一種高強粘膠纖維及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明是一種高強粘膠纖維及其制備方法和應用，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業應用，屬于粘膠短纖維及纖維素纖維生產技術領域的創 新。
【背景技術】
[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、環保型意識的不斷增強，以可再生性資源為原料生產的粘膠纖維越來越 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，又具有優 良的可加工性，其結構組成與棉相似，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 備的這些優異性能，近年來發展十分迅速，特別是普通品種的粘膠纖維規模正在急劇的膨 脹，這一現象造成了原材料供應緊張，市場惡性競爭激烈，與此同時，更限制了下游新型紡 織品的開發和產業升級。
[0003] 基于上述情況，為促進粘膠纖維行業的持續發展，生產差別化、功能化的粘膠纖維 已成為目前行業新標。專利文獻CN102296373A (-種超細高強高模粘膠纖維的生產方法， 2011. 12. 28)公開了一種結構均勻、纖維強度和模量高出常規品種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，現有技術均 是通過改變生產工藝的方式來實現的，其中，涉及有原材料、粘膠成型及其工藝參數的改變 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和產 業升級，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的粘膠 纖維及其制備工藝，工藝簡單，物料消耗低，而且生產的麻材粘膠纖維具有優良的白度、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，制成木質漿液 后經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 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、染色牢度均優于純棉產品，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 保型纖維素纖維。但由于莫代爾纖維紡織技術成本昂貴，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別于天然纖維原料和石油基纖維原料，性能又優于差 別化粘膠纖維的新型粘膠纖維，不僅能滿足人們對天然產品(如：莫代爾纖維）的要求，還能 適用于工業化的持續生產，為企業帶來較大的經濟效益，當然，這也是粘膠纖維行業能持續 發展的必然趨勢。
【發明內容】
[0009] 本發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粘膠纖維產品 和棉纖，是通過技術創新而實現的新型纖維品種，具有區別于普通粘膠纖維和莫代爾纖維 的指標體系，其產品本身具有次低伸的纖維特征，同時又表現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和產業升級，具有良好的社會效 益。
[0010] 本發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，生產過程中，仍保留 了二次反應顯微鏡截面積，且該界面的內外層面積比例明顯區別于莫代爾纖維和普通粘膠 纖維的二次反應痕跡，確保了該產品具有高強、次低伸的特點，同時還具有適當的吸水性以 及顯著的纖維親膚性。
[0011] 本發明的另一目的在于提供一種高強粘膠纖維的應用，主要運用于緊密賽絡紡領 域，生產高捻、高支紗產品，以產品強度高適用于高捻等領域需求為特征。
[0012] 本發明通過下述技術方案實現：一種高強粘膠纖維及其制備方法和應用，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， 濕狀態下產生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%， 結晶度40. 0~45. 0%，徑向水膨潤度22~26%。
[0013] 本發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 產品，具有高強、次低伸的產品特性，同時還具有高吸水特性，賦予了產品具有很強的親膚 性，遠優于莫代爾，略優于天然棉，是粘膠短纖維及纖維素纖維生產技術領域的重大創新。
[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彡12%。
[0015]本發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過濾、脫泡、熟成后制得紡絲液，再將獲得的紡絲液經紡絲牽 伸和后處理后制得高強粘膠纖維。
[0016]在產品的生產過程中，纖維內部成型結構留下了明顯的二次反應痕跡特征，仍保 留了二次反應顯微鏡截面積，將本發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，可以發現，其反應痕跡清晰可見，界面比例適中，確 保了該產品具有高強、次低伸的特點，同時還具有適當的吸水性，纖維親膚性具有顯著優 勢。
[0017] 上述二次反應顯微鏡界面是根據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，與傳統粘膠纖維制備堿纖維素數據比較，本發明制得的堿纖維素半纖 低，產品強度高，該堿液的處理方式是使用濾網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性 能，提高纖維素結合堿含量，達到6~8% (質量百分比）； 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，衆粥與濃度為140~200g/L的氫氧化鈉溶液混合后送入反應 器，使用純氧降聚后獲得聚合度為400~600的堿纖維素，反應器中純氧的加入量為2~ 10%，降聚反應時間控制在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，比傳統工藝可提高2~3%， 定向降聚比傳統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