CN101089258A

CN101089258A - 制备高强力的纤维素和二氧化硅复合纤维的方法及制备的复合纤维

Info

Publication number: CN101089258A
Application number: CN 200710014651
Authority: CN
Inventors: 王乐军; 刘海洋; ***; 马君志; 卢海蛟
Original assignee: Shandong Helon Co Ltd
Current assignee: CHTC Helon Co Ltd
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2007-12-19

Abstract

本发明公开了一种制备高强力的纤维素和二氧化硅复合纤维的方法及制备的复合纤维，采用纤维素制备纤维素黄原酸酯，然后采用纤维素黄原酸酯、二氧化硅、氢氧化钠和水混合均匀制得共混粘胶，其内组分重量百分含量为α－纤维素5.0％～8.2％，二氧化硅18％～60％(对α－纤维素)，氢氧化钠9.0％～11.0％，余量为水，并经溶解制成共混纺丝原液后经湿法纺丝制得重量比为100∶15～60的纤维素和二氧化硅。该方法工艺简单，二氧化硅流失量低，制得的复合纤维内纤维素和二氧化硅混合均匀，有永久性阻燃防火功能，纤维的物理机械性能优良，纤维强伸度高，并且燃烧时不产生有毒气体。

Description

制备高强力的纤维素和二氧化硅复合纤维的方法及制备的复合纤维

技术领域

本发明涉及一种复合纤维的制备方法，特别是涉及一种采用纤维素与二氧化硅制备高强力复合纤维的方法，以及采用该方法制备的复合纤维。

背景技术：

纤维素纤维目前在人们的社会生活中应用的非常广泛，是棉花的一种很好的替代品，并且由于纤维素的资源无限，所以充分利用这一丰富的资源来发展纤维素工业是人们一种迫切的需要。

随着人们对纤维素应用的逐步推广，人们生产改性、功能化的纤维素纤维以经成为目前人们对纤维素开发和应用的主要方向，比如当前人们将硅酸盐应用于纤维素生产的阻燃纤维就是一种功能化的纤维素纤维，生产的阻燃纤维可以大大提高纤维素材料的耐热阻燃性能，弥补了纤维热塑性的不足。但是由于采用这种方法中的二氧化硅混入了其他高聚物成份，硅酸盐在纺丝凝固浴中发生分解、聚合成聚硅酸，而聚硅酸不耐碱洗，所以需要对其进行处理，以提高其耐碱性。并且硅酸的低聚体溶于凝固浴，并与凝固浴内成分反应造成制得的纤维内硅的分布不均匀，所以采用这种方法得到的最终成品纤维的物理机械性能差，纤维强伸度低，其应用仅局限欲某些特定领域，如非织造布等，难以进行纺纱织造等纺织工序的处理，大大限制了该纤维的应用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种制备高强力的纤维素和二氧化硅复合纤维的方法，采用简单、易操作，并使得制得的纤维内的二氧化硅分布均匀，这样不仅大大降低了二氧化硅的添加量，也减少对纤维素物理机械性能的影响，使制得的纤维具有较高的耐热性和阻燃性能。

本发明还提供了一种高强力的纤维素和二氧化硅复合纤维，该复合纤维内纤维素和二氧化硅混合均匀，纤维的物理机械性能优良，纤维强伸度高。

本发明的技术方案的制备高强力的纤维素和二氧化硅复合纤维的方法包括首先采用纤维素来制备纤维素黄原酸酯，即可采用常规纤维生产中的制备方法，采用纤维素浆粕，如要浆粕、棉浆粕或麻浆粕等纤维素浆粕，可以采用一种，也可以采用多种混合后使用，经碱渍、压榨、粉碎、黄化等步骤来制备纤维素黄原酸酯，这对于本领域内的技术人员来说，是熟知的技术。然后采用纤维素黄原酸酯、二氧化硅、氢氧化钠和水混合均匀来制得共混胶体溶液，其内组分重量百分含量为α-纤维素5.0％～8.2％，二氧化硅18％～60％(对α-纤维素)，氢氧化钠9.0％～11.0％，余量为水，其中二氧化硅为以硅酸盐的形式加入混合，如可以采用硅酸钠或硅酸钾；将共混粘胶溶解，在溶解过程中加入变性剂V315(为BEROL NOBEL NOBEL_INDUSTRIES SWTDEN生产的用于改进型高强度粘胶丝和高湿模量纤维变性剂，粘胶中可溶，在粘胶中为非离子型，而在酸浴中为阳离子型，可与非离子型和阳离子型的粘胶和纺丝添加剂相溶。其使用在改进型高强度和高湿模量纤维中，使用量约为相对纤维素1～4％，可以添加在黄酸酯的溶解过程中和脱泡后的粘胶中)或V318(为BEROL NOBEL_NOBEL INDUSTRIESSWTDEN生产的一种改进加工性能的添加助剂，其使用情况同V315)，以提高制成纤维的性能，添加量为1.5％～2.5％(α-纤维素)。并且可以经过熟成、过滤、脱泡等步骤制得共混纺丝原液，控制纺丝原液的酯化度为55～85，之后将制得的共混纺丝原液经湿法纺丝后二氧化硅和纤维素黄酸酯凝固再生为二氧化硅和纤维素组成的复合纤维，再经欠伸、精练、烘干等工序制成的成品复合纤维。

