CN107090607A - 一种pva/纤维素复合纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法，所述制备方法，包括所述纺丝原液制备步骤、纺丝成型步骤、湿热拉伸步骤、丝束处理步骤、丝束干燥步骤、干热拉伸步骤、热处理定型步骤、简单交联步骤。本发明省略PVA溶液预交联和进一步交联浴；制备出PVA/纤维素复合纤维，不仅可以使两种组分优势互补，而且可以实现两者在结构上的混纺，制备的PVA/纤维素复合纤维的干强≥2.12cN/dtex，湿强≥1.08cN/dtex；本发明制备的复合纤维耐水性高，纺织加工性好，吸湿率在7.6～12.0%。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚乙烯醇(PVA)/纤维素复合纤维的制备方法，具体地说，涉及一种以纤维素浆粕和聚乙烯醇(PVA)为原料进行双组份（PVA+纤维素）复合纤维的制备方法，属于纺织技术领域。
背景技术
在同一根纤维截面上存在两种或两种以上不相混合的聚合物纤维，这种纤维称复合纤维，它是20世纪60年代发展起来的物理改性纤维。利用复合纤维制造技术可以获得兼有两种聚合物特性的双组分纤维。
纤维素类纤维主要是粘胶纤维，由于吸湿性好，穿着舒适，可纺性优良，应用广泛，其主要通过湿法纺丝进行制备。维纶是聚乙烯醇缩醛纤维的商品名称，其性能接近棉花，有"合成棉花"之称，是现有合成纤维中吸湿性最大的品种。聚乙烯醇纤维(PVA纤维)是一种很有价值的功能性差别化纤维，其强度高、伸度低、模量大、耐酸碱、耐侯性和吸湿性好，耐腐蚀、不怕虫蛀，较长时间的日晒对其强度影响不大。
PVA/纤维素复合纤维，兼具粘胶纤维和PVA纤维的特点，为复合纤维的开发提供新的思路和方法，具有较好的发展前景。
专利CN102851774A公开了一种提高粘胶纤维强度的方法，该方法是以粘胶纤维为基体，聚乙烯醇为增强材料，以提高粘胶纤维的强度为目的，但该制备方法是完全按照粘胶法制备工艺，存在PVA成型不充分，纺丝速度慢（其纺丝速度为10-30m/min），后续交联时间长，生产效率低等问题，不利于产业化生产，且交联过程中用到甲醛，增加了对人体的危害和环境污染。
专利ZL201310085220.4公开了一种PVA复合高强度高模量纤维素纤维的制备方法，该方法是将预交联的PVA溶液与粘胶原液共混按照粘胶纤维制备工艺进行，增加了交联次数（共三次），生产工序繁多，生产效率低下。
现有技术中存在的技术问题：
（1）现有技术中为了增加PVA/纤维素复合纤维的强度和模量，一般采取多次交联处理，包括PVA溶液的预交联，纺丝共混液的二浴进一步交联成型，后处理中的继续交联浴等；
但PVA溶液预交联不容易控制交联程度，造成PVA的水溶性下降，而影响后续共混纺丝液的过滤性能；
进一步交联浴用到的乙醛等醛类物质具有较大的刺激性气味，造成生产环境恶化，污染环境，并且交联效果不明显。
（2）现有技术减少交联的次数，会大幅降低PVA/纤维素复合纤维的强度和模量，并且会降低复合纤维的耐水性。
发明内容
本发明要解决的问题是针对以上不足，提供一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法，工艺简单，以纤维素浆粕和聚乙烯醇为原料，通过调整成型浴组成，使两者同时成型得到复合纤维丝束。复合丝束经过湿热拉伸后进行丝束处理，然后经干热拉伸及热处理定型，简单交联后，再经过冷却、切断等工序，制得复合纤维素纤维。
本发明的发明目的为：
（1）提供一种新的PVA/纤维素复合纤维的制备方法，本专利技术是在粘胶纤维和维纶纤维的成型工艺基础上进行了创新，取得了较好的效果。
