一种高强度、高模量聚乙烯醇细旦纤维的制备方法
【专利摘要】本发明一种高强度、高模量聚乙烯醇细旦纤维的制备方法，采用含硼凝胶湿法纺丝工艺生产，经纺丝原液配制、凝固成型、湿热拉伸、干燥定型制得。本发明制备的细旦纤维，拉伸强度≥12.5CN/dtex、弹性模量≥280CN/dtex、初熔温度≥105℃、线密度0.56?1.10dtex，断裂伸长5?8％。该品种纤维的比表面积大，在造纸过程中仅需少量添加就可以大幅提高成纸后纤维间的氢键作用力，成纸张力大、过滤性和柔软性提高，特别是湿抗强度、断裂强度增加，在95℃热水中收缩率可控制在1.5％以下，可广泛应用于建筑覆盖层用纸、药品包装、证劵用纸及其它特殊领域。
【专利说明】
一种高强度、高模量聚乙烯醇细旦纤维的制备方法
一、技术领域
[0001]本发明涉及一种聚乙烯醇纤维的制备方法，具体地说是一种高强度、高模量聚乙烯醇细旦纤维的制备方法。
二、【背景技术】
[0002]聚乙烯醇(PVA)纤维因其独特的物理化学性能而广泛应用于纺织、服装面料、混凝土增强、造纸等领域，且在使用过程中无毒无害，可自然降解。
[0003]聚乙烯醇的生产方法包括熔融纺丝法和溶液纺丝法两大类，目前主要使用的生产方法是溶液纺丝法，而溶液纺丝法又分为湿法纺丝和干法纺丝两种，其中湿法纺丝的溶剂可以是水，也可以是有机溶剂，比如日本的可乐丽公司生产的水溶性聚乙烯醇纤维，其原液的溶剂就是甲醇，我国目前高强高模聚乙烯醇纤维的生产工艺主要是用水作为溶剂。
[0004]工业用聚乙烯醇纤维的制造方法已有相关发明专利:
[0005]专利CN201110238175.2就介绍了一种高强度、高模量、高熔点PVA纤维及其制造方法，该方法采用含硼凝胶湿法纺丝工艺，包括PVA纺丝原液制备、过滤、脱泡、纺丝和后处理等步骤，采用该工艺生产的聚乙烯醇纤维具备以下性能:强度彡13.5CN/dtex、模量彡320CN/dtex、初熔点彡108°C，线密度2dtex。该品种纤维可用于高端工业领域，如水泥制品、混凝土增强等。
[0006]专利CN201210144517.9介绍了一种细旦或超细旦聚乙烯醇纤维及其制备方法，该方法包括，聚乙烯醇纺丝原液的配制、纺丝原液成型得初生纤维、初生纤维的后处理等步骤，生产出的细旦纤维维线密度在0.16-1.0Odtex，拉伸强度5-8cN/dtex，断裂伸长5_15 %，纤维经甲醛化后水中软化点Rp值110-125Γ。该品种细旦纤维可应用于服装面料领域。
[0007]造纸领域也是聚乙烯醇纤维的一个重要的应用方向，特别是在特殊造纸领域，如药品包装、证券用纸、发票用纸等领域要求聚乙烯醇纤维的线密度达到细旦级别(在我国，通常将0.9-1.4dtex的纤维成为细旦纤维;0.55-1.1dtex为微细旦纤维)，且强度和模量较高。上述几种纤维产品均不能满足这个要求。
三、
【发明内容】
[0008]本发明旨在提供一种高强度、高模量聚乙烯醇细旦纤维的制备方法，以制备获得高强度、高模量的聚乙烯醇细旦纤维，满足不同应用领域的要求。
[0009]本发明高强度、高模量聚乙烯醇细旦纤维的制备方法，包括如下步骤:
[0010]1、纺丝原液配制
[0011]将聚合度1700-2000、醇解度彡99%的聚乙烯醇树脂12-17质量份和去离子水83-88质量份混合，在98-115°C下溶解4-6小时获得聚乙烯醇溶液，然后加入硼酸、石碳酸和聚醚类消泡剂，用硫酸或醋酸调节PH值至4.2-4.6，再由过滤精度为9-1 IMi的金属过滤器过滤后静置脱泡4-8小时，获得纺丝原液；
[0012]硼酸的添加量为聚乙烯醇溶液质量的l_2wt%，石碳酸的添加量为聚乙烯醇溶液质量的0.01-0.02wt%，聚醚类消泡剂的添加量为聚乙烯醇溶液质量的0.3-0.4wt%。
[0013]2、凝固成型
[0014]将所述纺丝原液经计量栗计量后通过孔径0.065-0.09mm的喷丝头进行喷丝，丝条在凝固浴中固化成型；
