一种远红外腈纶纤维及其制备方法与流程

2021-01-21 10:01:36|

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本发明属于功能纤维
技术领域：
，具体地说，涉及一种远红外腈纶纤维及其制备方法。
背景技术：
：随着人们生活质量的提高，对功能纤维制品的需求急速提升，而其中远红外腈纶纤维是一种具有吸收和发射远红外电磁波功能的新型功能纤维。该类复合有纳米无机远红外保健成分的腈纶纤维能够发射与人体辐射吸收相应波长的高远红外电磁波，是良好的人体保健用远红外辐射材料，具有抗紫外线、杀菌消除异味等功能，可以有效地改善人体微循环，提高组织供氧，活化组织细胞、改善新陈代谢、防止老化，增强免疫系统等功效。远红外腈纶纤维还具有优异的耐蛀性和良好的蓬松感、舒适感，有类似于羊毛的手感，而且穿着的舒适性和透气性更符合人们的需求。因此在手套、垫子、毛衣、围巾、被子等纺织产品应用领域有强大的发展优势。目前远红外功能腈纶纤维的制备主要方式是在原液制胶和纺丝过程的溶液共混纺丝法，就是用具有远红外辐射功能的陶瓷微粒与常规聚合物共混熔融纺丝方法制备远红外纤维；也可以使用对成型织物的涂层后处理法，以上方式是通过将远红外纳米粉在纤维中混入和涂层实现远红外功能，因此生产的远红外腈纶纤维只是宏观上增加了远红外成份，纤维远红外功能的均一、稳定性存在缺陷，因而此方法制得的远红外腈纶纺织产品在使用过程中也会导致远红外功能出现某种程度削弱，从而降低远红外发射率,降低远红外的功效。比溶液共混纺丝法制造远红外腈纶纤维更先进和性能更稳定持久的方式是，通过原位聚合法对腈纶纤维生产使用的聚丙烯腈聚合物进行分子结构改变，从而实现后续通过湿法工艺生产的远红外腈纶纤维具有持续电磁波发射的功能的目的。日本在常温远红外技术的研究与开发处于国际领先水平，据日本专利介绍，远红外纺织品选用的陶瓷粉在常温下的比辐射率一般大于0.65，较好的大于0.75，最好的大于0.90。原位聚合反应可以通过添加纳米材料成份实现聚合物分子结构改性。由于原位聚合反应复杂，对添加的具有远红外功能陶瓷粉的粒径和分散剂选择技术要求高，否则会造成纺丝困难影响纤维质量，以及分散后出现团聚影响聚合反应的进程的情况。目前对腈纶纤维使用原位聚合反应的技术资料和报道较少，仅限于实验室研究还没有比较系统、成熟的研究资料和市场化生产的实例。有鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种远红外腈纶纤维及其制备方法，所述制备方法将远红外组分提前进行分散处理形成分子间具有若干空隙的远红外淤浆，使得后续加入的反应单体和反应试剂在所述远红外淤浆内形成氧化还原体系，完成后续的原位聚合反应，以保证产品具有长久的远红外发射性能和较好的力学稳定性。为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：本发明提供了一种远红外腈纶纤维，所述远红外腈纶纤维在4～14μm波长的比辐射率为0.82～0.89。上述方案中，所述远红外腈纶纤维在人体最佳红外吸收波长的范围内具有较高的比辐射率。由于采用原位聚合方式将远红外组分引入腈纶纤维，相比现有技术中将远红外组分直接添加在腈纶纺丝液中，或是在纤维表面进行涂覆的方案相比，本申请提供的腈纶纤维具有长久的远红外发射性能。本发明的进一步方案为：所述远红外腈纶纤维的断裂伸长率为40～48％，强度为2.3～2.9cn/dtex。上述方案中，作为基材的腈纶纤维的初始断裂伸长率为42.0～48.0％，强度为2.1～2.7dcn/dtex。而本发明通过原位聚合方式在腈纶纤维中引入了远红外组分，使得远红外组分在纤维中呈现均匀的分布，不仅没有影响纤维的基础力学性能，还在一定程度上对所述纤维产生了增强的效果。