專利名稱：原位聚合制備聚丙烯腈竹炭復合纖維的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及功能性纖維的制備技術領域，具體涉及一種原位聚合制備聚丙烯腈竹 炭復合纖維的方法。
背景技術：
隨著社會的發(fā)展和科學技術的進步，人們對纖維的需求提出了更高的要求。進入 21世紀以來，化學纖維產量急速增加，市場競爭加劇，常規(guī)化學纖維的生產經濟效益不斷下 降。國際著名化纖制造商大力注重功能性纖維的研究與開發(fā)，通過利用化學改性、物理改性 和分子設計等手段，強化化學纖維某些性能，提高其附加值，制成了具有特定性能、或功能 的化學纖維，即“差別化纖維”。原有化學纖維的染色、光熱穩(wěn)定、抗靜電、導電、防污、阻燃、 抗起球、蓬松、吸濕、手感等性能都有較大改進。隨著高新技術的發(fā)展和世界范圍內人們物質文化生活水平的提高，資源過度消 耗，結果導致資源和能源日趨緊張、環(huán)境污染嚴重、生態(tài)日益惡化。人們由此而掀起了一場 綠色革命，對綠色制造、綠色消費等越來越重視。許多國家投入了大量的人力、物力和財力 開發(fā)新的纖維產品，尋找新的高分子材料，各種高功能性纖維的研發(fā)都有了突破性的進展。 科技含量高的功能性纖維已成為引導市場和提高企業(yè)生存能力的重要因素，抗紫外、抗電 磁波和抗菌等高功能性纖維的應用大大增多。我國的竹資源非常豐富，對竹的利用歷史悠久。竹子取材方便，易于加工，應用 廣泛。竹炭是以老竹為原料，經炭化而成，其炭質致密，比重大，孔隙發(fā)達，碳含量達93% 96%，還含有豐富的礦物質元素。在日本、韓國等國把竹炭美譽為“黑寶貝”、“黑鉆石”。竹炭 因具有良好的吸附和抗菌等性能，被廣泛應用工農業(yè)生產，家居生活，室內及公共環(huán)境的空 氣凈化、殺菌、水處理等，取得了良好的經濟和社會效益。把竹炭加工成微細粉，可以用于制備竹炭纖維。國外對竹炭纖維的研究主要集 中在日本，我國臺灣省一些紡織化纖企業(yè)也有竹炭纖維及紡織品生產。目前見于報道的 大都集中在熔融紡絲竹炭聚酯纖維(滌綸)，或竹炭聚丙烯纖維，或竹炭錦綸纖維，如中國專 利 200510015840.6,200610040491.8,200710190800. 4,200710023698. 9,200810062457. X、 200910184330. X公開了竹炭錦綸或竹炭滌綸纖維的制備方法，這些纖維在生產時竹炭在高 聚物基體中的分散均勻性即使加入大量分散劑也難以解決，紡絲斷頭多，連續(xù)穩(wěn)定性差，纖 維色度差異大，使用范圍也有一定的局限性。中國專利200310110113. 9,200510102775. 0, 200610037895. 1,200710013948. 0,200810033788. 0等還公開了采用濕法紡絲法生產竹炭 粘膠纖維的方法，纖維生產時竹炭在纖維素中的分散比較均勻，但是由于粘膠纖維的強度 較低且干濕強度相差較大，纖維的伸長率低，定型穩(wěn)定性差、耐用性大打折扣，這樣使面料 的應用也受到很大的局限。聚丙烯腈纖維俗稱“人造羊毛”，纖維蓬松性好、耐日光性好，大 量用于毛毯床上用品、窗簾和室外帳篷基布等。因此，開發(fā)新型竹炭聚丙烯腈纖維具有現(xiàn)實意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種竹炭聚丙烯腈纖維的高聚物原液紡絲法，通過原位聚 合解決竹炭在高聚物基體中的分散不均勻性問題，提供一種原料易得，并且能利用常規(guī)聚 丙烯腈纖維工業(yè)紡絲方法，采用濕法或干法紡絲制備新型竹炭聚丙烯腈復合纖維的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下