为了提高制成复合纤维性能，同时又方便生产中的使用，采用的纤维素类浆粕的聚合度可以是500～1200，浆粕中α-纤维素含量≥95％，而二氧化硅的聚合度则为300～800。

在生产中，纺丝时的纺丝浴可以由由60～90g/lH₂SO₄，10～60g/lZnSO₄，120～190g/lNa₂SO₄组成，并且浴温度可以采用为35～45℃。

而欠伸工序可以采用包括喷头欠伸→盘间欠伸→三浴欠伸→四浴欠伸等步骤，其中喷头欠伸0～60％，盘间欠伸28～160％，三浴欠伸5～45％，四浴欠伸3～12％。而在将纤维进行精炼可以采用氢氧化钙或亚硫酸盐来脱硫。

经过上述方法制得的复合纤维的主要成分由纤维素和二氧化硅组成，其重量比为100∶15～60，当然，也可能由于在制备过程因为各种原因在制成的纤维内含有少量的其它成分，如副反应生成的硅酸盐类物质等，但这对本纤维的性能程度的影响较低。该复合纤维的各项性能指标可为干强度为2.4～3.5cN/dtex，湿强度为1.4～2.5cN/dtex，干伸度为12％～26％，湿态弹性模量0.32～0.45cN/dtex，极限氧指数LOI为27～34％。

在本发明中，所全用的各种设备和各种用料均为当前纤维素纤维正常生产中所用的，并可从市场购得。

采用本发明生产纤维素和二氧化硅的复合纤维，工艺简单，易操作，尤其是制得的复合纤维内的二氧化硅分布均匀，制备过程中二氧化硅流失量低，不仅大大降低了二氧化硅的添加量，也减少对纤维素物理机械性能的影响。而制得的的复合纤维内纤维素和二氧化硅混合均匀，具有较高的耐热性和阻燃性能，纤维的物理机械性能优良，纤维强伸度高，并且具有永久性阻燃防火功能，燃烧时不产生有毒气体。

具体实施方式

实施例一

采用由聚合度811，α-纤维素含量97.3％的棉浆粕、木浆粕混用，经碱渍、压榨、粉碎、黄化等步骤制得纤维素黄原酸酯，然后采用纤维素黄原酸酯、二氧化硅(以硅酸钠的形式)、氢氧化钠和水混合制备共混粘胶，其组分含量(重量百分比)分别为：α-纤维素8.0％，二氧化硅18％(对α-纤维素)，氢氧化钠10.5％，余量为水，混合均匀并经溶解，在溶解过程中加入变性剂V315，添加量为2.5％(对α-纤维素)，并经过熟成、过滤、脱泡等步骤制得酯化度为75的共混纺丝原液，将上述纺丝原液进入由90g/lH₂SO₄，60g/lZnSO₄，180g/lNa₂SO₄组成，温度为35℃的凝固浴中，二氧化硅和纤维素黄酸酯凝固再生为二氧化硅和纤维素，制得复合纤维，将复合纤维进入经喷头欠伸→盘间欠伸→三浴欠伸→四浴欠伸，并且控制喷头欠伸38％，盘间欠伸105％，三浴欠伸32％，四浴欠伸7％。之后采用Ca(OH)₂精练脱硫，再经过烘干后制得到由二氧化硅和纤维素组成的高强力复合纤维。该复合纤维中纤维素和二氧化硅组成的重量比为100∶15，该复合纤维的干强度为3.4cN/dtex，湿强度为2.0cN/dtex，干伸度为13％，湿态弹性模量0.42cN/dtex，极限氧指数LOI为29％。具有永久性阻燃防火功能，燃烧时不产生有毒气体，耐洗涤、染整处理，与阻燃涤纶、阻燃腈纶等混纺加工性能良好。