本发明还提供了一种如上所述远红外腈纶纤维的制备方法，所述制备方法包括：(1)将远红外组分和聚乙二醇混合并在超声条件下研磨分散成远红外淤浆；(2)将反应单体加入步骤(1)制得的远红外淤浆中，同时加入催化剂、促进剂、活化剂、酸剂和分散剂，使单体在远红外纳米分子结构层间发生原位聚合反应，制得远红外聚合物淤浆，所述淤浆再经脱单、过滤、干燥制得远红外聚合物；(3)将步骤(2)制得远红外聚合物溶于二甲基乙酰胺得到胶液，以所述胶液为原料进行湿法溶液纺丝制得远红外腈纶纤维。上述方案中，本发明为了解决远红外组分与腈纶纤维的相容性问题，将远红外组分在制备过程中进行提前分散处理，得到一种具有多空隙结构的远红外淤浆，使得后续的反应单体与反应试剂可进入淤浆的空隙中形成反应体系，使得丙烯腈单体发生原位聚合，随着聚合尺寸的增大，使生成的聚丙烯腈沉积于淤浆中，形成均匀分散有远红外组分的聚合物，既解决了远红外组分易团聚的问题，还避免了远红外组分过于集中在聚合物表层的情形，使纺制出的纤维具有长久的远红外发射性能。根据上述制备方法，步骤(1)制得远红外淤浆的粒径为0.1～10μm，固含量3.0～20.0wt％；优选的，远红外淤浆的粒径为0.2～1μm，固含量5.0～15.0wt％。上述方案中，本发明将远红外组分按照一定的粒径范围在聚乙二醇中研磨分散，同时控制聚乙二醇的加入量，以使得所述淤浆具有适于原位聚合均匀发生的多空隙结构。根据上述制备方法，步骤(2)所述原位聚合反应的反应温度为55～65℃，反应时间为100～130min，制得的远红外聚合物淤浆的特性粘度为0.145～0.168dl/g；优选的，聚合反应的反应温度为59.0～60.0℃，反应时间为120min，制得的远红外聚合物淤浆的特性粘度为0.150～0.156dl/g。根据上述制备方法，步骤(2)中所述远红外淤浆中所含远红外组分与反应单体的质量比为2～5:100；所述反应单体包括质量比为12～14:1:0.2～0.8的丙烯腈，醋酸乙烯和甲基丙烯磺酸钠；所述远红外组分选自氧化硅、氧化铝、氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化钛中的一种或几种；优选的所述远红外组分选自以氧化硅和氧化铝为主要成分的陶瓷粉，其中还包括少量的其他组分，所述其他组分选自氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化钛中的一种或几种。上述方案中，所述丙烯腈的质量要求如下：色度(铂-鈷号)不大于10，阻聚剂含量不大于0.003-0.006％，水分不大于0.50％，过氧化物含量不大于0.00004％，乙醛含量不大于0.005％，丙酮含量不大于0.01％。根据上述制备方法，步骤(2)中所述过滤的真空度为-20～-40kpa，反吹压力为200～600kpa，冲洗水的质量流量为8000～15000kg/h，喷淋水的质量流量为8000～15000kg/h；优选的，真空度为-25～-35kpa，反吹压力为300～400kpa，冲洗水的质量流量为10000～13000kg/h，喷淋水的质量流量为10000～14000kg/h。根据上述制备方法，步骤(2)中所述干燥是将经过滤的远红外湿聚合物淤浆进行烘干，使得远红外聚合物的含水量下降至0.5～4.5wt％，优选为下降至1.5～2.5wt％。根据上述制备方法，步骤(2)中，所述催化剂选用浓度为1.0～4.0％的过硫酸铵，过硫酸铵的优选浓度为2.5～3.5％；所述促进剂选用浓度为0.06～0.14％的硫酸亚铁，硫酸亚铁的优选浓度为0.08～0.12％；所述酸剂选用浓度为7～15％的硫酸，硫酸的优选浓度为9～11％；所述分散剂选用ph为6.0～9.0的脱盐水，脱盐水的优选ph值为7.0～8.0；优选的，所述催化剂，活化剂，促进剂和酸剂加入反应体系的质量比为28～30:5～5.5:0.7～0.9:1。根据上述制备方法，步骤(3)中，所述胶液中远红外聚合物的含量为24.0～26.0wt％。