一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维，所述复合粘胶纤维，由粘胶纤维基体以及分布在纤维基体内的纳米微晶纤维素组成；本发明专利技术还提供上述纤维的制备方法。本发明专利技术提供的粘胶纤维的制备方法，依托常规粘胶纤维的生产线即可实现生产，方法简洁，成本低；本发明专利技术制备的粘胶复合纤维，全部由纤维素组成，纳米微晶纤维素与粘胶纤维的分子结构相同，仅仅是超分子结构的差别，两者的相容性好；本发明专利技术制备的粘胶复合纤维，纳米微晶纤维素在纤维内部分散均匀，超分子结构比粘胶纤维更有序，结晶度好、取向度高，纤维的力学性能好，不匀率低。

A nano-microcrystalline cellulose composite viscose fiber and its preparation method

The invention provides a nano-microcrystalline cellulose composite viscose fiber, which is composed of a viscose fiber matrix and nano-microcrystalline cellulose distributed in the fiber matrix, and also provides a preparation method of the fiber. The preparation method of viscose fibers provided by the invention can be realized by relying on the production line of conventional viscose fibers with simple method and low cost; the viscose composite fibers prepared by the invention are all composed of cellulose, and the molecular structure of nano-microcrystalline cellulose and viscose fibers is the same, only the difference of supramolecular structure, and the compatibility of the two is good; the viscose composite prepared by the invention is characterized by good compatibility. Fiber and nano-microcrystalline cellulose are uniformly dispersed in the fiber. Supramolecular structure is more orderly than viscose fiber. It has good crystallinity, high orientation, good mechanical properties and low unevenness.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维及其制备方法
本专利技术属于功能纤维领域，涉及一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维及其制备方法。
技术介绍
粘胶纤维是世界上产量最大的再生纤维素纤维，透气柔软，穿着舒服，具有良好的皮肤亲和性，广泛应用于服装和各类纺织用品。普通粘胶纤维的干态断裂强度为1.8~2.6cN/dtex，，湿态断裂强度为0.9~1.5cN/dtex。由于普通粘胶纤维的结晶度低，无定形区占比大，湿态条件下水分子进入纤维内部，与纤维素分子链上的羟基形成氢键作用，破坏了纤维素分子链内与分子链间的相互作用，使得纤维素分子链间发生滑移，因此湿态条件下普通粘胶纤维的尺寸稳定性差，力学性能下降严重。由此可知，结晶及其取向程度与粘胶纤维力学性能紧密相关。莫代尔纤维等高湿模量粘胶纤维，通过纤维素聚合度、凝固浴条件，牵伸等条件的改进，提高了粘胶纤维的结晶和取向度，使纤维湿态断裂强度、模量得以提高。纳米微晶纤维素是一种棒状的纤维素晶体，其直径小于100nm，是纤维素的最小物理结构单元。纳米微晶纤维素是高度结晶的纤维素结构，常被用作复合材料的填充物，能够增强材料的力学性能。目前，还未见到纳米微晶纤维素复合粘胶纤维的报道。已有研究将纳米微晶纤维素加入醋酸纤维素纺丝液，制备了纳米微晶纤维素复合醋酸纤维，纤维的力学性能有一定程度的提高（Biomacromolecules,2014,15(10):3827-35.）。但是，纺丝液中的纳米微晶纤维素容易发生聚集，使得纳米微晶纤维素在纤维内部分布不均匀，影响了复合纤维生产的稳定性，造成纤维不匀率的上升。
