CN116876092B - 一种特高湿模量变化型莫代尔纤维及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及莫代尔纤维领域，涉及一种特高湿模量变化型莫代尔纤维的制备工艺，所述制备工艺中，相关工艺参数设置如下：老成后碱化纤维素聚合度为350‑750，二硫化碳加入量与甲种纤维素的重量百分比为36‑48%，粘胶熟成度为10‑16mL（10%NH₄Cl）；纺丝凝固浴中，硫酸浓度为65‑105g/L，硫酸钠浓度为105‑210g/L，硫酸锌浓度为45‑85%，凝固浴温度为20‑55℃；纤维牵伸率为90‑120%；其具有在保证纤维较高钩接强度的情况下，进一步提高变化型莫代尔纤维的湿模量的优点。

Description

一种特高湿模量变化型莫代尔纤维及其制备工艺

技术领域

本申请涉及莫代尔纤维的技术领域，尤其是涉及一种特高湿模量变化型莫代尔纤维及其制备工艺。

背景技术

粘胶纤维与棉纤维相似，具有纤维素织物特有的舒适感，尤其在吸湿性和透气性方面。但粘胶纤维在湿态时剧烈溶胀，使纤维的湿态断裂强度明显下降，较低的湿模量使其湿态时在较小的负荷作用下容易伸长，使织物洗涤受到揉搓时容易变形，干燥后易收缩，尺寸不稳定，严重影响织物的服用性能。为改善粘胶纤维的质量，研制出了高湿模量粘胶纤维，即莫代尔纤维。

莫代尔纤维主要包括波里诺西克纤维和高湿模量变化型莫代尔纤维两种。其中，波里诺西克纤维具有较高的断裂强度、较低的断裂伸度、较高的湿模量等优良性能，但钩接强度低，纤维脆性较高，疲劳性能较差；在波里诺西克纤维基础上研发的高湿模量变化型莫代尔纤维是为了克服波里诺西克纤维的钩接强度低、脆性大以及较复杂的生产工艺这些缺点，提高了纤维的钩接强度，织物的尺寸稳定性、耐褶皱性比波里诺西克纤维降低很多。

针对上述相关技术，发明人认为，现有的高湿模量变化型莫代尔纤维虽然钩接强度较高，但同时湿模量不足；在保证纤维较高钩接强度的情况下，开发具有更高湿模量的变化型莫代尔纤维，可以进一步提高纤维制成物的尺寸稳定性和使用范围。

发明内容

为了在保证纤维较高钩接强度的情况下，进一步提高变化型莫代尔纤维的湿模量，本申请提供一种特高湿模量变化型莫代尔纤维及其制备工艺。

第一方面，本申请提供一种特高湿模量变化型莫代尔纤维的制备工艺，采用如下技术方案：

一种特高湿模量变化型莫代尔纤维的制备工艺，其特征在于：其包括如下步骤：浆粕的碱化、浆粕纤维素的老成、浆粕纤维素的黄化和溶解、粘胶的过滤、粘胶的熟成、粘胶的脱泡、纺丝原液的处理、初生丝条的的制备、初生丝条的牵伸、纤维的脱硫、纤维的漂白、纤维的水洗、纤维的上油和纤维的烘干；

其中，所述制备工艺中，包括如下工艺参数：老成后碱化纤维素聚合度为350-750，二硫化碳加入量与甲种纤维素的重量百分比为36-48％，粘胶熟成度为10-16mL(10％NH₄Cl)；纺丝凝固浴中，硫酸浓度为65-105g/L，硫酸钠浓度为105-210g/L，硫酸锌浓度为45-85g/L，凝固浴温度为20-55℃；纤维牵伸率为90-120％。

通过采用上述技术方案，选取对莫代尔纤维干断裂强度、湿模量和钩接强度有直接影响的老成后碱化纤维素聚合度、黄化二硫化碳加入量、粘胶熟成度、凝固浴中硫酸、硫酸钠、硫酸锌三组份的浓度和凝固浴温度、纤维牵伸率八个因素，采用正交试验、极差分析的方法分析八个因素对莫代尔纤维干断裂强度、湿模量和钩接强度的影响趋势，证明了影响纤维湿模量、干断裂强度的主要因素和影响程度顺序为纤维纤维牵伸率、二硫化碳加入量、碱化纤维素聚合度和凝固浴中硫酸浓度，最主要因素为纤维纤维牵伸率，其他三个为次要因素；影响纤维钩接强度的主要因素和影响程度顺序是凝固浴中硫酸锌浓度、硫酸钠对硫酸比例、硫酸浓度和老成后碱化纤维素的聚合度，最主要因素为硫酸锌浓度，其他三个因素为次要因素，从而确定了优化工艺组合，使莫代尔纤维实现了湿模量表现优异的同时，其钩接强度也较高，大大提高了莫代尔纤维的性能，扩大了莫代尔纤维的应用前景。