具体的，本申请采用如下制备方法制备远红外腈纶纤维：(1)将远红外组分和聚乙二醇混合并研磨成远红外淤浆，远红外淤浆的粒径为0.1～10μm，固含量3.0～20.0wt％；(2)将质量比为12～14:1:0.2～0.8的丙烯腈，醋酸乙烯和甲基丙烯磺酸钠与步骤(1)制得的远红外淤浆混合以质量比2～5:100混合，同时加入催化剂、促进剂、酸剂和分散剂进行聚合反应，反应温度为55～65℃，反应时间为100～130min，制得的远红外聚合物淤浆的特性粘度为0.145～0.168dl/g，所述淤浆再经脱单、过滤、干燥制得远红外聚合物；所述过滤的真空度为-20～-40kpa，反吹压力为200～600kpa，冲洗水的质量流量为8000～15000kg/h，喷淋水的质量流量为8000～15000kg/h；所述干燥是将经过滤的远红外湿聚合物淤浆进行烘干，使得远红外聚合物的含水量下降至0.5～4.5wt％；(3)将步骤(2)制得远红外聚合物溶于二甲基乙酰胺得到远红外聚合物的含量为24.0～26.0wt％的胶液，以所述胶液为原料进行湿法纺丝制得远红外腈纶纤维。采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：1.本发明提供的远红外腈纶纤维制备方法采用原位聚合方式，既解决了远红外组分易团聚的问题，还避免了远红外组分过于集中在聚合物表层的情形，使纺制出的纤维具有长久的远红外发射性能；2.本发明提供的远红外腈纶纤维制备方法中，将远红外组分在制备过程中进行提前分散处理，得到一种具有多空隙结构的远红外淤浆，使得后续的反应单体与反应试剂可进入淤浆的空隙中形成反应体系，使丙烯腈单体可发生均匀的原位聚合反应，提高了远红外组分与纤维组分的相容性。3.本发明提供的远红外腈纶纤维采用原位聚合方式将远红外组分引入，在保留腈纶纤维特性前提下改变聚合物分子结构，使纤维具有持续电磁波发射功能的同时还具有良好的稳定性。下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。附图说明附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：图1是本发明实施例1中固含量为8.0wt％的远红外淤浆的显微镜观察图；图2是本发明实施例2中固含量为15.0wt％的远红外淤浆的显微镜观察图；图3是本发明实施例3中固含量为10.0wt％的远红外淤浆的显微镜观察图。需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例1本实施例中，采用如下方法制备腈纶纤维：(1)将远红外组分和聚乙二醇混合并在超声条件下研磨分散成远红外淤浆，远红外淤浆的粒径为1μm，固含量8.0wt％；(2)将质量比为12.45:1:0.25的丙烯腈，醋酸乙烯和甲基丙烯磺酸钠与步骤(1)制得的远红外淤浆混合以质量比2:100混合，同时加入配制浓度为4％的催化剂过硫酸铵、配制浓度为22％的活化剂亚硫酸氢钠、配制浓度为0.12％的促进剂硫酸亚铁、配制浓度为11％的酸剂硫酸和ph为8.0的分散剂脱盐水进行聚合反应，所加入催化剂，活化剂，促进剂和酸剂的质量比为28.1:5.2:0.78:1：反应温度为60.5℃，反应时间为120min，制得的远红外聚合物淤浆的特性粘度为0.160～0.167dl/g，所述淤浆再经脱单、过滤、干燥制得远红外聚合物；所述过滤的真空度为-35kpa，反吹压力为400kpa，冲洗水的质量流量为13000kg/h，喷淋水的质量流量为14000kg/h；所述干燥是将经过滤的远红外湿聚合物淤浆进行烘干，使得远红外聚合物的含水量下降至0.5wt％；(3)将步骤(2)制得远红外聚合物溶于二甲基乙酰胺得到远红外聚合物的含量为24.0wt％的胶液，以所述胶液为原料进行定型压力为320kpa的湿法纺丝制得远红外腈纶纤维。