技术实现思路
本专利技术提供一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维及其制备方法，实现以下专利技术目的：（1）提高纤维的干强和湿强；（2）避免纳米微晶纤维素在粘胶纤维内部的团聚，使其均匀分散并沿纤维轴向规则排列，能够显著提高复合纤维的力学性能，降低复合纤维不匀率。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维，主要由粘胶纤维基体以及分布在纤维基体内的纳米微晶纤维素组成。如上所述的纳米微晶纤维素复合粘胶纤维，所述纳米微晶纤维素复合粘胶纤维的纤度为1.2~5.0dtex，干态断裂强度为3.0~4.0cN/dtex，干态断裂伸长率为13~16%；湿态断裂强度为2.0~3.0cN/dtex，湿态断裂伸长率为16~19%，线密度偏差率±5%，干断裂强力变异系数（CV）小于18.0%。本专利技术还提供制备如上所述的纳米微晶纤维素复合粘胶纤维的方法，基于常规粘胶纤维的生产过程，即碱化-压榨-粉碎-老成-黄化-研磨-溶解-过滤-脱泡-挤出-凝固-牵伸-水洗-切断等的工序。在粘胶纤维成形的溶解阶段加入黄化纳米微晶纤维素。具体包括如下步骤：（1）表层黄化纳米微晶纤维素的制备将纳米微晶纤维素表层进行碱化、压榨、黄化处理。所述的纳米微晶纤维素，直径为5~50nm，长度为0.3~3μm。A、纳米微晶纤维素表层碱化处理所述的纳米微晶纤维素表层碱化处理，是将纳米微晶纤维素加入质量分数为15~20%的NaOH溶液，搅拌2~5分钟，温度为50~70℃，制得表层碱化纳米微晶纤维素悬浊物；所述纳米微晶纤维素占NaOH溶液的质量百分比为5~10%。B、压榨处理将表层碱化纳米微晶纤维素悬浊物进行压榨处理，通过挤压的方法减少表层碱化纳米微晶纤维素的碱含量，压榨处理后的碱化纳米微晶纤维素悬浊物中，表层碱化纳米微晶纤维素与NaOH溶液的质量比提高至50~60%。C、黄化处理所述的黄化处理，是将二硫化碳与表层碱化纳米微晶纤维素反应，所述二硫化碳质量占表层碱化纳米微晶纤维素的质量比为1~5%，反应时间为30分钟，反应温度为5~10℃；制得表层黄化纳米微晶纤维素悬浊物。所述的表层黄化纳米微晶纤维素，具体是指表层为纤维素黄酸酯的纳米微晶纤维素，黄酸酯取代度为0.3~1。纤维素黄酸酯位于纳米纤维素微晶表层，层厚不超过1μm，纤维素黄酸酯占表层黄化纳米微晶纤维素的质量分数为0.5~2%。（2）表层黄化纳米微晶纤维素/粘胶功能母液的制备将表层黄化纳米纤维素悬浊物加入粘胶功能母液基液，在搅拌器内搅拌混合，制得表层黄化纳米微晶纤维素/粘胶功能母液。搅拌速率为50~100转/分，混合温度为5~15℃，混合时间为30~60分钟，表层黄化纳米微晶纤维素占粘胶功能母液基液中纤维素的质量分数是15~30%。所述粘胶功能母液基液，纤维素的质量分数为5~7%，NaOH的质量分数为5~7%，粘度是30~45秒，按落球法计；熟成度为12.0~14.0ml(10%NH4Cl计)。（3）功能母液的纺前注射将步骤（2）制备的功能母液，注入喷丝头前的动态混合器和静态混合器，以在线添加的方式，在挤出工序前加入粘胶纺丝液，制得混合纺丝液。所述的粘胶纺丝液，纤维素的质量分数为8~10%，NaOH的质量分数为5~8%，粘度是40~50秒，按落球法计；熟成度为14.0~16.0ml(10%NH4Cl计)。所述的混合纺丝液，表层黄化纳米微晶纤维素占混合纺丝液中纤维素的质量分数为3~10%。（4）复合纤维的纺丝成形将步骤（3）中的纺丝液通过纺丝机挤出并进入一浴凝固浴，所述一浴凝固浴的组成为80~90g/L的硫酸，180~200g/L的硫酸钠和9~13g/L的硫酸锌，一浴凝固温度为35~40℃。一浴拉伸率为150~180%。出一浴的纤维通过牵伸机进入二浴凝固浴，所述二浴凝固浴的组成为23~30g/L的硫酸，温度为90~95℃，二浴拉伸率为60~70%。