（2）针对现有技术，省略PVA溶液预交联和进一步交联浴，在交联次数减少的情况下，PVA/纤维素复合纤维的强度和湿模量并没有较大变化，并使耐水性得到提高，同时改善后续纺丝效果和工作环境，提高纺丝效率，并赋予纤维较好的性能。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法，包括所述纺丝原液制备步骤、纺丝成型步骤、湿热拉伸步骤、丝束处理步骤、丝束干燥步骤、干热拉伸步骤、热处理定型步骤、简单交联步骤。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述纺丝原液制备步骤：将平均聚合度为500～3000（优选地聚合度为1500～2500）的聚乙烯醇溶解制备质量分数为10%～20%（优选地质量分数为14%～18%）的聚乙烯醇（PVA）溶液；将制备的PVA溶液加入到通过粘胶法制备的粘胶原液中，得到纺丝原液；所述纺丝原液中PVA：粘胶原液中甲种纤维素的重量比为10～90:90～10；优选为10-40:60-90。
所述纺丝成型步骤：所述纺丝原液通过调整后的凝固浴进行纺丝，所述凝固浴由50～80g/L（优选60～70g/L）的硫酸，1.0～10.0g/L（优选2.0～7.0g/L）的硫酸锌，380～415g/L（优选400～410g/L）的硫酸钠组成，凝固浴浓度的落差为5.0～10.0g/L，凝固浴温度为42～48℃，喷丝头牵伸-15%～10%（优选-15%～0%），丝条在凝固浴中的停留时间为10～15s；纺丝速度为35-45m/s。
凝固浴浓度的落差是指成型浴中硫酸浓度的降低。
所述湿热拉伸步骤：所述湿热牵伸定型及牵伸比率包括：湿热拉伸浴液是由硫酸钠360～370g/L，硫酸5～10g/L组成，温度90～95℃，丝束在浴液中的处理时间为2.0～3.0s，对纤维丝束的湿热牵伸倍数为30%～80%；
所述丝束处理步骤：水洗处理，水温40～42℃；脱硫及碱中和处理，温度40～42℃，氢氧化钠或者亚硫酸钠的浓度：4.0～6.0g/L；油浴浓度：4.0～7.0g/L；漂白浓度：双氧水0.5～2.0 g/L。通过该工序的进行，实现了对复合纤维中纤维素组分的处理，防止了后续工序对纤维素组分的破坏，利于后续工序的进行；
所述丝束干燥步骤：采用热风作为热源，温度120～170℃，丝束进入下一步骤时水分含量在0.5～5.0%；
本发明是对纤维丝束进行脱硫浴、油浴、烘干处理，现有技术一般是对切断后纤维进行上述处理。
所述干热拉伸步骤：空气浴，温度200～210℃，时间70～90s，拉伸倍数50%～80%；
所述热处理定型步骤：空气浴，温度230～240℃，时间30～60s，热处理定型后快速冷却至40-50℃，使大分子固定，保持热处理效果；
所述简单交联步骤：所述交联浴由40～80g/L乙二醛或戊二醛的至少一种组成或者辐射交联，交联时间约为5～15min。简单交联后的纤维丝束经切断到所需长度和经过上油，油浴浓度：4.0～7.0g/L，得到最终产品。
本发明制备的PVA/纤维素复合纤维，规格为（1.33～3.33）dtex*（38～51）mm，干强为2.12～2.58cN/dtex，湿强为1.08～1.56cN/dtex，湿模量为0.31-0.51 cN/dtex，吸湿率为7.6～12.0%，耐水性提高10～20℃。
本发明省略了PVA溶液预交联和进一步交联浴，增加湿热拉伸步骤、干热拉伸步骤、热处理定型步骤、和简单交联步骤相结合，并且将丝束处理步骤代替对切断后纤维处理步骤，使得制备的PVA/纤维素复合纤维，在保证PVA/纤维素复合纤维的强度的同时，提高复合纤维的耐水性。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）本发明省略PVA溶液预交联和进一步交联浴；制备出PVA/纤维素复合纤维，不仅可以使两种组分优势互补，而且可以实现两者在结构上的混纺，制备的PVA/纤维素复合纤维的干强≥2.12cN/dtex，湿强≥1.08cN/dtex，湿模量≥0.31cN/dtex。