本發(fā)明的通過原位聚合制備聚丙烯腈竹炭復合纖維的方法，該方法包括如下步驟
(1)將聚合單體、引發(fā)劑、溶劑和竹炭改性納米微粉，分別加入聚合反應釜，反應連續(xù)聚 合或間歇聚合，反應結束后得到用于紡絲的聚丙烯腈聚合物和竹炭改性納米微粉混合紡絲 原液；
(2)將步驟1得到的紡絲原液，經保溫過濾，原液經噴絲頭組件濕法紡絲或干法紡絲， 濕法紡絲后進入采用聚合用溶劑和水混合組成的凝固浴，原液凝固成形得到初生絲纖維，
(3)將步驟2得到的初生絲纖維經水洗、牽伸、干燥、上油、定型后卷繞絡筒，得到竹炭 聚丙烯腈復合纖維長絲，長絲按要求切斷得到棉型、或毛型短纖維。所述步驟(1)中反應單體有三種，丙烯腈、丙烯酸甲酯與衣康酸氨三者之間的質量 配比例為90 95 :4 9 :1，所有三種單體總和與竹炭納米改性微粉的質量比為74 98 2 26，以二甲基甲酰胺或二甲基亞砜為溶劑，所有反應三種單體與竹炭納米改性微粉的 合計總量與溶劑的質量比為20 35 65 80，反應聚合釜分為三級，每個釜反應溫度分別 是 55 0C, 60 0C, 70 0C。所述步驟(2)中紡絲原液保溫在70 85 °C，凝固浴為溶劑二甲基甲酰胺或二甲 基亞砜與去離子水的混合物，溶劑與水的質量比為30 60 40 70，凝固浴溫度為30 50 °C，噴絲頭牽伸比為負牽伸或小于10%的正牽伸。所述步驟(3)中水洗包含三段水洗，水洗溫度分別為40 0C,80 0C,98 °C，牽伸包含 三段牽伸，分別是熱水牽伸、沸水牽伸和蒸汽牽伸，其中熱水牽伸溫度為40 80 °C，三段牽 伸中熱水牽伸、沸水牽伸和蒸汽牽伸的牽伸比控制為1. 2 4. 0 :2. 5 4. 0 :1. 1 2. 0，三 段總的牽伸比控制在6. 0 18，紡絲卷繞速度為20 220米/分鐘。所述的竹炭改性納米微粉是指竹炭經過光催化劑二氧化鈦改性，改性后竹炭納米 改性微粉粒徑在20納米到不大于1微米。本發(fā)明的有益效果是原位聚合能使竹炭納米改性微粉均勻分散在高聚物基體 中，改善纖維制備的連續(xù)穩(wěn)定性，纖維加工性能優(yōu)良，提高竹炭纖維的物理力學性能；采用 光催化劑二氧化鈦改性的竹炭，能充分利用竹炭的吸附、抗菌等優(yōu)異功能特性，纖維還具有 自清潔功能；制備的新型竹炭聚丙烯腈復合纖維蓬松性好，耐日光性好，可以是短纖維、連 續(xù)長絲纖維，擴大了竹炭纖維的應用范圍；竹炭聚丙烯腈復合纖維的制備可以采用一些常 規(guī)的工藝設備，如普通聚丙烯腈纖維的聚合、紡絲、牽伸加工成型設備，降低了制造成本，更 適合于大批量工業(yè)化生產。
具體實施例方式實施例1
(1)計量稱取丙烯腈234. 4 Kg，丙烯酸甲酯17. 8 Kg，衣康酸氨2. 6 Kg，加入溶劑二甲 基甲酰胺740.0 Kg，竹炭納米改性微粉5. 2 Kg，引發(fā)劑偶氮二異丁腈2.1 Kg，在55 70 0C的溫度條件下反應，得到紡絲原液；
(2)將步驟(1)中的紡絲溶液保溫70°C、過濾，以負20%的噴絲頭牽伸比濕法紡絲，進 入二甲基甲酰胺與去離子水質量比例35/65，凝固浴溫度為30 °C，制備得到具有一定力學 性能的竹炭聚丙烯腈復合纖維初生絲；
(3)將步驟(2)中的竹炭聚丙烯腈復合纖維初生絲經50°C水洗、1.2倍牽伸，70 °C水 洗、1. 1倍牽伸，98 0C水洗、沸水牽伸8倍，蒸汽牽伸1. 6倍，上油、干燥，卷繞絡筒，卷繞速 度為88米/分鐘，得到的纖維拉伸強度按照標準GB/T 16602-2008測試為3. 66士0. 41 CN/ dtex0實施例2
