一種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法，屬于海藻酸系纖維制備方法的【技術領域】，包含以下步驟：以含可溶性海藻酸鹽的水溶液為紡絲原液，經過濾、脫泡后，經計量泵計量后通過噴絲頭在凝固浴紡絲成形，然后進行拉伸，在松弛狀態下進行預脫水以及采用親水性有機溶劑萃取脫水干燥，使卷曲形態定型。
【專利說明】一種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法，屬于海藻酸系纖維制備方法的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]海藻酸系纖維是以天然褐藻提取物為原料，通常，采用海藻酸鹽水溶液在含有鈣離子的凝固浴擠出進行紡絲，得到海藻酸鈣纖維(英國專利1394741 )。據已有的研究資料表明，純海藻酸系纖維具有優異高吸收水性、易去除性、成膠阻塞性、生物相容性以及可降解吸收等性能，特別適合用于醫用紗布、敷料等醫療衛生用途，是一種有發展前景的新型產業用紡織材料。
[0003]卷曲性是短纖維的一種必不可少的特性。在梳理成無紡布網面或制成短纖紗線過程，卷曲提供了在諸纖維之間的抱合力。它可以提高梳理性能和紡紗性能，有助于提高無紡布網面或紗線的強力、均勻性以及膨松性。卷曲纖維在吸收性制品中提供了更高的吸收性。
[0004]對熔紡熱塑性纖維來說，其卷曲性可以比較容易地通過機械處理和熱定型并舉的方法實現，比如采用蒸汽填塞箱卷曲法。日本特開平5-209318號，采用了填塞箱卷曲法的方式制備海藻酸系纖維及針刺無紡布，美國專利US4562110讓海藻酸鹽纖維擠壓在“魚尾”裝置使纖維形成卷曲。但是，對于不具有熱塑性的海藻酸系纖維來說，如通過機械軋壓，由于海藻酸系纖維濕強較低，在壓力下容易粘連并絲，制得的卷曲纖維經不起拉伸和潤濕處理，故通過這些機械方法制得的卷曲型纖維，其適用性較低。制備由兩種化學性質和物理性質均不同的聚合物的雙組分纖維體系也可以賦予纖維卷曲性。但這種生產方法由于噴絲頭組件復雜，生產工藝調節困難，同樣難以在海藻酸系纖維生產得到應用。
【發明內容】
[0005]為解決海藻酸系纖維卷曲性加工難的問題，本發明提供一種可方便賦予海藻酸系纖維卷曲性的制備方法。
[0006]為達到上述目的，本發明所采用的技術方案為:
一種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法，包括如下步驟:以含可溶性海藻酸鹽的水溶液為紡絲原液，經過濾、脫泡后，經計量泵計量后通過噴絲頭在凝固浴紡絲成形，控制成形速度，經一定張力下拉伸，在松弛狀態下進行預脫水以及采用親水性有機溶劑萃取脫水干燥，使卷曲形態定型(即在松弛狀態下進行預脫水，再在松弛狀態下采用親水性有機溶劑萃取脫水，最后常溫晾干得到卷曲形態定型的自卷曲型海藻酸系纖維)。
[0007]為了保證良好的可紡性，在進入計量泵之前的紡絲原液須進行過濾、真空脫泡等處理。
[0008]本發明得到的卷曲型海藻酸系纖維，其組成為海藻酸、水不溶性的海藻酸鹽以及海藻酸衍生物的一種及以上為主體。
[0009]作為上述方案的進一步設置，所述紡絲原液中，可溶性海藻酸鹽的濃度為2?8%，進一步優選的濃度為3~6%。
[0010]所述可溶性海藻酸鹽為海藻酸鈉、海藻酸鉀、海藻酸銨中的任意ー種或多種，并以水為溶劑形成紡絲原液。在此需要說明的是，紡絲原液的配制可以為將可溶性海藻酸鹽固體粉粒溶解在水中，也可以為海藻經過處理消化并過濾后得到的溶液直接作為紡絲原液。