作为优选：所述制备工艺中，包括如下工艺参数：老成后碱化纤维素聚合度为400-600，二硫化碳加入量与甲种纤维素的质量百分比为40-48％，粘胶熟成度为14-16mL(10％NH₄Cl)；纺丝凝固浴中，硫酸浓度为75-95g/L，硫酸钠浓度为135-180g/L，硫酸锌浓度为55-85g/L，凝固浴温度为30-45℃，纤维牵伸率为110-120％。

通过采用上述技术方案，通过进一步优化工艺参数，可以使莫代尔纤维的湿模量和钩接强度进一步提高。

作为优选：所述浆粕为木浆粕或竹浆粕，所述浆粕的平均聚合度＞600，其中，甲纤含量＞92％。

通过采用上述技术方案，本申请中浆粕为木浆粕时，可以制备性能优异的莫代尔纤维。

作为优选：：所述浆粕的碱化步骤内容如下：

将浆粕浸于浓度为180-250g/L的NaOH溶液中，加入渗透剂，所述渗透剂占浆粕中甲种纤维素的质量百分比为0.05-5％，反应时间为40-60min，反应温度为30-50℃，浴比1:(3-6)。

通过采用上述技术方案，通过对氢氧化钠的浓度和碱化温度的限制，渗透剂的用量选择，可以使浆粕碱化的更加充分，并且在此工艺参数下，对最终得到的莫代尔纤维的性能无明显影响。

作为优选：所述浆粕纤维素的黄化和溶解内容如下：

采用干法黄化工艺，黄化起始温度25-30℃，将黄化反应后的纤维素磺酸酯加入浓度为15-20g/L的NaOH溶液溶解，温度为0-4℃，纤维素磺酸酯与NaOH溶液的体积比为1:(3-5)，获得的纤维素黄酸酯溶液经研磨后，得粘胶。

通过采用上述技术方案，通过对二硫化碳添加量的控制的基础上，控制黄化起始温度，控制氢氧化钠的浓度和温度等条件，可以使纤维成形出凝固浴时的剩余酯化度仍维持在15％以上，可以在拉伸时获得更大的塑性拉伸率，以获得强度和湿模量更高的纤维。

作为优选：所述纺丝原液的处理步骤包括如下内容：

在纺丝原液中加入质量为所述粘胶中甲种纤维素质量的0.5-4％的复合变性剂；然后加入消泡剂，消泡剂的加入量为纺丝原液体积的0.02-0.1％。

通过采用上述技术方案，通过对复合变性剂和消泡剂的用量控制，极大地改变了粘胶的成形稳定性，使其在低酸、低盐的凝固浴中可以获得稳定的纤维素丝条。

作为优选：所述初生丝条的制备步骤包括如下内容：

将处理后的纺丝原液在纺丝凝固浴中凝固成形，凝固浴由H₂SO₄、ZnSO₄、Na₂SO₄、凝固浴助剂和水组成，凝固浴助剂浓度为0.2-0.7g/L，丝条在凝固浴中的浸没时间为1-2s。

通过采用上述技术方案，可以使纤维中晶粒尺寸得到限制，可制得高钩接强度的纤维；纤维素黄酸酯的再生速度得到控制，避免完全再生后无法获得更高的塑性拉伸；可以同时实现纤维较高的钩接强度和更高的湿模量指标。