(1)計量稱取丙烯腈234.4 Kg，丙烯酸甲酯17. 8 Kg，衣康酸氨2. 6 Kg，加入溶劑二甲 基亞砜740.0 Kg，竹炭納米改性微粉5. 2 Kg，引發(fā)劑偶氮二異丁腈2.1 Kg，在55 70 °C的 溫度條件下反應，得到紡絲原液；
(2)將步驟(1)中的紡絲溶液保溫70°C、過濾，以負20%的噴絲頭牽伸比濕法紡絲，進 入二甲基亞砜與去離子水質量比例35/65，凝固浴溫度為30 °C，制備得到具有一定力學性 能的竹炭聚丙烯腈復合纖維初生絲；
(3)將步驟(2)中的竹炭聚丙烯腈復合纖維初生絲經50°C水洗、1.2倍牽伸，70 °C水 洗、1. 1倍牽伸，98 0C水洗、沸水牽伸8倍，蒸汽牽伸1. 6倍，上油、干燥，卷繞絡筒，卷繞速 度為88米/分鐘，得到的纖維拉伸強度按照標準GB/T 16602-2008測試為4. 42士0. 43 CN/ dtex0實施例3
(1)計量稱取丙烯腈270.5 Kg，丙烯酸甲酯20. 6 Kg，衣康酸氨2. 9 Kg，加入溶劑二甲 基甲酰胺700.0 Kg，竹炭納米改性微粉6.0 Kg，引發(fā)劑偶氮二異丁腈2. 3 Kg，在55 70 0C 的溫度條件下反應，得到紡絲原液；
(2)將步驟(1)中的紡絲溶液保溫70°C、過濾，以負10%的噴絲頭牽伸比濕法紡絲，進 入二甲基甲酰胺與去離子水質量比例35/65，凝固浴溫度為40 °C，制備得到具有一定力學 性能的竹炭聚丙烯腈復合纖維初生絲；
(3)將步驟(2)中的竹炭聚丙烯腈復合纖維初生絲經50°C水洗、1.2倍牽伸，70 °C水 洗、1. 2倍牽伸，98 0C水洗、沸水牽伸6倍，蒸汽牽伸1. 9倍，上油、干燥，卷繞絡筒，卷繞速度 為128米/分鐘，得到的纖維拉伸強度按照標準GB/T 16602-2008測試為4. 16士0. 32 CN/ dtex0實施例4
(1)計量稱取丙烯腈220.0Kg，丙烯酸甲酯16. 7 Kg，衣康酸氨2. 5 Kg，加入溶劑二甲 基亞砜740.0 Kg，竹炭納米改性微粉13.0 Kg，引發(fā)劑偶氮二異丁腈2.1 Kg，在55 70 °C的 溫度條件下反應，得到紡絲原液；
(2)將步驟(1)中的紡絲溶液保溫70°C、過濾，以負20%的噴絲頭牽伸比濕法紡絲，進 入二甲基亞砜與去離子水質量比例35/65，凝固浴溫度為30 °C，制備得到具有一定力學性 能的竹炭聚丙烯腈復合纖維初生絲；
(3)將步驟(2)中的竹炭聚丙烯腈復合纖維初生絲經50°C水洗、1.2倍牽伸，70 °C水 洗、1. 1倍牽伸，98 0C水洗、沸水牽伸8倍，蒸汽牽伸1. 6倍，上油、干燥，卷繞絡筒，卷繞速度為88米/分鐘，得到的纖維拉伸強度按照標準GB/T 16602-2008測試為3. 89士0. 41 CN/ dtex0 實施例5
(1)計量稱取丙烯腈279.6 Kg，丙烯酸甲酯21. 3 Kg，衣康酸氨3.1 Kg，加入溶劑二甲 基甲酰胺680.0 Kg，竹炭納米改性微粉16.0 Kg，引發(fā)劑偶氮二異丁腈，在55 70 °C的溫度 條件下反應，得到紡絲原液；
(2)將步驟(1)中的紡絲溶液保溫75°C、過濾，采用干法紡絲，干法紡絲不經凝固浴成 形，而是在高溫氮氣下甬道內成形，制備得到具有較高力學性能的竹炭聚丙烯腈復合纖維 初生絲；
(3)將步驟(2)中的竹炭聚丙烯腈復合纖維初生絲經50°C水洗、1. 1倍牽伸，70 °(水 洗、1. 1倍牽伸，98 °C水洗、沸水牽伸4倍，蒸汽牽伸1. 1倍，上油、干燥，卷繞絡筒，卷繞速度 為218米/分鐘，得到的纖維拉伸強度按照標準GB/T 16602-2008測試為4. 73士0. 56 CN/ dtex0
