一种再生纤维素强力丝及其制备方法

摘要

本发明提供一种再生纤维素强力丝，所述再生纤维素强力丝，原纤化指数≤3；本发明还提供一种再生纤维素强力丝的制备方法，包括制备纺丝溶液、纺丝、拉伸；所述拉伸，纺丝得到的丝束经过空气段、然后进行第一级拉伸、第二级拉伸或更多级数拉伸。本发明制备的再生纤维素强力丝，可以同时满足高强高模且低原纤化，制得的再生纤维素的干态断裂强度为4.5~6.0cN/dtex，湿态断裂强度为3.8~5.5cN/dtex，干态模量≥90cN/dtex，原纤化指数≤3。

权利要求

1.一种再生纤维素强力丝的制备方法，其特征在于，所述再生纤维素强力丝，原纤化指数≤3；

所述再生纤维素强力丝的制备方法，包括制备纺丝溶液、纺丝、拉伸；所述拉伸，纺丝得到的丝束经过空气段、然后进行第一级拉伸、第二级拉伸或更多级数拉伸；

所述再生纤维素强力丝，为Lyocell纤维；

所述第一级拉伸，得到的第一级拉伸丝的组成为NMMO：15wt%-40wt%，纤维素：5%-25%，水：45%-60%；所述第一级拉伸丝，强度1.1-2.3cN/dtex，断裂伸长率20%-55%，双折射率

0.021-0.055；

所述第二级拉伸，凝固浴中NMMO浓度为0wt%-30wt%，温度0-60℃，拉伸倍率1-5倍，二辊拉伸速度为10-60m/min，停留时间2.0-12s；

所述第二级拉伸，得到的第二级拉伸丝的组成为NMMO：5wt%-15wt%，纤维素：12%-45%，水：40%-80%；所述第二级拉伸丝，强度3.0-5.3cN/dtex，断裂伸长率10%-25%，双折射率

0.035-0.072。

2.根据权利要求1所述的一种再生纤维素强力丝的制备方法，其特征在于，所述再生纤维素强力丝，干态强度4.5 6.0cN/dtex，湿态强度3.8 5.5cN/dtex，干态模量≥90cN/dtex。

~ ~

3.根据权利要求1所述的一种再生纤维素强力丝的制备方法，其特征在于，所述拉伸，纺丝得到的丝束经过空气段、然后进行第一级拉伸、第二级拉伸；所述空气段，长度为10-

300mm，停留时间为0.03-4.0s。

4.根据权利要求3所述的一种再生纤维素强力丝的制备方法，其特征在于，所述第一级拉伸，凝固浴中NMMO浓度为0wt%-40wt%，温度0-30℃，拉伸倍率1-10倍，一辊拉伸速度为5-

20 m/min，停留时间0.05-25s。

5.根据权利要求1所述的一种再生纤维素强力丝的制备方法，其特征在于，所述纺丝溶液，纤维素含量为5%-14%，NMMO含量为75-80wt%，其余为水。

6.根据权利要求1所述的一种再生纤维素强力丝的制备方法，其特征在于，所述纺丝，纺丝温度85-105℃，喷丝孔直径为0.05mm-0.2mm。

说明书

一种再生纤维素强力丝及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于纤维制造领域，涉及一种再生纤维素强力丝及其制备方法。

背景技术

[0002] 以NMMO为溶剂制备再生纤维素纤维，具有强度和模量高，尤其是湿强和湿模量都较高，且干湿强度相仿，尺寸稳定性好，耐热性佳，生产工艺对环境友好等优势；然而，Lyocell纤维的原纤化特征，不仅给织物的染色、穿着和洗涤带来问题；而且会影响Lyocell纤维作为产业用高强丝的应用稳定性。

[0003] 目前针对Lyocell纤维易产生原纤化的问题，主要通过对纤维进行后处理，主要有碱液、树脂和交联剂对纤维进行处理。利用这种方法已实现具有抗原纤化性能的Lyocell纤维的产业化生产。

[0004] 专利CN95192563.6A报道了具有三个丙烯酰胺基，优选为1,3,5-三丙烯酰胺基六氢化-1,3,5-三嗪的交联剂，与潮湿态溶液纺纤维素纤维反应，减少其原纤化倾向。专利CN98801507.2A报道了具有两个反应性基团的纺织助剂，优选为2,4-二氯-6-羟基三嗪钠盐的交联剂降低溶液纺纤维素纤维的原纤化倾向的方法。但这些工艺中使用的交联剂合成繁琐，价格昂贵，且交联剂不易长期存储，在使用中易发生水解，影响交联反应的效率和纤维抗原纤化性能的效果。