作为优选，所述初生丝条的制备步骤中，纺丝速度为25-40m/min。

第二方面，本申请提供一种特高湿模量变化型莫代尔纤维，采用如下技术方案：

一种特高湿模量变化型莫代尔纤维，所述特高湿模量变化型莫代尔纤维由上述的一种特高湿模量变化型莫代尔纤维的制备工艺制得。

通过采用上述技术方案，本申请制备的莫代尔纤维的湿模量均在15.2cN/dtex以上，干断裂强度均在3.31cN/dtex以上，同时，钩接强度均超过0.72cN/dtex，说明本申请的莫代尔纤维实现了湿模量表现优异的同时，其钩接强度也较高，本申请制备的莫代尔纤维与国际、国内莫代尔纤维技术领先产品和国际莫代尔纤维标准相比，本项目纤维湿模量超过国际、国内领先型产品29.2％，超过国际标准值83.4％，超过现行纺织行业标准值61％；纤维钩接强度均优于国内外领先型产品，其他性能标准均满足现行纺织行业标准。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、选取对莫代尔纤维干断裂强度、湿模量和钩接强度有直接影响的碱化纤维素聚合度(老成后)、黄化二硫化碳加入量、粘胶熟成度和凝固浴中硫酸、硫酸钠、硫酸锌三组份的浓度，以及凝固浴温度、纤维牵伸率八个因素，采用正交试验、极差分析的方法分析八个因素对莫代尔纤维干断裂强度、湿模量和钩接强度的影响趋势，证明了影响纤维湿模量、干断裂强度的主要因素和影响程度顺序为纤维纤维牵伸率、二硫化碳加入量、碱化纤维素聚合度和凝固浴中硫酸浓度，最主要因素为纤维纤维牵伸率，其他三个为次要因素；影响纤维钩接强度的主要因素和影响程度顺序是凝固浴中硫酸锌浓度、硫酸钠对硫酸比例、硫酸浓度和碱化纤维素的聚合度，最主要因素是硫酸锌浓度，其他三个因素为次要因素，从而确定了优化工艺组合，使莫代尔纤维实现了湿模量表现优异的同时，其钩接强度也较高，大大提高了莫代尔纤维的性能，扩大了莫代尔纤维的应用前景。

2、本申请制备的莫代尔纤维的湿模量均在15.2cN/dtex以上，干断裂强度均在3.31cN/dtex以上，同时，钩接强度均超过0.72cN/dtex，说明本申请的莫代尔纤维实现了湿模量表现优异的同时，其钩接强度也较高，本申请制备的莫代尔纤维与国际、国内莫代尔纤维技术领先产品和国际莫代尔纤维标准相比，本项目纤维湿模量超过国际、国内领先型产品29.2％，超过国际标准值83.4％，超过现行纺织行业标准值61％；纤维钩接强度均优于国内外领先型产品，其他性能标准均满足现行纺织行业标准。

具体实施方式

以下结合具体内容对本申请作进一步详细说明。

原料

本申请中的浆粕：采用木浆粕或竹浆粕，其中浆粕中甲种纤维素的含量＞92％，平均聚合度＞600；其余原料均为市售产品。

实施例

本申请通过对莫代尔纤维干断裂强度、湿模量和钩接强度有直接影响的碱化纤维素聚合度、黄化二硫化碳加入量、粘胶熟成度、凝固浴中硫酸、硫酸钠、硫酸锌三组份的浓度和凝固浴温度、纤维牵伸率八个因素(本说明书中八个因素依次用A、B、C、D、E、F、G、H来表示)，采用正交试验(L₂₇(3¹³))、极差分析的方法分析八个因素对莫代尔纤维干断裂强度、湿模量和钩接强度的影响趋势，找出影响干断裂强度、湿模量和钩接强度的主要因素和重要程序顺序，确定了优化工艺组合。其中，选定的八个因素的水平如下：

老成后碱化纤维素聚合度(A)：选择三个聚合度水平，分别是350-400，400-600，600-750；黄化二硫化碳加入量(B)：选择三个水平，其二硫化碳与甲种纤维素的重量百分比分别是36-38％，38-40％，40-48％；

粘胶熟成度(C)(10％ NH₄Cl)：选择三个水平，分别是10-12mL，12-14mL，14-16mL；

凝固浴中硫酸浓度(D)：选择三个水平，分别是65-75g/L，75-95g/L，95-105g/L；

凝固浴中硫酸钠浓度(E)：固浴中硫酸钠浓度依存于硫酸浓度，分别选择相对于硫酸浓度的低、中、高三个水平，见表1；

表1本申请实施例中硫酸钠用量因素水平表

凝固浴中硫酸锌浓度(F)：选择三个水平，分别是45-50g/L，51-55g/L，55-85g/L；

凝固浴温度(G)：选择三个水平，分别是20-30℃，30-45℃，45-55℃；

纤维牵伸率(H)：选择三个水平，分别是90-100％，100-110％，110-120％。

实施例1-27

一种特高湿模量变化型莫代尔纤维，其制备工艺中的参数如表2所示，浆粕采用木浆粕，其制备工艺如下：

1)浆粕的碱化：将浆粕溶于浓度为235g/L的NaOH溶液，加入渗透剂JL-EBZ，渗透剂JL-EBZ占甲种纤维素的质量百分比为1％，浸渍时间为50min，浸渍温度为45℃，浴比1:5.5；