[0011]其中，所述紡絲原液在進入噴絲頭前的旋轉粘度值為50(T50000mPa ? S，進ー步優選為 1000~20000mPa ? S。
[0012]所述噴絲頭上的噴絲孔孔徑在0.05、.12mm，紡絲時單個噴絲頭的紡絲原液吐出量在20(T2000g/min。單個噴絲頭上的孔數在數千至數萬左右。
[0013]所述凝固浴為無機強酸或ー些可反應形成不溶性海藻酸鹽的可溶性金屬鹽類的ー種及以上為主體溶解在水中。
[0014]其中，所述無機強酸包括鹽酸、硫酸、磷酸中的任意ー種或多種，金屬鹽類包括氯化鈣、氯化銅、氯化鋅、硫酸銅、硝酸銀中的任意ー種或多種。
[0015]所述控制成形速度，其方法為采用噴絲頭負抽伸，即出凝固浴時的絲束速度小于噴絲頭噴絲速度，兩者的速度比值控制在0.50~0.95，優選為0.70~0.90。
[0016]本發明利用海藻酸系纖維形成的皮芯結構具有不同的力學收縮性，從而得到卷曲型海藻酸系纖維，需要通過以下四個步驟。
[0017]1.在凝固浴紡絲時，流出噴絲孔的粘膠細流，要施加一定的抽伸張力，即噴絲頭的抽伸，以形成合適的皮芯結構。較堅硬的皮層與處于膠狀的芯層，在后續拉伸中能夠體現了不同的力學收縮，從而產生了卷曲形態。
[0018]將出凝固浴時的絲束速度與噴絲頭噴絲速度比例定義為噴絲頭抽伸值。如抽伸值過大，凝固不充分，皮層過薄，在后`續拉伸時皮層破損，不能體現較明顯的收縮差異，同時破損后膠狀的芯層漏出后容易使纖維發生粘連。抽伸值越小，則延長初生纖維處于塑性凍膠狀態的時間，有利于均勻一致的固化和牽伸能力的提高。但是抽伸值過小，絲條在凝固浴中阻カ增回，所得纖維的物理機械性能，特別是斷裂伸長降低，同時纖維會變粗。
[0019]2.纖維成形后，得到充分的拉伸。拉伸カ越大，卷曲形態越能體現，理想的總拉伸比例(最后一組羅拉速度與第一組羅拉速度之比)應接近纖維的最大拉伸能力，但為了保證連續生產，不產生斷絲毛絲，以最大拉伸比的70、0%為合適的拉伸比例，一般來說，總拉伸比例在1.3^2.5倍，優選為1.5^2.0。
[0020]3.拉伸之后進行松弛。纖維經強カ拉伸后，再經松弛，由于皮芯層表現出不同的回弾性，在松弛后產生明顯的卷曲形態。干燥過程時均須在松弛狀態下進行。
[0021]4.通過親水性有機溶劑萃取纖維內部水分，使纖維的卷曲形態得以固定。如果直接采用烘干脫水，由于水的強大表面張カ作用，纖維相互接近，形成毛細管效應，導致纖維間吸引力増加，而使得纖維粘連發硬。本發明采用親水性有機溶劑將纖維中的水分萃取后，親水性有機溶劑的表面張カ小，對纖維拉緊的作用也小，故經脫水后，纖維間的吸引力和毛細管作用將大大降低，從而減輕了粘連程度。而后除去有機溶劑，得到的纖維不發生粘連，卷曲形態也得以固定。
[0022]為了減少有機溶劑的使用量，可在有機溶劑萃取之前進行預脫水，預脫水后纖維的水分率需控制在50%以上，否則纖維因失水發生粘連。預脫水的溫度不能超過90度，否則也易使纖維局部發生粘連。預脫水過程可以采用離心脫水或真空干燥等低溫脫水方式。[0023]有機溶劑快速蒸發去除，有利于卷曲形態的固定，所以使用的親水性有機溶劑其沸點須小于水的沸點，故分子中碳數不宜過多，碳數廣5的醇類、碳數2?5的酮類以及碳數2飛的醚類均為合適的溶劑，優選為甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、四氫呋喃。
[0024]通過以上關鍵的四個步驟后，得到具有卷曲形態的海藻酸系纖維，根據用途可以切斷成相應長度的短纖維。
