)品，以產(chǎn)品強度高適用于高捻等領(lǐng)域需求為特征。
[0012] 本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種高強粘膠纖維及其制備方法和應(yīng)用，所述的 粘膠纖維滿足： 干斷裂強度彡3. 15 cN/dtex，濕斷裂強度彡1. 70cN/dtex， 濕狀態(tài)下產(chǎn)生5%伸長率所需的強度多0. 60cN/dtex， 干斷裂伸長率15. 0~19. 0%，濕斷裂伸長率18. 0~21. 0%， 結(jié)晶度40. 0~45. 0%，徑向水膨潤度22~26%。
[0013] 本發(fā)明涉及的粘膠纖維的纖度在0. 80~1. 50D之間，屬于高強次低伸型粘膠纖維 產(chǎn)品，具有高強、次低伸的產(chǎn)品特性，同時還具有高吸水特性，賦予了產(chǎn)品具有很強的親膚 性，遠優(yōu)于莫代爾，略優(yōu)于天然棉，是粘膠短纖維及纖維素纖維生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域的重大創(chuàng)新。
[0014]進一步的，所述的高強粘膠纖維還滿足： 線密度偏差率彡±2. 0%，白度彡83%， 殘硫彡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，干斷裂強力異變系數(shù)彡12%。
[0015]本發(fā)明還提出了一種高強粘膠纖維的制備方法， A :將漿柏原料用堿液浸漬，再經(jīng)研磨、壓榨、粉碎、揉搓后制成漿粥； B :將漿粥與堿液混合后送入反應(yīng)器，降聚后獲得堿纖維素； C :使用溶劑溶解堿纖維素與二硫化碳反應(yīng)得到的纖維素磺酸酯，獲得纖維素磺酸酯溶 液； D :將纖維素磺酸酯溶液經(jīng)過濾、脫泡、熟成后制得紡絲液，再將獲得的紡絲液經(jīng)紡絲牽 伸和后處理后制得高強粘膠纖維。
[0016]在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，纖維內(nèi)部成型結(jié)構(gòu)留下了明顯的二次反應(yīng)痕跡特征，仍保 留了二次反應(yīng)顯微鏡截面積，將本發(fā)明涉及的粘膠纖維染色后做纖維切片，在與普通粘膠 纖維和莫代爾纖維的染色切片對比時，可以發(fā)現(xiàn)，其反應(yīng)痕跡清晰可見，界面比例適中，確 保了該產(chǎn)品具有高強、次低伸的特點，同時還具有適當?shù)奈?，纖維親膚性具有顯著優(yōu) 勢。
[0017] 上述二次反應(yīng)顯微鏡界面是根據(jù)纖維橫截面對染料吸色能力不同而成的，即纖維 的皮層、芯層。皮層對染料吸色少，染色偏淺；芯層對染料吸色能力大，顏色偏深。皮層具 有較高的取向度，皮層多，斷裂強度高，而芯層多，水膨潤度高，從本發(fā)明涉及的粘膠纖維而 言，其纖維皮層更多，從而能有效的提高纖維強度。
[0018]在所述的步驟A中，聚合度為650~1200的漿柏原料用濃度110~240g/L的氫 氧化鈉溶液浸漬50~90min，再經(jīng)研磨、壓榨、粉碎、揉搓后制成漿粥，漿粥的濃度為30~ 40% 〇
[0019]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及以上的組合，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。
[0020] 所述的研磨時間為10~40s，壓榨溫度為57~63°C、壓榨倍數(shù)為2. 2~2. 8,粉碎 度為 120 ~180g/L。
[0021] 步驟A具體可概括如下： 1) 聚合度為650~1200的漿柏原料首先放在喂機柏上，設(shè)定一定的投料速度后，如 40kg/min，再加入至裝有堿液(濃度110~240g/L的氫氧化鈉溶液)的浸漬桶中，浸漬50~ 90min，由研磨機研磨10~40s后制成濃度為3~6%的漿粥，研磨的目的是通過機械作用 對纖維進行進行開松和分散，從而提高纖維素的堿化速度及堿化率； 2) 3~6%的漿粥被送至壓榨機，經(jīng)壓榨后送至粉碎機進行粉碎，獲得甲纖含量為29~ 31%、堿含量為15~17%的堿纖維素，在該步驟中，壓榨機能除去多余的堿液，壓榨機的壓榨 溫度為57~63°C、壓榨倍數(shù)為2. 2~2. 8,粉碎機的粉碎度為120~180g/L，堿液中半纖含 量控制在l〇g/L內(nèi)，與傳統(tǒng)粘膠纖維制備堿纖維素數(shù)據(jù)比較，本發(fā)明制得的堿纖維素半纖 低，產(chǎn)品強度高，該堿液的處理方式是使用濾網(wǎng)60~120目、真空度-0.4~-0.1 MPa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）； 3)將該堿纖維素送至揉搓機，處理后獲得濃度為30~40%的漿粥。
[0022] 在所述的步驟B中，衆(zhòng)粥與濃度為140~200g/L的氫氧化鈉溶液混合后送入反應(yīng) 器，使用純氧降聚后獲得聚合度為400~600的堿纖維素，反應(yīng)器中純氧的加入量為2~ 10%，降聚反應(yīng)時間控制在30~60min。
[0023] 在步驟B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,甲纖純度為98. 0~98. 5%，甲纖純度較高，比傳統(tǒng)工藝可提高2~3%， 定向降聚比傳統(tǒng)老成降聚減少甲纖損失3~5%，分子降聚更加均勻、充分。
[0024] 在所述的步驟C中，所述的溶劑包括濃度為25~45 g/L氫氧化鈉溶液和濃度為 5~10 g/L的亞硫酸鈉水溶液；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%，獲得的纖維素磺酸酯溶液的濃度為9. 0~10. 0%。
[0025] 步驟C具體可概括如下： 1) 步驟B制得的堿纖維素被送至黃