[0015]所述凝固浴中含硫酸钠340-400g/L，硫酸锌10-12g/L，氢氧化钠25-40g/L，双氧水0.018-0.022g/L，亚硫酸钠0.4-0.5g/L。所述凝固浴的温度40-45°C。
[0016]3、湿热拉伸
[0017]将经步骤2凝固后的丝束进行湿热拉伸处理，所述湿热拉伸依次包括中和浴中和、湿热牵伸浴牵伸、水洗浴水洗以及油浴上油；
[0018]所述中和浴是硫酸钠和硫酸的混合水溶液，其中硫酸钠含量240_260g/L，硫酸含量30-35g/L;所述中和浴的温度48-55°C ；
[0019]所述湿热牵伸浴是硫酸钠和硫酸的混合水溶液，其中硫酸钠含量360_400g/L，硫酸含量30-358/1;所述湿热牵伸浴的温度88-92°(:;
[0020]所述水洗浴的温度为40-44°C ;
[0021]所述油浴的温度为32_38°C。
[0022]4、干燥定型
[0023]将步骤3处理后的丝束进行干燥定型处理，获得聚乙烯醇细旦纤维；
[0024]所述干燥定型依次包括一段干燥、二段干燥、预热段、延伸段、收缩段以及冷却段；
[0025]一段干燥的温度为50-60°C，干燥时间190-210秒；二段干燥的温度为80-95°C，干燥时间210-230秒;预热段的温度为160-180°C，预热时间110-130秒;延伸段的温度为210-225°C，延伸时间38-48秒;收缩段的温度为200-215°C，收缩时间30-60秒;冷却段的温度为20-500C，冷却时间30-60秒。
[0026]本发明制备得到的聚乙烯醇细旦纤维的拉伸强度多12.5CN/dtex、弹性模量多28(^~/扣61、初熔温度彡105°(:、线密度0.56-1.1Odtex，断裂伸长5-8%。
[0027]本发明制备得到的聚乙烯醇细旦纤维的比表面积大，在造纸过程中仅需少量添加就可以大幅提高成纸后纤维间的氢键作用力，成纸张力大、过滤性和柔软性提高，特别是湿抗强度、断裂强度增加，在95°C热水中收缩率可控制在1.5%以下，可广泛应用于建筑覆盖层用纸、药品包装、证券用纸及其它特殊领域。
[0028]经上述步骤生产出的高强度、高模量聚乙烯醇细旦纤维根据市场需要可选择性的对其进行卷绕和切断。
[0029]本发明的有益效果体现在:
[0030]1、在聚乙烯醇原液配制过程中加入石碳酸可以改善初生纤维截面形态，纤维截面接近圆形，便于纤维的高倍拉伸。聚醚类消泡剂的加入可以降低原液液体表面张力，提高原液脱泡效果，同时给丝束以平滑性，提高丝束分散性和成品率。
[0031]2、在凝固浴中加入双氧水和亚硫酸钠清除聚乙烯醇原液中氰根，将金属离子络合，避免金属离子聚集在喷丝小孔周围，延长了喷丝头更换周期，改善喷丝头性能，提高原液可纺性，生产稳定性大大提高。在凝固浴中加入适量的硫酸锌可以减缓初生纤维皮层的形成，最大限度的对其进行脱水，有利于后处理中的高倍拉伸。
[0032]3、本生产工艺除可生产细旦纤维外，还可稍作改动就可生产粗旦纤维、水溶纤维等多品种聚乙烯醇纤维。
[0033]4、纤维干燥时采用两段式干燥法，用比较少的能量就可以实现丝束的干燥，降低纤维的生产成本、节约能源。
四、【具体实施方式】
[0034]下面通过实例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述
【发明内容】
对本发明做出一些非本质的改进和调整。
[0035]实施例1:
[0036]本实施例中高强度、高模量聚乙烯醇细旦纤维的制备方法如下:
[0037]1、纺丝原液配制
[0038]将聚合度1700、醇解度多99%的聚乙烯醇树脂12质量份和去离子水88质量份混合，在lore下溶解5小时获得聚乙烯醇溶液，然后加入硼酸Iwt%、石碳酸0.01wt%和聚醚类消泡剂0.3wt %，用醋酸调节pH值至4.2，再由过滤精度为ΙΟμπι的金属过滤器过滤后静置脱泡5小时，获得纺丝原液；