[0025]本發明得到的海藻酸系纖維還可以經過離子交換或支化交聯反應等處理成其它類別的海藻酸系纖維。離子交換反應采用如前所述的凝固浴成分，支化交聯反應可采用氧化烯烴類、異氰酸酯類、二醛類等化合物形成水不溶性的海藻酸系衍生物。處理過程可以在凝固浴之后的浴槽在有張力的情況下進行，也可在拉伸結束后的松弛過程時采用浸潰的方式。
【具體實施方式】
[0026]下面結合實施例，對本發明進一步說明。下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發明的保護范圍。
[0027]實施例1
取8kg海藻酸鈉原料(規格:200mPa.s，含水率14.9%)溶解于140L純水(25°C電導率為5.0 μ S/cm2)在40°C保溫下攪拌2h，配制成4.6wt%的海藻酸鈉溶液，然后經過濾，真空脫泡8小時(真空度為-0.8MPa)后，40°C保溫放置一天，原液粘度為4200mPa.s，通過孔徑
0.08mm，孔數為15000孔的噴絲頭，原液吐出量約為800g/min，凝固浴濃度為40g/L的氯化鈣水溶液，噴絲頭抽伸值為1.1，接著在牽伸機上牽伸，總拉伸比例在1.8，無張力下存條，再進行離心脫水，采用90wt%的酒精溶液進行水分萃取，再進行自然晾干，得到海藻酸鈣纖維絲束。
[0028]實施例2
取8kg海藻酸鈉原料(規格:400mPa.s，含水率14.9%)溶解于140L純水(25°C電導率為5.0 μ S/cm2)在40°C保溫下攪拌2h，配制成4.6wt%的海藻酸鈉溶液，然后經過濾，真空脫泡8小時(真空度為-0.8MPa)后，40°C保溫放置一天，原液粘度為4200mPa.s，通過孔徑
0.08mm，孔數為15000孔的噴絲頭，原液吐出量約為800g/min，凝固浴濃度為40g/L的氯化鈣水溶液，出凝固浴時的絲束速度與噴絲頭噴絲速度比例為0.8，接著在牽伸機上牽伸，總拉伸比例在1.2，無張力下存條，再進行離心脫水，采用90wt%的酒精溶液進行水分萃取，離心脫溶劑后進行常溫自然晾干，得到海藻酸鈣纖維絲束。
[0029]實施例3
取8kg海藻酸鈉原料(規格:200mPa.s，含水率14.9%)溶解于140L純水(25°C電導率為5.0 μ S/cm2)在40°C保溫下攪拌2h，配制成4.6wt%的海藻酸鈉溶液，然后經過濾，真空脫泡8小時(真空度為-0.8MPa)后，40°C保溫放置一天，原液粘度為4200mPa.s，通過孔徑
0.08mm，孔數為15000孔的噴絲頭，原液吐出量約為800g/min，凝固浴濃度為40g/L的氯化鈣水溶液，出凝固浴時的絲束速度與噴絲頭噴絲速度比例為0.8，接著在牽伸機上牽伸，總拉伸比例在1.8，無張力下存條，再進行離心脫水后，浸泡在90wt%的酒精溶液，離心脫溶劑后常溫干燥，得到海藻酸鈣纖維絲束。
[0030]實施例4取8kg海藻酸鈉原料(規格:400mPa ? s，含水率14.9%)溶解于140L純水(25°C電導率為5.0 S/cm2)在40°C保溫下攪拌2h，配制成4.6wt%的海藻酸鈉溶液，然后經過濾，真空脫泡8小時(真空度為-0.8MPa)后，40°C保溫放置一天，原液粘度為2000mPa ? s，通過孔徑
0.08mm，孔數為15000孔的噴絲頭，原液吐出量約為800g/min，凝固浴濃度為40g/L的氯化鈣水溶液，出凝固浴時的絲束速度與噴絲頭噴絲速度比例為0.8，接著在牽伸機上牽伸，總拉伸比例在1.8，在張カ下收卷，再進行離心脫水后，浸泡在丙酮溶液，離心脫溶劑后常溫干燥，得到海藻酸鈣纖維絲束。
[0031]實施例5
取7kg海藻酸鈉原料(規格:200mPa ? s，含水率14.9%)溶解于140L純水(25°C電導率為5.0 S/cm2)在40°C保溫下攪拌2h，配制成4.0wt%的海藻酸鈉溶液，然后經過濾，真空脫泡8小時(真空度為-0.8MPa)后，40°C保溫放置一天，原液粘度為2200mPa ? s，通過孔徑