实施例2本实施例中，采用如下方法制备腈纶纤维：(1)将远红外组分和聚乙二醇混合并在超声条件下研磨分散成远红外淤浆，远红外淤浆的粒径为1μm，固含量15.0wt％；(2)将质量比为13.88:1:0.69的丙烯腈，醋酸乙烯和甲基丙烯磺酸钠与步骤(1)制得的远红外淤浆混合以质量比5:100混合，同时加入配制浓度为1％的催化剂过硫酸铵、配制浓度为17％的活化剂亚硫酸氢钠、配制浓度为0.06％的促进剂硫酸亚铁、配制浓度为9％的酸剂硫酸和ph为9.0的分散剂脱盐水进行聚合反应，所加入催化剂，活化剂，促进剂和酸剂的质量比为30:5.5:0.8:1：反应温度为58.5℃，反应时间为120min，制得的远红外聚合物淤浆的特性粘度为0.158～0.163dl/g，所述淤浆再经脱单、过滤、干燥制得远红外聚合物；所述过滤的真空度为-25kpa，反吹压力为600kpa，冲洗水的质量流量为8000kg/h，喷淋水的质量流量为10000kg/h；所述干燥是将经过滤的远红外湿聚合物淤浆进行烘干，使得远红外聚合物的含水量下降至4.5wt％；(3)将步骤(2)制得远红外聚合物溶于二甲基乙酰胺得到远红外聚合物的含量为25.0wt％的胶液，以所述胶液为原料进行定型压力为320kpa的湿法纺丝制得远红外腈纶纤维。实施例3本实施例中，采用如下方法制备腈纶纤维：(1)将远红外组分和聚乙二醇混合并在超声条件下研磨分散成远红外淤浆，远红外淤浆的粒径为1μm，固含量10.0wt％；(2)将质量比为13.26:1:0.38的丙烯腈，醋酸乙烯和甲基丙烯磺酸钠与步骤(1)制得的远红外淤浆混合以质量比3:100混合，同时加入配制浓度为3.5％的催化剂过硫酸铵、配制浓度为25％的活化剂亚硫酸氢钠、配制浓度为0.08％的促进剂硫酸亚铁、配制浓度为7％的酸剂硫酸和ph为7.0的分散剂脱盐水进行聚合反应，所加入催化剂，活化剂，促进剂和酸剂的质量比为29.3:5.3:0.9:1：反应温度为59℃，反应时间为120min，制得的远红外聚合物淤浆的特性粘度为0.153～0.156dl/g，所述淤浆再经脱单、过滤、干燥制得远红外聚合物；所述过滤的真空度为-20kpa，反吹压力为300kpa，冲洗水的质量流量为15000kg/h，喷淋水的质量流量为15000kg/h；所述干燥是将经过滤的远红外湿聚合物淤浆进行烘干，使得远红外聚合物的含水量下降至2.5wt％；(3)将步骤(2)制得远红外聚合物溶于二甲基乙酰胺得到远红外聚合物的含量为26.0wt％的胶液，以所述胶液为原料定型压力为320kpa的湿法纺丝制得远红外腈纶纤维。实施例4本实施例中，采用如下方法制备腈纶纤维：(1)将远红外组分和聚乙二醇混合并在超声条件下研磨分散成远红外淤浆，远红外淤浆的粒径为0.2μm，固含量20wt％；(2)将质量比为12.45:1:0.25的丙烯腈，醋酸乙烯和甲基丙烯磺酸钠与步骤(1)制得的远红外淤浆混合以质量比4:100混合，同时加入配制浓度为2.5％的催化剂过硫酸铵、配制浓度为15％的活化剂亚硫酸氢钠、配制浓度为0.14％的促进剂硫酸亚铁、配制浓度为15％的酸剂硫酸和ph为6.0的分散剂脱盐水进行聚合反应，所加入催化剂，活化剂，促进剂和酸剂的质量比为28.1:5.2:0.78:1：反应温度为65℃，反应时间为100min，制得的远红外聚合物淤浆的特性粘度为0.145～0.15dl/g，所述淤浆再经脱单、过滤、干燥制得远红外聚合物；所述过滤的真空度为-40kpa，反吹压力为200kpa，冲洗水的质量流量为10000kg/h，喷淋水的质量流量为8000kg/h；所述干燥是将经过滤的远红外湿聚合物淤浆进行烘干，使得远红外聚合物的含水量下降至1.5wt％；(3)将步骤(2)制得远红外聚合物溶于二甲基乙酰胺得到远红外聚合物的含量为24.0wt％的胶液，以所述胶液为原料进行定型压力为320kpa的湿法纺丝制得远红外腈纶纤维。