專利名稱：一種復合纖維及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種功能性纖維材料，尤其涉及一種木棉纖維粉體與纖維素的復合纖維，以及該復合纖維的制備方法。
背景技術：
纖維素纖維作為最早的人造纖維已有一百多年的歷史，現有纖維素纖維產量已達260多萬噸，進入二十一世紀以來，隨著世界人口增長，能源危機，資源枯竭，可以由大自然產生的纖維素纖維倍受關注。然而，由于傳統的棉、麻天然纖維素纖維在發展規模方面有一定局限，如棉花的“與糧爭地"的問題，人們把視線越來越多的集中在了新型天然、再生纖維素纖維的開發和利用上。 木棉纖維是一種木本植物木棉樹的果實纖維，附著于木棉蒴果殼體內壁，由內壁細胞發育、生長而成。其纖維與果實附著作用力小，因而一般不需專門的初加工設備，只需蘿筐篩動，木棉種子便自行沉底，即可獲得木棉纖維。木棉纖維是一種天然纖維素纖維，與棉纖維同屬單細胞纖維。木棉纖維具有一系列獨特的特點它的細度僅有棉纖維的1/2，中空率卻達到86%以上，是一般棉纖維的2-3倍，也就是說，木棉服裝比一般纖維制成的服裝更輕、更薄，保暖效果反而更高。木棉纖維長度較短，為8-34mm，纖維中段直徑范圍20-45 μ m，線密O. 9-1. 2dtex。在強度與伸長方面，木棉纖維的強力較低，伸長能力小。單纖維平均強I. 4-1. 7cN,纖維比強度為O. 8-1. 3 cN/dtex,斷裂伸長率為I. 5%_3. 0%。木棉纖維具有一系列優良特性如光潔、抗菌、防蛀、防霉、輕柔、不易纏結、不透水、不導熱等。其主要生長在國內的云南、海南島、廣東、廣西、福建南部等熱帶省區，以及國外的印度尼西亞、尼日尼亞、泰國、非洲等熱帶國家。我國的木棉纖主要來自于木棉屬的木棉種，使用少。一株成年期的木棉樹可產5 8 kg的木棉纖維，目前包括我國在內的木棉纖維的全球年產量約19. 5萬噸，但是木棉纖維存在以下不足之處(1)木棉纖維的有效利用與使用率很低，在紡織領域也鮮有在市場上應用的產品，消費者基本上不知道還有這樣一種類似棉、性能又優于棉的天然纖維素纖維產品；(2)木棉纖維因長度較短，強度較低，表面較光滑，相對扭轉剛度大，抱合力差，因此紡紗難度大，成紗質量較低，而且其上染率不高；因此，這些缺點，使木棉很難用加工棉或毛的紡紗方法單獨紡紗；(3)長期以來，由于木棉纖維產量和纖維可加工性、上染率不高等問題，木棉只被用來做低檔絮制品，影響了其在紡織服裝產品中的開發利用。

發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術存在的種種不足，而提供一種生產成本低、具有優良性能的木棉纖維粉體與纖維素的復合纖維；解決木棉纖維紡紗難的問題，并且保持木棉纖維中空保暖、天然抗菌等優點，有效利用木棉纖維拓展其服用應用領域。本發明的另一目的還在于提供一種生產工藝簡單，便于實施的木棉纖維粉體與纖維素的復合纖維制備方法。
本發明的目的是這樣實現的一種復合纖維，其特征是，包括以下組分及其重量含量A、木棉纖維粉體溶液，重量含量比為20% 35% ;B、纖維素粘膠紡絲原液組成為a纖維素，重量含量比為8. 8%，含堿，重量含量比為4. 5% ;上述a纖維素及堿的重量含量比，均指在整個復合纖維中的所占重量含量比。作為更具體的方案，所述木棉纖維粉體溶液包含木棉纖維粉體和氫氧化鈉水溶液，且它們之間按I :2 4的重量比例，將木棉纖維粉體浸泡在氫氧化鈉水溶液中。其中，上述氫氧化鈉水溶液中氫氧化鈉的質量含量為30% 50%。而所述木棉纖維粉體在復合纖維中的重量含量比為10 40%，當粉體含量低于10%時，那么木棉纖維粉體在復合纖維中的增強和提高性能的作用體現不出來；當粉體含量高于40%時，得到的復合纖維的強度反而降低，復合纖維的脆性大大增加，這樣使得復合纖維無法正常使用。