（2）本发明制备的复合纤维耐水性高，相对于现有专利技术，耐水性提高10～20℃，纺织加工性好，吸湿率在7.6～12.0%，本发明通过丝束干热拉伸、热处理定型等过程对PVA进行耐水性处理，然后进行PVA交联，进一步提高了复合纤维的耐水性。同时，制备的复合纤维，耐酸碱、耐侯性好，耐腐蚀、不怕虫蛀，较长时间的日晒对其强度影响不大。
（3）提供一种新的PVA/纤维素复合纤维的制备方法，本专利技术是在粘胶纤维和维纶纤维的成型工艺基础上进行了创新，取得了较好的效果。针对现有技术，省略PVA溶液预交联和进一步交联浴，在不使PVA/纤维素复合纤维强度的情况下，改善了后续纺丝效果和工作环境，提高了纺丝效率。
附图说明
图1，本发明PVA/纤维素复合纤维制备工艺流程图。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法
规格为1.33dtex*38mm的PVA/纤维素复合纤维的具体的制备流程如图1所示。
包括以下步骤：
（1）纺丝原液制备步骤：
将平均聚合度为500的聚乙烯醇溶解制备质量分数为20%的聚乙烯醇（PVA）溶液；将制备的PVA溶液加入到通过粘胶法制备的粘胶原液中，得到纺丝原液；纺丝原液中PVA：粘胶原液中甲种纤维素的重量比为10：90。
（2）纺丝成型步骤
纺丝原液通过调整后的凝固浴进行纺丝，凝固浴由80g/L的硫酸，10.0g/L的硫酸锌，380g/L的硫酸钠组成，凝固浴浓度的落差为10.0g/L，凝固浴温度为42℃，喷丝头牵伸20%，丝条在凝固浴中的停留时间为10s，纺丝速度为45m/s。
（3）湿热拉伸步骤
湿热拉伸浴液是由硫酸钠360g/L，硫酸10.0g/L组成，温度90℃，丝束在浴液中的处理时间为2.0s，湿热牵伸倍数为30%。
（4）丝束处理步骤
水洗处理，水温40℃；脱硫及碱中和处理，温度40℃，氢氧化钠浓度：6.0g/L；油浴浓度：4.0g/L；漂白浓度2.0g/L；通过该工序的进行，实现了对复合纤维中纤维素组分的处理，防止了后续工序对纤维素组分的破坏，利于后续工序的进行。
（5）丝束干燥步骤
采用热风作为热源，温度120℃，丝束进入下一步骤时水分含量在5.0%。
（6）干热拉伸步骤
空气浴，温度200℃，时间90s，拉伸倍数80%。
（7）热处理定型步骤
空气浴，温度230℃，时间50s，热处理定型后快速冷却至40℃，使大分子固定，保持热处理效果。
（8）简单交联步骤
所述交联浴由40g/L乙二醛组成，交联时间约为15min。
通过上述工艺制备的规格为1.33dtex*38mm的PVA/纤维素复合纤维的干强2.12cN/dtex，湿强1.08cN/dtex，湿模量0.31cN/dtex，耐水性提高10℃，纺织加工性好，吸湿率在12.0%，耐酸碱、耐侯性和吸湿性好，耐腐蚀、不怕虫蛀。
实施例2：一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法
规格为1.56dtex*38mm的PVA/纤维素复合纤维的具体的制备流程如图1所示。
包括以下步骤：
（1）纺丝原液制备步骤
将平均聚合度为1000的聚乙烯醇溶解制备质量分数为18%的聚乙烯醇（PVA）溶液；将制备的PVA溶液加入到通过粘胶法制备的粘胶原液中，得到纺丝原液；纺丝原液中PVA：粘胶原液中甲种纤维素的重量比为20:80。
（2）纺丝成型步骤