[0039]2、凝固成型
[0040]将所述纺丝原液经计量栗计量后通过孔径0.065mm的喷丝头进行喷丝，丝条在凝固浴中固化成型；所述凝固浴中含硫酸钠340g/L，硫酸锌10g/L，氢氧化钠25g/L，双氧水0.018g/L，亚硫酸钠0.4g/L。所述凝固浴的温度42°C。
[0041]3、湿热拉伸
[0042]将经步骤2凝固后的丝束进行湿热拉伸处理，所述湿热拉伸依次包括中和浴中和、湿热牵伸浴牵伸、水洗浴水洗以及油浴上油，具体过程如下:
[0043]将凝固后的丝束置于硫酸钠含量240g/L、硫酸含量30g//L的中和浴中中和，中和浴的温度48°C ;中和后的丝束在硫酸钠含量360g/L、硫酸含量30g/L的湿热牵伸浴中进行湿热牵伸，湿热牵伸浴的温度88°C ；湿热牵伸后的丝束在400C的水中进行水洗;水洗后的丝束进入32 °C的油浴中进行上油。
[0044]4、干燥定型
[0045]将步骤3处理后的丝束进行干燥定型处理，所述干燥定型依次包括一段干燥、二段干燥、预热段、延伸段、收缩段以及冷却段，具体过程如下:
[0046]—段干燥的温度为60°C，干燥时间195秒；二段干燥的温度为85°C，干燥时间216秒;预热段的温度为180°C，预热时间130秒;延伸段的温度为225°C，延伸时间48秒;收缩段的温度为210°C，收缩时间35秒;冷却段的温度为28°C，冷却时间50秒。
[0047]本实施例制得纤维的拉伸线强度为12.68CN/dtex，弹性模量为285CN/dtex，初熔温度为106°C，线密度为0.56dtex，断裂伸长为6.5%。
[0048]实施例2:
[0049]本实施例中高强度、高模量聚乙烯醇细旦纤维的制备方法如下:
[0050]1、纺丝原液配制
[0051]将聚合度2000、醇解度多99%的聚乙烯醇树脂17质量份和去离子水83质量份混合，在115°C下溶解6小时获得聚乙烯醇溶液，然后加入硼酸2wt %、石碳酸0.02wt %和聚醚类消泡剂0.4wt%，用醋酸调节pH值至4.5，再由过滤精度为?ομπι的金属过滤器过滤后静置脱泡6小时，获得纺丝原液；
[0052]2、凝固成型
[0053]将所述纺丝原液经计量栗计量后通过孔径0.09mm的喷丝头进行喷丝，丝条在凝固浴中固化成型；所述凝固浴中含硫酸钠380g/L，硫酸锌12g/L，氢氧化钠35g/L，双氧水0.022g/L，亚硫酸钠0.48g/L。所述凝固浴的温度44°C。
[0054]3、湿热拉伸
[0055]将经步骤2凝固后的丝束进行湿热拉伸处理，所述湿热拉伸依次包括中和浴中和、湿热牵伸浴牵伸、水洗浴水洗以及油浴上油，具体过程如下:
[0056]将凝固后的丝束置于硫酸钠含量255g/L、硫酸含量35g//L的中和浴中中和，中和浴的温度50°C ;中和后的丝束在硫酸钠含量390g/L、硫酸含量35g/L的湿热牵伸浴中进行湿热牵伸，湿热牵伸浴的温度91°C ；湿热牵伸后的丝束在42°C的水中进行水洗;水洗后的丝束进入35°C的油浴中进行上油。
[0057]4、干燥定型
[0058]将步骤3处理后的丝束进行干燥定型处理，所述干燥定型依次包括一段干燥、二段干燥、预热段、延伸段、收缩段以及冷却段，具体过程如下:
[0059]—段干燥的温度为60°C，干燥时间190秒；二段干燥的温度为95°C，干燥时间210秒;预热段的温度为180°C，预热时间128秒;延伸段的温度为225°C，延伸时间45秒;收缩段的温度为205°C，收缩时间40秒;冷却段的温度为32°C，冷却时间40秒。
[0060]本实施例制得纤维的拉伸线强度为12.97CN/dtex，弹性模量为295CN/dtex，初熔温度为109°C，线密度为1.ldtex，断裂伸长为6.8%。
[0061 ] 实施例3:
[0062]本实施例中高强度、高模量聚乙烯醇细旦纤维的制备方法如下:
[0063]1、纺丝原液配制