[0005] 专利CN103306136A报道了一种交联剂组合物，其为分子量为400～1000的低聚多元酸和C2～C6多元酸以一定比例混合而成，虽然解决了交联剂合成繁琐，价格昂贵，不易存储、易水解的问题，但在对纤维进行处理过程中，处理温度高，且处理时间长，对纤维的力学性能造成较大的影响。

[0006] 专利EP-A-494 851中描述了一种方法，对基本无应力的挤出和凝固的纤维素进行拉伸，在该方法中要点是，新挤出的长丝不进行拉伸；此方法类似于一塑性的变形过程，其中，原始材料即未经拉伸的Lyocell长丝具有一橡胶状的稠度。但按照此专利方法制成的纤维机械特性不符合当今的要求。

[0007] 专利CN100410430C提供了一种Lyocell纤维后拉伸的方法，将通过空气段，并在凝固浴中凝固拉伸后的长丝进行后拉伸，其后拉伸是在热处理条件下对长丝施加一定的张力进行的，此方法可以改善Lyocell纤维的纺织特性，提高其机械强度，特别是纤维的湿模量，可以到达350cN/tex，但作为纤维素强力丝，其机械性能不能满足要求，且未改善纤维素纤维原纤化的问题。

[0008] 文献研究表明，Lyocell纺丝工艺中，包括纺丝液浓度，凝固浴的温度浓度，空气段长度，纺丝速度以及拉伸倍率都对Lyocell纤维的原纤化有影响。通过调整纺丝工艺条件可以达到降低Lyocell纤维原纤化的目的，但同时也会影响到纤维的力学性能，无法满足减小原纤化的同时，又能得到强度和模量较高的Lyocell纤维。

[0009] 综上所述，现有技术中提高Lyocell纤维的抗原纤能力的方法，存在以下技术问题：

[0010] （1）采用交联剂处理的方法存在处理温度高，且处理时间长，对纤维的力学性能造成较大的影响，降低纤维的断裂强度和伸长率等力学性能；同时高温交联处理，使得纤维变得硬而脆，失去原有的柔软性。

[0011] （2）调整纺丝工艺可以降低Lyocell纤维的原纤化，但是同时影响纤维的力学性能，未报道同时满足高强、高模和抗原纤化的技术。

发明内容

[0012] 为解决现有技术存在的不足，本发明采取新的纺丝技术方法，两级拉伸的干喷湿纺纺丝工艺，制备一种Lyocell纤维强力丝，实现以下发明目的：

[0013] （1）提高Lyocell纤维的强度和模量；

[0014] （2）降低Lyocell纤维的原纤化程度；

[0015] （3）保持Lyocell纤维的柔软性能。

[0016] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0017] 一种再生纤维素强力丝，干态断裂强度为4.5 6.0cN/dtex，湿态断裂强度为3.8~ ~5.5cN/dtex，干态模量≥90cN/dtex，原纤化指数≤3。

[0018] 以下是对上述技术方案的进一步改进：

[0019] 所述再生纤维素强力丝，为Lyocell纤维。

[0020] 一种再生纤维素强力丝的制备方法，包括以下步骤：

[0021] （1）制备纺丝溶液

[0022] 将聚合度为400-1200的纤维素浆粕和NMMO溶液混合脱水溶解，制备浓度为5%-14%的纤维素纺丝溶液。

[0023] 所述纤维素浆粕的聚合度优选为500-600；

[0024] 所述NMMO溶液的浓度优选为45-55wt%；

[0025] 所述纺丝溶液中纤维素的含量优选为8-12%，NMMO含量为76-80%，水含量为10-14%。

[0026] （2）纺丝

[0027] 然后经喷丝孔挤出进行纺丝；喷丝孔直径为0.05mm-0.2mm，优选为0.1mm，纺丝温度为85-105℃，优选为85-95℃。

[0028] （3）拉伸

[0029] 经过空气段、第一级拉伸和第二级拉伸；

[0030] 空气段的长度为10-300mm，优选为50-100mm，空气段的停留时间为0.03-4.0s，优选为0.3-0.6s。

[0031] 第一级拉伸的工艺条件为：凝固浴为质量浓度为0%-40%的NMMO水溶液，凝固浴温度0-30℃，拉伸倍率1-10倍，停留时间0.05-25s，一辊拉伸速度是5-20m/min；获得的第一级拉伸丝，一级拉伸丝三组份含量为：NMMO15%-40%，纤维素5%-25%，水45%-60%， 强度1.1-2.3cN/dtex，断裂伸长率20%-55%，双折射率0.021-0.055。