2)浆粕纤维素的老成：将步骤1)处理后的碱化纤维素放入老成设备，控制温度为35℃，老成时间为100min；

3)浆粕纤维素的黄化和溶解：采用干法黄化工艺，将步骤2)处理后的碱化纤维素与二硫化碳反应，加入二硫化碳与浆粕中甲种纤维素的质量比为43％，反应时间为1小时，反应起始温度为27℃；将黄化反应后的纤维素磺酸酯加入浓度为17g/l的NaOH溶液溶解，温度为2℃，纤维素磺酸酯与NaOH溶液的体积比为1:3.5，获得的纤维素黄酸酯溶液经7次研磨后形成粘胶；

4)粘胶的过滤：将步骤3)处理后的粘胶采用过滤机过滤；

5)粘胶的熟成：将步骤4)处理后的粘胶在熟成桶内熟成，控制温度为26-28℃，熟成时间8h；

6)粘胶的脱泡：将步骤5)得到的纺丝原液采取连续快速脱泡方法将粘胶中的气泡去除，得到可用以纺丝的纺丝原液；

7)纺丝原液的处理：在步骤6)得到的纺丝原液中加入复合型变性剂JL-FS，复合型变性剂占甲种纤维素的质量百分比为2.8％；然后加入消泡剂CD-FFA01，消泡剂的加入量为纺丝原液体积的0.06％；

8)初生丝条的制备：将步骤7)处理后的纺丝原液在纺丝凝固浴中凝固成形，凝固浴由H₂SO₄、ZnSO₄、Na₂SO₄、凝固浴助剂和水组成(其H₂SO₄、ZnSO₄、Na₂SO₄如表2所示)，凝固浴助剂浓度为0.5g/L，凝固浴温度如表2所示，纺丝采用贵金属合金喷丝头，纺丝速度为30m/min，丝条在凝固浴中的浸没时间为1.5秒；

9)初生丝条的牵伸：对步骤8)处理后的初生丝条在二浴中进行塑性牵伸，纤维牵伸率如表2所示；

10)纤维的脱硫：将步骤9)处理后的纤维浸入浓度为3g/L的NaOH溶液，处理时间为15秒，溶液温度为80℃；

11)纤维的漂白：将步骤10)处理后的纤维浸入浓度为1.2g/L的次氯酸钠溶液，处理时间为20秒，溶液温度为55℃；

12)纤维的水洗：将步骤11)处理后的纤维浸入70℃的热水中，处理时间为60秒；

13)纤维的上油：将步骤12)处理后的纤维浸入7g/L的油浴溶液，油浴温度为70℃，处理时间为15秒；

14)纤维的烘干：将步骤13)处理后的纤维经过烘干处理后得到竹原料莫代尔纤维。

表2实施例1-27的工艺参数

实施例1-27的性能检测试验

检测方法

按照实施例1-27的制备工艺制备特高湿模量变化型莫代尔纤维，然后按照如下检测方法进行检测，其检测结果如表3和表4所示。

取样规定：性能项目的取样按照GB/T 14334中的产品取样方法的规定进行。

湿模量、干断裂强度和钩接强度均按GB/T 14337中的规定方法执行。

表3检测结果

表4极差分析

由实施例1-27，以及表3和表4的检测数据可知，通过正交实验(L₂₇(3¹³))以及极差分析可得出，八个因素(A-H)对湿模量、干断裂强度和钩接强度的影响主次关系由大到小如下：湿模量：H-B-A-D-E-C-G-F；

干断裂强度：H-B-A-D-C-E-F-G；

钩接强度：F-E-D-A-G-H-B-C。

由上述分析可得，特高湿模量变化型莫代尔纤维，其工艺参数在如下范围时，其各项性能表现优异，其工艺参数如下：碱化纤维素聚合度(老成后)为400-600，二硫化碳加入量与甲种纤维素的重量百分比为40-48％，粘胶熟成度为14-16mL(10％NH₄Cl)；纺丝凝固浴中，硫酸浓度为75-95g/L，硫酸钠浓度为135-180g/L，硫酸锌浓度为55-85g/L，温度为30-45℃，纤维牵伸率为110-120％；采用此工艺参数范围作为试生产工艺，即如下应用例。