0.08mm，孔數為15000孔的噴絲頭，原液吐出量約為800g/min，凝固浴濃度為40g/L的氯化鈣水溶液，出凝固浴時的絲束速度與噴絲頭噴絲速度比例為0.8，接著在牽伸機上牽伸，總拉伸比例在1.9，存條放置，再進行離心脫水后，浸泡在90wt%的酒精溶液，離心脫溶劑后常溫干燥，得到海藻酸鈣纖維絲束。
【權利要求】
1.一種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法，其特征在于包含以下步驟:以含可溶性海藻酸鹽的水溶液為紡絲原液，經過濾、脫泡后，經計量泵計量后通過噴絲頭在凝固浴紡絲成形，然后進行拉伸，在松弛狀態下進行預脫水以及采用親水性有機溶劑萃取脫水干燥，使卷曲形態定型。
2.如權利要求1所述的ー種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法，其特征在于:所述紡絲原液中可溶性海藻酸鹽的質量濃度為2~8%，可溶性海藻酸鹽為海藻酸鈉、海藻酸鉀、海藻酸銨中的任意ー種或多種。
3.如權利要求1所述的ー種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法，其特征在于:所述凝固浴為無機強酸或ー些可反應形成不溶性海藻酸鹽的可溶性金屬鹽類的ー種及以上為主體溶解在水中；其中，所述無機強酸包括鹽酸、硫酸、磷酸中的任意ー種或多種，金屬鹽類包括氯化鈣、氯化銅、氯化鋅、硫酸銅、硝酸銀中的任意ー種或多種。
4.如權利要求1所述的ー種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法，其特征在于:所述紡絲原液經過濾、脫泡后，在進入計量泵之前，該紡絲原液的旋轉粘度值為500飛OOOOmPa *s。
5.如權利要求1所述的ー種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法，其特征在于:所述紡絲原液經計量泵計量后通過噴絲頭在凝固浴紡絲成形時，要控制成形速度，具體采用噴絲頭負抽伸，使得出凝固浴絲束的速度小于噴絲頭噴絲的速度。
6.如權利要求1所述的ー種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法，其特征在于:所述拉伸エ序，其總拉伸比為1.3^2.5。
7.如權利要求1所述的ー種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法，其特征在于:所述預脫水エ序，其預脫水溫度不能超過90°C，預脫水后纖維水分率控制在5(T200%。
8.如權利要求1所述的ー種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法，其特征在于:所述親水性有機溶劑是碳數在廣5的醇類、碳數在2飛的酮類以及 碳數在2飛的醚類中，至少ー種及以上。
9.如權利要求8所述的ー種自卷曲型海藻酸系纖維的制備方法，其特征在于:所述親水性有機溶劑是甲醇、こ醇、丙酮、四氫呋喃中的任意ー種或多種。
【文檔編號】D01F9/04GK103556302SQ201310502467
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2013年10月23日
【發明者】朱平, 林鵬, 張傳杰, 王榮根, 李鮮明, 王文濤, 孫向玲 申請人:紹興藍海纖維科技有限公司, 武漢紡織大學