实施例二

采用由聚合度550，α-纤维素含量97.5％的棉浆粕，经碱渍、压榨、粉碎、黄化等步骤制得纤维素黄原酸酯，然后采用由纤维素黄原酸酯、二氧化硅、氢氧化钠和水经共混制成胶体溶液，其组分含量(重量百分比)分别为：α-纤维素5.0％，二氧化硅(以硅酸钾的形式)60％(对α-纤维素)，氢氧化钠10.5％，余量为水，混合均匀并经溶解，在溶解过程中加入变性剂V318，添加量为1.5％(对α-纤维素)，并经过熟成、过滤、脱泡等步骤制得酯化度为68的共混纺丝原液，将上述纺丝原液，进入由90g/lH₂SO₄，35g/lZnSO₄，190g/lNa₂SO₄组成，温度为45℃的凝固浴中，二氧化硅和纤维素黄酸酯凝固再生为二氧化硅和纤维素，制得复合纤维，将复合纤维进入经喷头欠伸→盘间欠伸→三浴欠伸→四浴欠伸，并且控制喷头欠伸11％，盘间欠伸95％，三浴欠伸22％，四浴欠伸5％。之后采用亚硫酸钠精练脱硫，再经过烘干后制得到由二氧化硅和纤维素组成的高强力复合纤维。该复合纤维中纤维素和二氧化硅组成的重量比为100∶58，该复合纤维的干强度为2.4cN/dtex，湿强度为1.4cN/dtex，干伸度为26％，湿态弹性模量0.32cN/dtex，极限氧指数LOI为34％。具有永久性阻燃防火功能，燃烧时不产生有毒气体，耐洗涤、染整处理。

实施例三

采用由聚合度911，α-纤维素含量98.5％的木浆粕，经碱渍、压榨、粉碎、黄化等步骤制得纤维素黄原酸酯，然后采用由纤维素黄原酸酯、二氧化硅、氢氧化钠和水经共混制成胶体溶液，其组分含量(重量百分比)分别为：α-纤维素7.0％，二氧化硅40％(对α-纤维素)，氢氧化钠10.8％，余量为水，混合均匀并经溶解，在溶解过程中加入变性剂V315，添加量为2.0％(对α-纤维素)，并经过熟成、过滤、脱泡等步骤制得酯化度为65的共混纺丝原液，将上述纺丝原液，进入由60g/lH₂SO₄，25g/lZnSO₄，130g/lNa₂SO₄组成，温度为35℃的凝固浴中，二氧化硅和纤维素黄酸酯凝固再生为二氧化硅和纤维素，制得复合纤维，将复合纤维进入经喷头欠伸→盘间欠伸→三浴欠伸→四浴欠伸，并且控制喷头欠伸8％，盘间欠伸110％，三浴欠伸15％，四浴欠伸11％。之后采用亚硫酸钠精练脱硫，再经过烘干后制得到由二氧化硅和纤维素组成的高强力复合纤维。该复合纤维中纤维素和二氧化硅组成的重量比为100∶38，该复合纤维的干强度为3.1cN/dtex，湿强度为1.9cN/dtex，干伸度为16％，湿态弹性模量0.40cN/dtex，极限氧指数LOI为31％。

Claims

1、制备高强力的纤维素和二氧化硅复合纤维的方法，其特征在于先采用纤维素制备纤维素黄原酸酯，然后采用纤维素黄原酸酯、二氧化硅、氢氧化钠和水混合均匀制得共混粘胶，其内组分重量百分含量为α-纤维素5.0％～8.2％，二氧化硅18％～60％(对α-纤维素)，氢氧化钠9.0％～11.0％，余量为水，将共混粘胶溶解，在溶解过程中加入变性剂，制得共混纺丝原液，将共混纺丝原液经纺丝浴湿法纺丝后，二氧化硅和纤维素黄酸酯凝固再生为二氧化硅和纤维素组成的复合纤维，再经欠伸、精练、烘干等工序制成的成品复合纤维。

2、如权利要求1所述的制备高强力的纤维素和二氧化硅复合纤维的方法，其特征在于：所述的二氧化硅为以硅酸盐的形式加入混合。

3、如权利要求1所述的制备高强力的纤维素和二氧化硅复合纤维的方法，其特征在于：纺丝浴由60～90g/lH₂SO₄，10～60g/lZnSO₄，120～190g/lNa₂SO₄组成，浴温度为35～45℃。

4、如权利要求1所述的制备高强力的纤维素和二氧化硅复合纤维的方法，其特征在于：所述欠伸包括喷头欠伸→盘间欠伸→三浴欠伸→四浴欠伸，其喷头欠伸0～60％，盘间欠伸28～160％，三浴欠伸5～45％，四浴欠伸3～12％。

5、如权利要求1所述的制备高强力的纤维素和二氧化硅复合纤维的方法，其特征在于：精炼采用氢氧化钙或亚硫酸盐脱硫。

6、如权利要求1至5中任一项所述的制备高强力的纤维素和二氧化硅复合纤维的方法，其特征在于：溶解时添加变性剂V315或V318，添加量为1.5％～2.5％(对α-纤维素)。

7、采用如权利要求1所述的制备高强力的纤维素和二氧化硅复合纤维的方法制造的复合纤维，其特征在于：所述复合纤维的主要成分由纤维素和二氧化硅组成，其重量比为100∶15～60，该复合纤维的干强度为2.4～3.5cN/dtex，湿强度为1.4～2.5cN/dtex，干伸度为12％～26％，湿态弹性模量0.32～0.45cN/dtex，极限氧指数LOI为27～34％。