[0032] 优选为：凝固浴为质量浓度为18-25%的NMMO水溶液，凝固浴温度20-22℃，拉伸倍3-4倍，停留时间0.1-1.5s，一辊拉伸速度是8-12m/min；获得的第一级拉伸丝，一级拉伸丝三组份含量为：NMMO29%-36%，纤维素10%-15%，水54%-56%， 强度1.75-1.95cN/dtex，断裂伸长率20%-22%，双折射率0.032-0.04。

[0033] 第一级拉伸的停留时间进一步优选为0.1s。

[0034] 第二级拉伸工艺条件为：凝固浴为质量浓度为0%-30%的NMMO水溶液，温度0-60℃，拉伸倍率1-5倍，停留时间2-12s，二辊拉伸速度是10-60m/min；获得的第二级拉伸丝，三组份含量为：NMMO：5%-15%，纤维素：12%-45%，水：40%-80%， 强度3.0-5.3cN/dtex，断裂伸长率10%-25%，双折射率0.035-0.072。

[0035] 优选为：第二级拉伸工艺条件为：凝固浴为质量浓度为10%的NMMO水溶液，温度15-20℃，拉伸倍率2-2.5倍，停留时间5s，二辊拉伸速度是20-25m/min；

[0036] 获得的第二级拉伸丝，三组份含量为：NMMO：10%-12%，纤维素：12%-21%，水：67%-78%， 强度4.4-4.7cN/dtex，断裂伸长率15%-17%，双折射率0.059-0.063。

[0037] （4）后处理

[0038] 经过第二级或更多级拉伸获得的纤维，再进行水洗、热拉伸、热定型，获得的纤维纤度为1.0-5.0 dtex，干态强度4.5 6.0cN/dtex，湿态强度3.8 5.5cN/dtex，干态模量≥~ ~90cN/dtex，断裂伸长率5%-15%，双折射率0.045-0.086，原纤化指数≤3；优选为纤维纤度为
2-2.3dtex，干态强度4.7 4.9cN/dtex，湿态强度3.8 4.1cN/dtex，干态模量为93-96cN/~ ~
dtex，断裂伸长率12%-14%，双折射率0.073-0.075，原纤化指数为2-3。

[0039] 一种再生纤维素强力丝，是由纤维素溶液由喷丝孔挤出，经过气隙段进入凝固浴，进行第一级拉伸，而后连续进行第二级或更多级数拉伸，制得的高强、高模、低原纤化的再生纤维素纤维；所述强力丝由两级拉伸的干喷湿纺纺丝工艺制得，与一级拉伸工艺相比，增加了第二级拉伸，同时改变了第一段拉伸的工艺条件，降低纤维的原纤化指数，同时提高Lyocell凝固丝再第二段拉伸中的拉伸性能。第一段拉伸的工艺中，采用较低的拉伸倍率和纺丝速度，降低第一段拉伸过程中丝条所受的应力及丝条的取向度，从而降低其原纤化指数，并且提高纤维在第二级的再拉伸能力；且采用较高的第一凝固浴浓和较短的凝固时间，提高Lyocell凝固丝中的NMMO残留量，减弱了纤维素分子间的相互作用，保证其在第二段的再拉伸性能；在第二段拉伸工艺中，调节第二凝固浴的浓度和温度，以及在第二段的拉伸倍率，使Lyocell凝固丝进一步拉伸并完全凝固成型，提高Lyocell纤维的取向度，从而提高纤维的强度和模量，但现有的技术无法制得同时满足高强高模且低原纤化的再生纤维素纤维。

[0040] 与现有技术相比，本发明取得以下有益效果：

[0041] （1）本发明制备的再生纤维素纤维强度和模量较高，可以满足纤维素强力丝的性能要求：

[0042] 本发明制备的再生纤维素纤维，纤度为1.0-5.0 dtex，干态强度4.5 6.0cN/dtex，~湿态强度3.8 5.5cN/dtex，干态模量≥90cN/dtex，断裂伸长率5%-15%，双折射率0.045-~
0.086。