应用例

应用例1-4

应用例1-4的特高湿模量变化型莫代尔纤维，其工艺参数如表5所示，其余步骤与实施例1均相同。

表5应用例1-4的工艺参数

应用例5

应用例5的特高湿模量变化型莫代尔纤维，与应用例3的不同之处在于，浆粕采用竹浆粕，其余步骤与应用例3均相同。

应用例1-5的性能检测试验

按照应用例1-5的制备工艺制备特高湿模量变化型莫代尔纤维，然后按照上述检测方法进行检测，其检测结果如表6-8所示。

其中，长度偏差率、超长纤维率、倍长纤维含量均按GB/T 14336中的规定进行；

残硫量按FZ/T 50014的规定进行；

疵点按GB/T 14339的规定进行；

白度按FZ/T 50013的规定进行；

含油率按GB/T 6504的规定进行。

表6应用例1-5的检测结果

由应用例1-5和表6的检测数据可知，本申请制备的莫代尔纤维的湿模量均在15.2cN/dtex以上，干断裂强度均在3.31cN/dtex以上，同时，钩接强度均超过0.72cN/dtex，说明本申请的莫代尔纤维实现了湿模量表现优异的同时，其钩接强度也较高，大大提高了莫代尔纤维的性能，扩大了莫代尔纤维的应用前景。

表7应用例3的检测结果

由应用例3和表7的检测数据可知，本申请制备的莫代尔纤维的各项性能均符合纺织行业标准《莫代尔纤维》中的优等品指标，并且符合BISFA Modal纤维各项指标。

表8产品主要技术指标对比表

由表8的检测数据可知，本申请制备的莫代尔纤维与国际、国内莫代尔纤维技术领先产品和国际莫代尔纤维标准相比，本项目纤维湿模量超过国际、国内领先型产品29.2％，超过国际标准值83.4％，超过现行纺织行业标准值61％；纤维钩接强度均优于国内外领先型产品，其他性能标准均满足现行纺织行业标准。

本申请的特高湿模量变化型莫代尔纤维产品售价预测高于普通粘胶短纤维1万元/吨以上，生产成本增加约4000元/吨，每吨产品净收益约6000元。按改造国内粘胶短纤维产能500万吨的10％计算，每年新增利润达30亿元，经济效益特别显著。本申请成果可打破部分国内外粘胶纤维生产企业对高端莫代尔纤维生产技术的控制，推动粘胶纤维生产企业换代升级。

上述具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种特高湿模量变化型莫代尔纤维的制备工艺，其特征在于：其包括如下步骤：浆粕的碱化、浆粕纤维素的老成、浆粕纤维素的黄化和溶解、粘胶的过滤、粘胶的熟成、粘胶的脱泡、纺丝原液的处理、初生丝条的的制备、初生丝条的牵伸、纤维的脱硫、纤维的漂白、纤维的水洗、纤维的上油和纤维的烘干；

其中，所述制备工艺中，包括如下工艺参数：老成后碱化纤维素聚合度为400-600，二硫化碳加入量与甲种纤维素的质量百分比为40-48%，粘胶熟成度为14-16mL（10%NH₄Cl）；纺丝凝固浴中，硫酸浓度为75-95g/L，硫酸钠浓度为135-180 g/L，硫酸锌浓度为55-85 g/L，凝固浴温度为30-45℃，纤维牵伸率为110-120%；

所述浆粕为木浆粕或竹浆粕，所述浆粕的平均聚合度＞600，其中，甲纤含量＞92%；

所述浆粕的碱化步骤内容如下：

将浆粕浸于浓度为180-250 g/L的NaOH溶液中，加入渗透剂，所述渗透剂占浆粕中甲种纤维素的质量百分比为0.05-5%，反应时间为40-60min，反应温度为30-50℃，浴比1:（3-6）；·

所述浆粕纤维素的黄化和溶解内容如下：

采用干法黄化工艺，黄化起始温度25-30℃，将黄化反应后的纤维素磺酸酯加入浓度为15-20g/L的NaOH溶液溶解，温度为0-4℃，纤维素磺酸酯与NaOH溶液的体积比为1:（3-5），获得的纤维素黄酸酯溶液经研磨后，得粘胶；

所述纺丝原液的处理步骤包括如下内容：

在纺丝原液中加入质量为所述粘胶中甲种纤维素质量的0.5-4%的复合变性剂；然后加入消泡剂，消泡剂的加入量为纺丝原液体积的0.02-0.1%；

所述初生丝条的制备步骤包括如下内容：

将处理后的纺丝原液在纺丝凝固浴中凝固成形，凝固浴由H₂SO₄、ZnSO₄、Na₂SO₄、凝固浴助剂和水组成，凝固浴助剂浓度为0.2-0.7g/L，丝条在凝固浴中的浸没时间为1-2s；

所述初生丝条的制备步骤中，纺丝速度为25-40 m/min。

2.一种特高湿模量变化型莫代尔纤维，其特征在于，所述特高湿模量变化型莫代尔纤维由权利要求1所述的一种特高湿模量变化型莫代尔纤维的制备工艺制得。