一種天然有機晶須分散液的制備方法及利用該方法制備的分散液的應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及紡織技術領域，尤其涉及一種天然有機晶須分散液的制備方法及利用該方法制備的分散液的應用。
技術背景
[0002]纖維素類纖維主要是粘膠纖維，由于吸濕性好，穿著舒適，可紡性優良，應用廣泛，常與棉、毛或各種合成纖維混紡、交織、用于各類服裝及裝飾用紡織品。但普通纖維素纖維也存在一些嚴重的缺點，主要是濕態時被水溶脹，強度明顯下降，織物洗滌搓揉時易于變形(濕模量低)，尺寸穩定性差，在小負荷下容易變形，耐磨性較差，影響織物的服用性能。
[0003]晶須具有優良的力學性質，機械強度高，耐高溫性能好，具有較大的長徑比，無疲勞效應，平滑性和化學穩定性優良，晶須改性的復合材料具有纖維增強能力、優異的耐磨損及滑動性能。同時有些晶須還具有特殊的物理性能，使得晶須復合材料成為復合材料研究的重要領域。
[0004]天然有機晶須材料是以天然纖維素、動物毛發或甲殼素為原料，經微晶化過程得到具有微米或納米尺度且性能優異的極限聚合度固體產物。微米或納米尺度的天然有機晶須不但具有普通天然晶須材料的基本結構和性能，還具備微米或納米顆粒的特性，如巨大的比表面積、較高的楊氏模量、超強的吸附能力和靈敏的反應活性，性質與普通纖維素存在較大差異。微米或納米尺度的天然有機晶須具有更多的反應基團，化學反應活性大，可應用于親水性聚合物材料的增強。利用該天然晶須僅可以提高與聚合物基體的相容性，避免出現相分離的現象，而且提供結晶的晶核，提高纖維的結晶度，從而提高纖維的強度等，是一種優異的綠色增強材料。
[0005]中國專利ZL03141880.5公開了一種晶須材料改性處理紡絲化學纖維的制備方法，所用方法是在化學纖維紡程上添加氧化鋅晶須的方法進行，即在凝固浴槽、預熱浴槽。熱拉伸槽中，或在纖維干燥致密化之前任一位置添加，制成抗靜電、抗菌、防紫外線的化學纖維。該方法不能保證纖維中氧化鋅晶須材料的含量，不僅不能起到增強效果，而且功能性和持久性很差。
[0006]中國專利CN103240008A公開了一種晶須加強聚偏氟乙烯中空纖維膜及其制備工藝，該方法直接將晶須材料與聚偏氟乙烯溶于溶劑中制成鑄膜液后成膜，其中的晶須材料分散性差，容易團聚，影響增強效果。
[0007]中國專利授權公告號CN101525781B公開了一種角蛋白晶須改性的復合纖維及其制備方法，其特征在于所述的角蛋白晶須改性的復合纖維由高分子材料和分散在高分子材料中的從天然角蛋白纖維中提取的角蛋白晶須組成，該高分子材料為聚乙烯醇和聚丙烯腈，其成型條件與粘膠相差很大，且角蛋白晶須的制備過程較為復雜。
[0008]中國專利CN101775671A公開了一種高強度粘膠纖維及其生產方法，其特征在于該粘膠纖維是由細菌纖維素與粘膠紡絲溶液混合并制成。該方法操作過程繁瑣、需先將片狀細菌纖維素制成粉體，然后直接將該粉體加入到粘膠纖維紡絲液中，工藝耗時長，且細菌纖維素粉體顆粒與粘膠纖維紡絲液混合不均勻，且容易溶脹，造成紡絲困難。
[0009]中國專利CN103255488A公開了一種高強度粘膠纖維的制備方法，其特征在于用無機納米晶須或者有機納米晶須通過濕法紡絲制備高強度的粘膠纖維長絲或短纖。但該方法在制備過程中納米晶須材料易團聚，在粘膠原液中的分散性差，相容性差，影響后續紡絲效果和纖維性能。
[0010]鑒于該研究現狀，如何提高微米或納米尺度的天然有機晶須材料在纖維素纖維紡絲原液中的相容性、分散均勻性和穩定性，提高纖維素纖維的可紡性，制備出符合要求的高強力纖維素纖維，是纖維素纖維行業發展的重要方向。
【發明內容】
[0011]本發明要解決的問題是針對以上技術不足和研究現狀，提供一種天然有機晶須分散液的制備方法及利用該方法制備的分散液的應用，本發明以纖維素漿柏和天然有機晶須材料為原料，通過對微米或納米尺度的天然有機晶須材料進行改性處理，使其在纖維素纖維紡絲原液中能夠分散均勻并且可以穩定存在，然后通過濕法紡絲工藝制備晶須增強的纖維素纖維，該纖維具有強度高，濕模量大的特點。
[0012]為解決以上技術問題，本發明采用的技術方案如下:一種天然有機晶須分散液的制備方法，步驟如下:
a.將乙二醇或乙醇或乙二醇和乙醇配制成的混合液，按照與蒸餾水的體積比為1:1比例混合，制成分散介質；
b.向分散介質中添加分散劑和天然有機晶須材料，并通過高速攪拌或者超聲分散，制備微米或納米尺度的天然有機晶須分散液。
[0013]作為優選，分散劑包括質量分數為f 5%的表面活性劑和質量分數為f 5%的纖維素。
[0014]作為優選,纖維素為輕甲基纖維素或輕乙基纖維素。