[0043] （2）本发明制备的再生纤维素纤维在满足高强高模的同时降低了纤维的原纤化程度，原纤化指数≤3。

[0044] （3）本发明的一种再生纤维素强力丝的制备方法可以制备低原纤化的再生纤维素强力丝，拓展并丰富了再生纤维素纤维的应用领域。

具体实施方式

[0045] 下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

[0046] 实施例1一种再生纤维素强力丝的制备方法

[0047] 包括以下步骤：

[0048] （1）制备纺丝溶液

[0049] 将聚合度为540的纤维素浆粕和质量浓度为50%的NMMO水溶液混合脱水溶解得到纺丝溶液。

[0050] 所述纺丝溶液中纤维素的含量为10%，NMMO含量为78%，水含量为12%。

[0051] （2）纺丝

[0052] 然后经喷丝孔挤出进行纺丝；

[0053] 喷丝板直径为0.1mm，纺丝温度为90℃。

[0054] （3）拉伸

[0055] 经过空气段、第一级拉伸和第二级拉伸；

[0056] 所述空气段长度为50mm，空气段停留时间是0.3s；

[0057] 所述第一级拉伸，凝固浴为质量浓度为20%的NMMO水溶液，凝固浴温度为20℃，拉伸倍率3倍，停留时间0.1s，一辊拉伸速度是10m/min；获得第一级拉伸丝，三组份含量为：NMMO 36%，纤维素10%，水54%，强度1.75cN/dtex，断裂伸长率22%，双折射率0.032。

[0058] 所述第二级拉伸，凝固浴为质量浓度为10%的NMMO水溶液，温度为20℃，拉伸倍率2.5倍，停留时间5s，二辊拉伸速度是25m/min，获得第二级拉伸丝，三组份含量为：NMMO 
10%，纤维素12%，水78%，强度4.4cN/dtex，断裂伸长率17%，双折射率0.059。

[0059] （4）后处理

[0060] 再经水洗、热拉伸和热定型制得再生纤维素强力丝；

[0061] 最终制得的再生纤维素强力丝的纤度为2.3dtex，干态断裂强度为4.7cN/dtex，湿态断裂强度为3.8cN/dtex，干态模量为93cN/dtex，断裂伸长率14%，双折射率0.073，原纤化指数2。

[0062] 实施例2一种再生纤维素强力丝的制备方法

[0063] 包括以下步骤：

[0064] （1）制备纺丝溶液

[0065] 将聚合度为540的纤维素浆粕和质量浓度为50%的NMMO水溶液混合脱水溶解得到纺丝溶液；

[0066] 所述纺丝溶液中纤维素的含量为10%，NMMO含量为78%，水含量为12%。

[0067] （2）纺丝

[0068] 然后经喷丝孔挤出，进行纺丝；

[0069] 喷丝板直径为0.1mm，纺丝温度为90℃。

[0070] （3）拉伸

[0071] 然后经过空气段、第一级拉伸和第二级拉伸；

[0072] 所述空气段长度为100mm，空气段停留时间是0.6s；

[0073] 第一级拉伸，凝固浴为质量浓度为20%的NMMO水溶液，凝固浴温度20℃，拉伸倍率4倍，停留时间0.1s，一辊拉伸速度是10m/min，获得第一级拉伸丝，三组份含量为：NMMO 29%，纤维素15%，水56%，强度1.93cN/dtex，断裂伸长率20%，双折射率0.037。

[0074] 第二级拉伸：凝固浴为质量浓度为10%的NMMO水溶液，温度为15℃，拉伸倍率2倍，停留时间5s，二辊拉伸速度是20m/min，获得第二级拉伸丝，三组份含量为：NMMO 12%，纤维素21%，水67%，强度4.7cN/dtex，断裂伸长率15%，双折射率0.063。

[0075] （4）后处理

[0076] 再经水洗、热拉伸和热定型纺丝制得再生纤维素强力丝。

[0077] 最终制得的再生纤维素强力丝的纤度为2.03dtex，干态断裂强度为4.9cN/dtex，湿态断裂强度为4.1cN/dtex，干态模量为96cN/dtex，断裂伸长率12%，双折射率0.075，原纤化指数3。

[0078] 对比例1

[0079] 在实施例1基础上，总拉伸倍率不变，仅采取第一级拉伸，不采取第二级拉伸，拉伸倍率为7.5倍，制备的lyocell纤维的指标为：强力丝的纤度为2.3dtex，干态断裂强度为3.9cN/dtex，湿态断裂强度为3.3cN/dtex，干态模量为68cN/dtex，断裂伸长率15%，双折射率0.067，原纤化指数5。

[0080] 对比例2

[0081] 在实施例1基础上，采取现有技术的一级拉伸：空气段长度为50mm，停留时间是0.15s，凝固浴浓度20%，凝固浴温度：25℃，拉伸倍率8倍，制备得到普通lyocell纤维的指标为：强力丝的纤度为2.03dtex，干态断裂强度为4.0cN/dtex，湿态断裂强度为3.4cN/dtex，干态模量为70cN/dtex，断裂伸长率13%，双折射率0.069，原纤化指数6。