（5）复合纤维的后处理出二浴的复合纤维，经水洗、烘干，制得纳米微晶纤维素复合粘胶纤维。专利技术机理：本专利技术的机理是将纳米微晶纤维素加入粘胶纤维纺丝液并纺丝成形，制得纳米微晶纤维素复合粘胶纤维。纳米微晶纤维素在复合纤维中起到骨架作用，结晶度显著高于粘胶纤维的结晶度，能够提高粘胶纤维的力学性能，降低纤维不匀率。经表层黄化的纳米微晶纤维素，随粘胶液进入凝固浴，重新转换为纤维素。还原的纳米微晶纤维素表层，结晶结构从纤维素I转换为纤维素II型结构，还具有部分取向的无定形结构，起到界面层的作用，提高了纳米微晶纤维素和粘胶纤维的相互作用力，有利于纤维结构的稳定和力学性能的提高。与现有技术相比，本专利技术取得如下有益效果：1）本专利技术提供的粘胶纤维的制备方法，依托常规粘胶纤维的生产线即可实现生产，方法简洁，成本低。2）本专利技术制备的粘胶复合纤维，全部由纤维素组成，纳米微晶纤维素与粘胶纤维的分子结构相同，仅仅是超分子结构的差别，两者的相容性好。3）本专利技术制备的粘胶复合纤维，纳米微晶纤维素在纤维内部分散均匀，超分子结构比粘胶纤维更有序，结晶度好、取向度高，纤维的力学性能好，不匀率低。本专利技术制备的复合粘胶纤维，纤度为1.2-5dtex，干态断裂强度为3.0-4.0cN/dtex，干态断裂伸长率为13-16%，湿态断裂强度为2.3-3.0cN/dtex，湿态断裂伸长率为16-19%；线密度偏差率±5%，干断裂强力变异系数（CV）小于18.0%。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维，其特征在于：所述复合粘胶纤维，由粘胶纤维基体以及分布在纤维基体内的纳米微晶纤维素组成。

【技术特征摘要】
1.一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维，其特征在于：所述复合粘胶纤维，由粘胶纤维基体以及分布在纤维基体内的纳米微晶纤维素组成。2.根据权利要求1所述的一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维，其特征在于：所述复合粘胶纤维，干态断裂强度为3.0~4.0cN/dtex，湿态断裂强度为2.0~3.0cN/dtex，线密度偏差率±5%，干断裂强力变异系数（CV）小于18.0%。3.一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维的制备方法，其特征在于：所述制备方法，包括以下步骤：表层黄化纳米微晶纤维素的制备、表层黄化纳米微晶纤维素/粘胶功能母液的制备、功能母液的纺前注射、复合纤维的纺丝成形。4.根据权利要求3所述的一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维的制备方法，其特征在于：所述表层黄化纳米微晶纤维素，是表层为纤维素黄酸酯的纳米微晶纤维素，黄酸酯取代度为0.3~1；纤维素黄酸酯位于纳米纤维素微晶表层，层厚不超过1μm，纤维素黄酸酯占表层黄化纳米微晶纤维素的质量分数为0.5~2%。5.根据权利要求3所述的一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维的制备方法，其特征在于：所述表层黄化纳米微晶纤维素/粘胶功能母液的制备，将表层黄化纳米纤维素加入粘胶功能母液基液，搅拌混合，制得表层黄化纳米微晶纤维素/粘胶功能母液；表层黄化纳米微晶纤维素占粘胶功能母液基液中纤维素的质量分数是15~30%；所述粘胶功能母液基液，纤维素的质量分数为5~7%，NaOH的质量分数为5~7%，粘度是30~45秒；熟成度为12.0~14.0ml(10%NH4Cl计)。6.根据权利要求5所述的一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维的制备方法，其特征在于：所述搅拌混合，搅拌速率为50~100转/分，混合温度为5~15℃，混合时间为30~60分钟。7.根据权利要求3所述的一种纳米微晶纤维素复合粘胶纤维的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚勇波，王东兴，王乐军，范磊，刘怡宁，陈思，
申请(专利权)人：嘉兴学院，恒天纤维集团有限公司，恒天生物基材料工程技术宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33