[0015]作為優選，所述的表面活性劑包括陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑以及非離子表面活性劑。
[0016]作為優選，所述陽離子表面活性劑為:烷基三甲基溴化銨、烷基氯化吡啶，所述陰離子表面活性劑為:烷基磺酸鈉、烷基苯磺酸鈉，所述非離子表面活性劑為:烷基酚聚氧乙烯醚。
[0017]作為優選，天然有機晶須材料包括以天然纖維素、動物毛發或甲殼素為原料，經微晶化過程得到的具有微米或納米尺度且性能優異的極限聚合度固體產物，即微米或納米尺度的天然有機晶須材料。
[0018]作為優選，所述微米或納米尺度的天然有機晶須分散液中微米或納米尺度的天然有機晶須的質量分數為1(Γ40%。
[0019]一種天然有機晶須分散液的應用，其特征是:用于有機晶須增強纖維素纖維的制備，包括以下步驟:
(1)將纖維素漿柏經過浸潰、壓榨、粉碎、磺化和溶解，得到粘膠原液；
(2)將天然有機晶須材料分散體系添加到粘膠原液中調勻，得到紡絲原液； (3)將紡絲原液經過過濾、脫泡和紡絲，得到天然有機晶須增強纖維素纖維。
[0020]作為優選，步驟(2)中所述天然有機晶須材料與粘膠原液的質量比為6(Γ95:4(Γ5，所述步驟(3)中紡絲工藝包括凝固浴、牽伸、脫硫、漂白和上油工序。
[0021]有機晶須增強纖維素纖維的干斷裂強度為3.12^3.33cN/dteX、濕斷裂強度為1.72?1.95cN/dtex、濕模量為 0.41 ?0.61cN/dtex。
[0022]在生產過程中，可以根據生產的需要和對產品的要求，對粘膠原液制備工藝、紡絲工藝和后處理工藝進行適當的調整。
[0023]本發明采用上述技術方案的有益效果:該纖維不僅具有纖維素纖維的一系列優點，制備的微米或納米尺度的天然晶須主要以水分散體系的形式存在，可以提高與聚合物基體的相容性，避免出現相分離的現象，而且也提供結晶的晶核，提高纖維的結晶度，纖維的濕強度、模量較普通纖維素纖維有顯著提高，制備出以纖維素纖維干斷裂強度> 3.0cN/dtex,濕斷裂強度> 1.7cN/dtex,濕模量> 0.4cN/dtex,具有較好的機械性能,紡織加工性好。
[0024]本發明所述的制備方法，工藝簡單，操作控制方便，在現有纖維素纖維生產工藝及設備的基礎上就可完成，易于實現產業化生產，制得的復合纖維的強度和模量較普通纖維素纖維有較大提高，為再生纖維素類纖維的功能性開發提供新的思路和方法，具有較好的發展前景。
【具體實施方式】
[0025]實施例1:
一種天然有機晶須增強纖維素纖維的制備方法，包括以下步驟:
(1)以纖維素漿柏為原料，采用普通粘膠纖維生產制膠過程，將纖維素漿柏經過浸潰、壓榨、粉碎、磺化和溶解，得到粘膠原液；
(2)將改性的微米尺度的天然纖維素晶須分散體系與粘膠原液按照40:60的質量比混合調勻，得到紡絲原液；
其中天然纖維素晶須分散體系的制備方法:
a.將蒸餾水和乙二醇按照體積比為1:1比例混合，制成分散介質；
b.向分散介質中添加分散劑和天然有機晶須，分散劑包括質量分數為1%的陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨和質量分數為1%的羥甲基纖維素，并通過高速攪拌，制備微米尺度的天然纖維素晶須的質量分數為10%分散液；
(3)將紡絲原液經過過濾、脫泡和紡絲，其中紡絲包括凝固浴、牽伸、脫硫、漂白和上油，得到天然纖維素晶須增強纖維素纖維。
[0026]實施例1采用本發明所述的天然纖維素晶須增強纖維素纖維的制備方法制備的制得的纖維素纖維經過檢測，得到的檢測結果如下:
干斷裂強度:3.14cN/dtex ；
濕斷裂強度:1.72cN/dtex ；
濕模量:0.41cN/dtex。
[0027]實施例2:
一種天然有機晶須增強纖維素纖維的制備方法，包括以下步驟: (1)以纖維素漿柏為原料，采用普通粘膠纖維生產制膠過程，將纖維素漿柏經過浸潰、壓榨、粉碎、磺化和溶解，得到粘膠原液；
(2)將改性納米尺度的天然纖維素晶須材料分散體系與粘膠原液按照5:95的質量比混合調勻，得到紡絲原液；
其中天然纖維素晶須材料分散體系的制備方法:
a.將蒸餾水和乙醇按照體積比為1:1比例混合，制成分散介質；
b.向分散介質中添加分散劑和天然有機晶須，分散劑包括質量分數為4.7%非離子表面活性劑OP和質量分數為4.9%的羥甲基纖維素，并通過高速攪拌，制備納米尺度的天然纖維素晶須的質量分數為40%分散液；
(3)將紡絲原液經過過濾、脫泡和紡絲，其中紡絲包括凝固浴、牽伸、脫硫、漂白和上油，得到天然纖維素晶須增強纖維素纖維。
[0028]實施例2采用本發明所述的天然纖維素晶須增強纖維素纖維的制備方法制備的制得的纖維素纖維經過檢測，得到的檢測結果如下:
干斷裂強度:3.25cN/dte