实施例5本实施例中，采用如下方法制备腈纶纤维：(1)将远红外组分和聚乙二醇混合并在超声条件下研磨分散成远红外淤浆，远红外淤浆的粒径为10μm，固含量3wt％；(2)将质量比为13.88:1:0.69的丙烯腈，醋酸乙烯和甲基丙烯磺酸钠与步骤(1)制得的远红外淤浆混合以质量比2:100混合，同时加入配制浓度为3％的催化剂过硫酸铵、配制浓度为20％的活化剂亚硫酸氢钠、配制浓度为0.1％的促进剂硫酸亚铁、配制浓度为10％的酸剂硫酸和ph为7.5的分散剂脱盐水进行聚合反应，所加入催化剂，活化剂，促进剂和酸剂的质量比为30:5.5:0.8:1：反应温度为55℃，反应时间为130min，制得的远红外聚合物淤浆的特性粘度为0.16～0.168dl/g，所述淤浆再经脱单、过滤、干燥制得远红外聚合物；所述过滤的真空度为-30kpa，反吹压力为360kpa，冲洗水的质量流量为12000kg/h，喷淋水的质量流量为12500kg/h；所述干燥是将经过滤的远红外湿聚合物淤浆进行烘干，使得远红外聚合物的含水量下降至2.2wt％；(3)将步骤(2)制得远红外聚合物溶于二甲基乙酰胺得到远红外聚合物的含量为25.0wt％的胶液，以所述胶液为原料进行定型压力为320kpa的湿法纺丝制得远红外腈纶纤维。实施例6本实施例中，采用如下方法制备腈纶纤维：(1)将远红外组分和聚乙二醇混合并在超声条件下研磨分散成远红外淤浆，远红外淤浆的粒径为0.1μm，固含量5wt％；(2)将质量比为13.26:1:0.38的丙烯腈，醋酸乙烯和甲基丙烯磺酸钠与步骤(1)制得的远红外淤浆混合以质量比3:100混合，同时加入配制浓度为3.5％的催化剂过硫酸铵、配制浓度为25％的活化剂亚硫酸氢钠、配制浓度为0.08％的促进剂硫酸亚铁、配制浓度为7％的酸剂硫酸和ph为7.0的分散剂脱盐水进行聚合反应，所加入催化剂，活化剂，促进剂和酸剂的质量比为29.3:5.3:0.9:1：反应温度为59℃，反应时间为120min，制得的远红外聚合物淤浆的特性粘度为0.154～0.158dl/g，所述淤浆再经脱单、过滤、干燥制得远红外聚合物；所述过滤的真空度为-36kpa，反吹压力为500kpa，冲洗水的质量流量为9000kg/h，喷淋水的质量流量为14500kg/h；所述干燥是将经过滤的远红外湿聚合物淤浆进行烘干，使得远红外聚合物的含水量下降至1.2wt％；(3)将步骤(2)制得远红外聚合物溶于二甲基乙酰胺得到远红外聚合物的含量为26.0wt％的胶液，以所述胶液为原料进行定型压力为320kpa的湿法纺丝制得远红外腈纶纤维。对比例1-3对比例1-3是分别在实施例1-3的基础上，不加入远红外组分制得腈纶纤维，对比例1-3的其他实施方法与实施例1-3相同。实验例1本实验例中，分别对实施例1～6中步骤(2)制备的远红外聚合物进行特性粘度和醋酸乙烯含量的测定，结果如表1；继而对实施例1～6和对比例1～3制得的远红外腈纶纤维进行分析测试，结果如表2，详细见下：表1远红外聚合物试验数据表聚合物特粘(dl/g)醋酸乙烯含量(％)实施例10.1636.02实施例20.1615.52实施例30.1575.95实施例40.1666.13实施例50.1635.63实施例60.1605.99表2远红外纤维全分析结果由上表可知，实施例1～6制得的远红外腈纶纤维在人体最佳红外吸收波长的范围内具有较高的比辐射率，而对比例1～3是在实施例1～3的基础上去掉远红外组分而制成的腈纶纤维，对比断裂伸长率和强度参数，可知本发明通过原位聚合方式在腈纶纤维中引入了远红外组分，使得远红外组分在纤维中呈现均匀的分布，不仅没有影响纤维的基础力学性能，还在一定程度上对所述纤维产生了增强的效果。以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。当前第1页1 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