纺丝原液通过调整后的凝固浴进行纺丝，凝固浴由75 g/L的硫酸，7.6g/L的硫酸锌，392g/L的硫酸钠组成，凝固浴浓度的落差为8.8g/L，凝固浴温度为44℃，喷丝头牵伸12%，丝条在凝固浴中的停留时间为12s，纺丝速度为42m/s。
（3）湿热拉伸步骤
所述湿热牵伸定型及牵伸比率包括：湿热拉伸浴液是由硫酸钠362g/L，硫酸9.1g/L组成，温度91℃，丝束在浴液中的处理时间为2.2s，湿热牵伸倍数为39%。
（4）丝束处理步骤
水洗处理，水温41℃；脱硫及碱中和处理，温度41℃，亚硫酸钠浓度：5.2g/L；油浴浓度：4.6g/L；漂白浓度1.8g/L；通过该工序的进行，实现了对复合纤维中纤维素组分的处理，防止了后续工序对纤维素组分的破坏，利于后续工序的进行。
（5）丝束干燥步骤
采用热风作为热源，温度135℃，丝束进入下一步骤时水分含量在4.1%。
（6）干热拉伸步骤
空气浴，温度205℃，时间82s，拉伸倍数72%。
（7）热处理定型步骤
空气浴，温度233℃，时间45s，热处理定型后快速冷却至42℃，使大分子固定，保持热处理效果。
（8）简单交联步骤
所述交联浴由48g/L戊二醛组成，交联时间约为12min。
通过上述工艺制备的规格为1.56dtex*38mm的PVA/纤维素复合纤维的干强2.25cN/dtex，湿强1.25cN/dtex，湿模量0.35cN/dtex，耐水性提高13℃，纺织加工性好，吸湿率在11.2 %，耐酸碱、耐侯性和吸湿性好，耐腐蚀、不怕虫蛀。
实施例3：一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法
规格为1.67dtex*38mm的PVA/纤维素复合纤维的具体的制备流程如图1所示。
包括以下步骤：
（1）纺丝原液制备步骤
将平均聚合度为1700的聚乙烯醇溶解制备质量分数为15%的聚乙烯醇（PVA）溶液；将制备的PVA溶液加入到通过粘胶法制备的粘胶原液中，得到纺丝原液；纺丝原液中PVA：粘胶原液中甲种纤维素的重量比为25:75。
（2）纺丝成型步骤
纺丝原液通过调整后的凝固浴进行纺丝，凝固浴由68g/L的硫酸，6.5g/L的硫酸锌，398g/L的硫酸钠组成，凝固浴浓度的落差为7.6g/L，凝固浴温度为45 ℃，喷丝头牵伸5.6%，丝条在凝固浴中的停留时间为13s，纺丝速度为40m/s。
（3）湿热拉伸步骤
所述湿热牵伸定型及牵伸比率包括：湿热拉伸浴液是由硫酸钠365 g/L，硫酸8.3g/L组成，温度92℃，丝束在浴液中的处理时间为2.5s，湿热牵伸倍数为45%。
（4）丝束处理步骤
水洗处理，水温42℃；脱硫及碱中和处理，温度42℃，亚硫酸钠浓度：4.8g/L；油浴浓度：5.2g/L；漂白浓度1.5g/L；通过该工序的进行，实现了对复合纤维中纤维素组分的处理，防止了后续工序对纤维素组分的破坏，利于后续工序的进行。
（5）丝束干燥步骤
采用热风作为热源，温度152℃，丝束进入下一步骤时水分含量在3.5%。
（6）干热拉伸步骤
空气浴，温度206℃，时间77s，拉伸倍数65%。
（7）热处理定型步骤
空气浴，温度235℃，时间41s，热处理定型后快速冷却至44℃，使大分子固定，保持热处理效果。
（8）简单交联步骤
所述交联浴由55g/L乙二醛he 22g/L戊二醛组成，交联时间约为10min。
通过上述工艺制备的规格为1.67dtex*38mm的PVA/纤维素复合纤维的干强2.39cN/dtex，湿强1.41cN/dtex，湿模量0.41cN/dtex，耐水性提高15℃，纺织加工性好，吸湿率在10.5%，耐酸碱、耐侯性和吸湿性好，耐腐蚀、不怕虫蛀。
实施例4：一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法