[0064]将聚合度1785、醇解度多99%的聚乙烯醇树脂15质量份和去离子水85质量份混合，在105°C下溶解5.5小时获得聚乙烯醇溶液，然后加入硼酸1.2wt%、石碳酸0.01wt%和聚醚类消泡剂0.33wt%，用硫酸调节pH值至4.5，再由过滤精度为ΙΟμπι的金属过滤器过滤后静置脱泡6.5小时，获得纺丝原液；
[0065]2、凝固成型
[0066]将所述纺丝原液经计量栗计量后通过孔径0.07mm的喷丝头进行喷丝，丝条在凝固浴中固化成型；所述凝固浴中含硫酸钠350g/L，硫酸锌llg/L，氢氧化钠30g/L，双氧水0.02g/L，亚硫酸钠0.48g/L。所述凝固浴的温度42°C。
[0067]3、湿热拉伸
[0068]将经步骤2凝固后的丝束进行湿热拉伸处理，所述湿热拉伸依次包括中和浴中和、湿热牵伸浴牵伸、水洗浴水洗以及油浴上油，具体过程如下:
[0069]将凝固后的丝束置于硫酸钠含量248g/L、硫酸含量32g/L的中和浴中中和，中和浴的温度49°C ;中和后的丝束在硫酸钠含量365g/L、硫酸含量35g/L的湿热牵伸浴中进行湿热牵伸，湿热牵伸浴的温度900C ；湿热牵伸后的丝束在440C的水中进行水洗;水洗后的丝束进入36°C的油浴中进行上油。
[0070]4、干燥定型
[0071]将步骤3处理后的丝束进行干燥定型处理，所述干燥定型依次包括一段干燥、二段干燥、预热段、延伸段、收缩段以及冷却段，具体过程如下:
[0072]一段干燥的温度为58 °C，干燥时间205秒；二段干燥的温度为91°C，干燥时间214秒;预热段的温度为175°C，预热时间119秒;延伸段的温度为219°C，延伸时间39秒;收缩段的温度为200°C，收缩时间40秒;冷却段的温度为35°C，冷却时间38秒。
[0073]本实施例制得纤维的拉伸线强度为12.87CN/dtex，弹性模量为290CN/dtex，初熔温度为107.5°C，线密度为1.02dtex，断裂伸长为5.7%。
[0074]实施例4:
[0075]本实施例中高强度、高模量聚乙烯醇细旦纤维的制备方法如下:
[0076]1、纺丝原液配制
[0077]将聚合度1850、醇解度多99%的聚乙烯醇树脂16质量份和去离子水84质量份混合，在104°C下溶解6小时获得聚乙烯醇溶液，然后加入硼酸1.4wt %、石碳酸0.015wt %和聚醚类消泡剂0.36wt%，用醋酸调节pH值至4.5，再由过滤精度为ΙΟμπι的金属过滤器过滤后静置脱泡7小时，获得纺丝原液；
[0078]2、凝固成型
[0079]将所述纺丝原液经计量栗计量后通过孔径0.08mm的喷丝头进行喷丝，丝条在凝固浴中固化成型；所述凝固浴中含硫酸钠345g/L，硫酸锌10g/L，氢氧化钠25g/L，双氧水
0.02g/L，亚硫酸钠0.45g/L。所述凝固浴的温度42°C。
[0080]3、湿热拉伸
[0081]将经步骤2凝固后的丝束进行湿热拉伸处理，所述湿热拉伸依次包括中和浴中和、湿热牵伸浴牵伸、水洗浴水洗以及油浴上油，具体过程如下:
[0082]将凝固后的丝束置于硫酸钠含量245g/L、硫酸含量35g/L的中和浴中中和，中和浴的温度50°C ;中和后的丝束在硫酸钠含量360g/L、硫酸含量30g/L的湿热牵伸浴中进行湿热牵伸，湿热牵伸浴的温度920C ；湿热牵伸后的丝束在440C的水中进行水洗;水洗后的丝束进入38 0C的油浴中进行上油。
[0083]4、干燥定型
[0084]将步骤3处理后的丝束进行干燥定型处理，所述干燥定型依次包括一段干燥、二段干燥、预热段、延伸段、收缩段以及冷却段，具体过程如下:
[0085]一段干燥的温度为58°C，干燥时间205秒；二段干燥的温度为90°C，干燥时间225秒;预热段的温度为175°C，预热时间125秒;延伸段的温度为220°C，延伸时间42秒;收缩段的温度为205°C，收缩时间55秒;冷却段的温度为35°C，冷却时间50秒。