權利要求
1. 一種原位聚合制備聚丙烯腈竹炭復合纖維的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)將聚合單體、引發(fā)劑、溶劑和竹炭改性納米微粉，分別加入聚合反應釜，反應連續(xù)聚 合或間歇聚合，反應結束后得到用于紡絲的聚丙烯腈聚合物和竹炭改性納米微粉混合紡絲 原液；(2)將步驟(1)得到的紡絲原液，經保溫過濾，原液經噴絲頭組件濕法紡絲或干法紡絲， 濕法紡絲后進入采用聚合用溶劑和水混合組成的凝固浴，原液凝固成形得到初生絲纖維；(3)將步驟(2)得到的初生絲纖維經水洗、牽伸、干燥、上油、定型后卷繞絡筒，得到竹炭 聚丙烯腈復合纖維長絲，長絲按要求切斷得到棉型、或毛型短纖維。
2.根據權利要求1所述的原位聚合制備聚丙烯腈竹炭復合纖維的方法，其特征在于 所述步驟(1)中反應單體有三種，丙烯腈、丙烯酸甲酯與衣康酸氨三者之間的質量配比例為 90 95 :4 9 :1，所有三種單體總和與竹炭納米改性微粉的質量比為74 98 :2 26，以 二甲基甲酰胺或二甲基亞砜為溶劑，所有反應三種單體與竹炭納米改性微粉的合計總量與 溶劑的質量比為20 35 65 80，反應聚合釜分為三級，每個釜反應溫度分別是55 oC,60 oC，70 0C。
3.根據權利要求1或2所述的原位聚合制備聚丙烯腈竹炭復合纖維的方法，其特征在 于所述步驟(2)中紡絲原液保溫在70 85 °C，凝固浴為溶劑二甲基甲酰胺或二甲基亞砜 與去離子水的混合物，溶劑與水的質量比為30 60 40 70，凝固浴溫度為30 50。c,噴 絲頭牽伸比為負牽伸或小于10%的正牽伸。
4.根據權利要求3所述的原位聚合制備聚丙烯腈竹炭復合纖維的方法，其特征在于 所述步驟(3)中水洗包含三段水洗，水洗溫度分別為40 °C，80 °C，98 °C，牽伸包含三段牽 伸，分別是熱水牽伸、沸水牽伸和蒸汽牽伸，其中熱水牽伸溫度為40 80 °G，三段牽伸中熱 水牽伸、沸水牽伸和蒸汽牽伸的牽伸比控制為1. 2 4. 0 :2. 5 4. 0 :1. 1 2. 0，三段總的 牽伸比控制在6. 0 18，紡絲卷繞速度為20 220米/分鐘。
5.根據權利要求1所述的原位聚合制備聚丙烯腈竹炭復合纖維的方法，其特征在于 所述的竹炭改性納米微粉是指竹炭經過光催化劑二氧化鈦改性，改性后竹炭納米改性微粉 粒徑在20納米到不大于1微米。
全文摘要
原位聚合制備聚丙烯腈竹炭復合纖維的方法，該方法包括如下步驟(1)將聚合單體、引發(fā)劑、溶劑和竹炭改性納米微粉，分別加入聚合反應釜，反應連續(xù)聚合或間歇聚合，反應結束后得到用于紡絲的聚丙烯腈聚合物和竹炭改性納米微粉混合紡絲原液；(2)將步驟(1)得到的紡絲原液，經保溫過濾，原液經噴絲頭組件濕法紡絲或干法紡絲，濕法紡絲后進入采用聚合用溶劑和水混合組成的凝固浴，原液凝固成形得到初生絲纖維，(3)將步驟(2)得到的初生絲纖維經水洗、牽伸、干燥、上油、定型后卷繞絡筒，得到竹炭聚丙烯腈復合纖維長絲，長絲按要求切斷得到棉型、或毛型短纖維。原位聚合能使竹炭納米改性微粉均勻分散在高聚物基體中，改善纖維制備的連續(xù)穩(wěn)定性，制備的新型竹炭聚丙烯腈復合纖維蓬松性好，耐日光性好，擴大了竹炭纖維的應用范圍。
文檔編號C08K9/02GK102002772SQ201010574129
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權日2010年12月6日
發(fā)明者張旺璽, 張瑞文, 焦明立, 王艷芝 申請人:中原工學院