规格为2.22 dtex*51mm的PVA/纤维素复合纤维的具体的制备流程如图1所示。
包括以下步骤：
（1）纺丝原液制备步骤
将平均聚合度为2500的聚乙烯醇溶解制备质量分数为12%的聚乙烯醇（PVA）溶液；将制备的PVA溶液加入到通过粘胶法制备的粘胶原液中，得到纺丝原液；纺丝原液中PVA：粘胶原液中甲种纤维素的重量比为32:68。
（2）纺丝成型步骤
纺丝原液通过调整后的凝固浴进行纺丝，凝固浴由57 g/L的硫酸，3.2g/L的硫酸锌，406g/L的硫酸钠组成，凝固浴浓度的落差为6.2g/L，凝固浴温度为46 ℃，喷丝头牵伸0 %，丝条在凝固浴中的停留时间为14s，纺丝速度为38m/s。
（3）湿热拉伸步骤
所述湿热牵伸定型及牵伸比率包括：湿热拉伸浴液是由硫酸钠368 g/L，硫酸6.8g/L组成，温度93℃，丝束在浴液中的处理时间为2.7s，湿热牵伸倍数为68%。
（4）丝束处理步骤
水洗处理，水温41℃；脱硫及碱中和处理，温度41℃，氢氧化钠浓度：4.4g/L；油浴浓度：6.3g/L；漂白浓度0.9g/L；通过该工序的进行，实现了对复合纤维中纤维素组分的处理，防止了后续工序对纤维素组分的破坏，利于后续工序的进行。
（5）丝束干燥步骤
采用热风作为热源，温度163℃，丝束进入下一步骤时水分含量在1.9%。
（6）干热拉伸步骤
空气浴，温度208℃，时间74s，拉伸倍数56%。
（7）热处理定型步骤
空气浴，温度237℃，时间35s，热处理定型后快速冷却至47℃，使大分子固定，保持热处理效果。
（8）简单交联步骤
辐射交联，交联时间约为8min。
通过上述工艺制备的规格为2.22dtex*38mm的PVA/纤维素复合纤维的干强2.43cN/dtex，湿强1.46cN/dtex，湿模量0.44cN/dtex，耐水性提高18℃，纺织加工性好，吸湿率在8.8%，耐酸碱、耐侯性和吸湿性好，耐腐蚀、不怕虫蛀。
实施例5：一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法
规格为3.33 dtex*51mm的PVA/纤维素复合纤维的具体的制备流程如图1所示。
包括以下步骤：
（1）纺丝原液制备步骤：
将平均聚合度为3000的聚乙烯醇溶解制备质量分数为10%的聚乙烯醇（PVA）溶液；将制备的PVA溶液加入到通过粘胶法制备的粘胶原液中，得到纺丝原液；纺丝原液中PVA：粘胶原液中甲种纤维素的重量比为40:60。
（2）纺丝成型步骤：
纺丝原液通过调整后的凝固浴进行纺丝，凝固浴由50g/L的硫酸，1.0g/L的硫酸锌，415g/L的硫酸钠组成，凝固浴浓度的落差为5.0g/L，凝固浴温度为48℃，喷丝头牵伸-15%，丝条在凝固浴中的停留时间为15s，纺丝速度为35m/s。
（3）湿热拉伸步骤
所述湿热牵伸定型及牵伸比率包括：湿热拉伸浴液是由硫酸钠370g/L，硫酸5.0g/L组成，温度95℃，丝束在浴液中的处理时间为3.0s，湿热牵伸倍数为80%。
（4）丝束处理步骤
水洗处理，水温40℃；脱硫及碱中和处理，温度42℃，亚硫酸钠浓度：4.0g/L；油浴浓度：7.0g/L；漂白浓度0.5g/L；通过该工序的进行，实现了对复合纤维中纤维素组分的处理，防止了后续工序对纤维素组分的破坏，利于后续工序的进行。
（5）丝束干燥步骤
采用热风作为热源，温度170℃，丝束进入下一步骤时水分含量在0.5%。
（6）干热拉伸步骤
空气浴，温度210℃，时间70s，拉伸倍数50%。
（7）热处理定型步骤
空气浴，温度240℃，时间30s，热处理定型后快速冷却至40℃，使大分子固定，保持热处理效果。
（8）简单交联步骤
所述交联浴由80g/L戊二醛组成，交联时间约为5min。