[0086]本实施例制得纤维的拉伸线强度为12.95CN/dtex，弹性模量为290CN/dtex，初熔温度为107°C，线密度为0.98dtex，断裂伸长为6.8%。
【主权项】
1.一种高强度、高模量聚乙烯醇细旦纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)纺丝原液配制 将聚合度1700-2000、醇解度多99%的聚乙烯醇树脂12-17质量份和去离子水83-88质量份混合，在98-115°C下溶解4-6小时获得聚乙烯醇溶液，然后加入硼酸、石碳酸和聚醚类消泡剂，调节PH值至4.2-4.6，再由金属过滤器过滤后静置脱泡4-8小时，获得纺丝原液； (2)凝固成型 将所述纺丝原液经计量栗计量后通过孔径0.065-0.09mm的喷丝头进行喷丝，丝条在凝固浴中固化成型； (3)湿热拉伸 将经步骤(2)凝固后的丝束进行湿热拉伸处理，所述湿热拉伸依次包括中和浴中和、湿热牵伸浴牵伸、水洗浴水洗以及油浴上油； (4)干燥定型 将步骤(3)处理后的丝束进行干燥定型处理，获得聚乙烯醇细旦纤维;所述干燥定型依次包括一段干燥、二段干燥、预热段、延伸段、收缩段以及冷却段。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 硼酸的添加量为聚乙烯醇溶液质量的l_2wt%，石碳酸的添加量为聚乙烯醇溶液质量的0.01-0.02wt%，聚醚类消泡剂的添加量为聚乙烯醇溶液质量的0.3-0.4wt%。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 金属过滤器的过滤精度为9-1 Ιμπι。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 所述凝固浴中含硫酸钠340-400g/L，硫酸锌10-12g/L，氢氧化钠25_40g/L，双氧水0.018-0.022g/L，亚硫酸钠0.4-0.5g/L;所述凝固浴的温度40-45°C。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 所述中和浴是硫酸钠和硫酸的混合水溶液，其中硫酸钠含量240-260g/L，硫酸含量30-35g/L;所述中和浴的温度48-55 °C ; 所述湿热牵伸浴是硫酸钠和硫酸的混合水溶液，其中硫酸钠含量360-400g/L，硫酸含量30-358/1;所述湿热牵伸浴的温度88-92°(:; 所述水洗浴的温度为40-44°C ; 所述油浴的温度为32-38°C。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 一段干燥的温度为50-60°C，干燥时间190-210秒；二段干燥的温度为80-95°C，干燥时间210-230秒;预热段的温度为160-180°C，预热时间110-130秒;延伸段的温度为210-2250C，延伸时间38-48秒;收缩段的温度为200-215°C，收缩时间30-60秒;冷却段的温度为20-.50 °C，冷却时间30-60秒。
【文档编号】D01D1/02GK106087094SQ201610693236
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月19日 公开号201610693236.7, CN 106087094 A, CN 106087094A, CN 201610693236, CN-A-106087094, CN106087094 A, CN106087094A, CN201610693236, CN201610693236.7
【发明人】吴福胜, 崔明发, 王平林, 吴建军, 陈思鹏, 秦旱生, 田宗杰, 许守清
【申请人】安徽皖维高新材料股份有限公司