通过上述工艺制备的规格为3.33dtex*51mm的PVA/纤维素复合纤维的干强2.58cN/dtex，湿强1.56cN/dtex，湿模量0.51cN/dtex，耐水性提高20℃，纺织加工性好，吸湿率在7.6%，耐酸碱、耐侯性和吸湿性好，耐腐蚀、不怕虫蛀。
本发明中所述凝固浴浓度的落差是指成型浴中硫酸浓度的降低。
除非特殊说明，本发明所述的比例，均为质量比例，所述百分比，均为质量百分比。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法，其特征在于：所述制备方法，包括所述纺丝原液制备步骤、纺丝成型步骤、湿热拉伸步骤、丝束处理步骤、丝束干燥步骤、干热拉伸步骤、热处理定型步骤、简单交联步骤。
2.根据权利要求1所述的一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法，其特征在于：
所述湿热拉伸步骤，湿热拉伸浴液是由硫酸钠360～370g/L，硫酸5～10g/L组成，温度90～95℃，丝束在浴液中的处理时间为2.0～3.0s，湿热牵伸倍数为30%～80%。
3.根据权利要求1所述的一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法，其特征在于：
所述干热拉伸步骤：空气浴，温度200～210℃，时间70～90s，拉伸倍数50%～80%。
4.根据权利要求1所述的一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法，其特征在于：
所述热处理定型步骤：空气浴，温度230～240℃，时间30～60s，热处理定型后快速冷却至40-50℃。
5.根据权利要求1所述的一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法，其特征在于：
所述丝束处理步骤：水洗处理，水温40～42℃；然后脱硫及碱中和处理，温度40～42℃，氢氧化钠或者亚硫酸钠的浓度：4.0～6.0g/L；然后进行油浴处理，油浴浓度：4.0～7.0g/L；漂白浓度：双氧水0.5～2.0 g/L。
6.根据权利要求1所述的一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法，其特征在于：所述丝束干燥步骤：采用热风作为热源，温度120～170℃，干燥至丝束水分含量在0.5～5.0%。
7.根据权利要求1所述的一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法，其特征在于：
所述纺丝原液制备步骤：将平均聚合度为500～3000的聚乙烯醇溶解制备质量分数为10%～20%的聚乙烯醇溶液；将制备的聚乙烯醇溶液加入到通过粘胶法制备的粘胶原液中，制备纺丝原液；所述纺丝原液中PVA：粘胶原液中甲种纤维素的重量比为10～90:90～10。
8.根据权利要求1所述的一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法，其特征在于：
所述纺丝成型步骤：凝固浴由50～80g/L的硫酸，1.0～10.0g/L的硫酸锌，380～415g/L的硫酸钠组成，凝固浴浓度的落差为5.0～10.0g/L，凝固浴温度为42～48℃，喷丝头牵伸-15%～10%，丝条在凝固浴中的停留时间为10～15s。
9.根据权利要求1所述的一种PVA/纤维素复合纤维的制备方法，其特征在于：
所述简单交联步骤：交联浴由40～80g/L乙二醛或戊二醛的至少一种组成或者辐射交联，交联时间约为5～15min。
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