所述木棉纖維粉體平均粒徑最好在50 IOOMm,粒徑低于50Mm時,木棉纖維粉體加工成本增加，并且會對木棉纖維的結構產生一定的破壞，粒徑大于IOOMm時，木棉纖維粉體不能和纖維素紡絲液均勻的混合，所以纖維粉體的平均粒徑在50 IOOMffl最為合適。所述纖維素粘膠紡絲原液中，纖維素的聚合度為450 1000 ;纖維素采用棉纖維素、木纖維素、竹纖維素、麻纖維素和秸桿纖維素中的一種，或數種混合。本(木棉纖維粉體與纖維素)復合纖維是由纖維粉體和纖維素所組成的，木棉纖維粉體的重量含量為10 40%。這樣由于纖維素中加入了木棉纖維粉體，纖維粉體均勻分散在復合纖維中，改善了纖維的親疏水性能、透氣性能，并且由于木棉纖維天然的大中空結構，復合纖維的保暖性能亦會得到提高，并具有一定的抗菌性能。并且可以根據實際的需要來調整木棉纖維粉體在復合纖維中的含量，在生產中為了提高復合纖維的性能，木棉纖維粉體的平均粒徑控制在50 lOOMffl，而纖維素的聚合度則為450 1000 ;并且纖維素可以采用棉纖維素、木纖維素、竹纖維素、麻纖維素和秸桿纖維素中的一種或一種以上，以方便產業化生產。本發明的另一目的是這樣實現的一種制備上述復合纖維的方法，其特征是，包括如下步驟
①按重量含量比，分別預制木棉纖維粉體溶液和纖維素粘膠紡絲原液，備用；
②將上述預制好的木棉纖維粉體溶液和纖維素粘膠紡絲原液混合；
③將上述混合液在凝固浴中紡絲成型；
⑤最后，經精煉烘干，制成復合纖維。作為更具體之方案，所述預制木棉纖維粉體溶液，系先將木棉纖維粉體清洗，再按
I:2 4的重量比例，將木棉纖維粉體浸泡在3(Γ50%的氫氧化鈉水溶液中，并置于超聲波震蕩器震蕩混合均勻，其水浴溫度為25±2°C，時間為4 6h，，制得木棉纖維粉體溶液。作為更具體之方案，所述預制纖維素粘膠紡絲原液，系采用聚合度為450 1000的一種纖維素，或數種纖維素混合，經堿潰、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、混合、過濾民、熟成和脫泡等常規纖維素粘膠制備工序制得纖維素粘膠紡絲原液，并控制該粘膠紡絲原液的組成為a纖維素8. 8%,含堿4. 5%。所述混合液在凝固浴中紡絲成型系指將木棉纖維粉體溶液和纖維素紡絲原液混合，并在靜態混合器中經不少于IO5次均勻混合，經預過濾、脫氣輸入計量泵，進入含硫酸、硫酸鋅、硫酸鈉，溫度48°C凝固浴中紡絲成型；而精煉烘干系指，凝固浴中紡絲成型，再經脫硫、水洗、上油、漂白、烘干，制得木棉纖維粉體與纖維素的復合纖維
上述復合纖維的制備方法，具有工藝方法簡單，生產方便，適宜木棉纖維粉體與纖維素復合纖維大規模生產的木棉纖維粉體與纖維素復合纖維的制備方法。就是將木棉纖維粉體添加到纖維素紡絲溶液中，采用粘膠濕法紡絲經過凝固浴紡絲成型，并經過精煉烘干等后處理工序得到木棉纖維粉體與纖維素復合纖維。木棉纖維粉體的存在對紡絲液的熱力學性質以及在成絲過程中的動力學各組份擴散傳質速度有一定的影響，即對成纖過程中的微觀相分離行為有影響，最終對復合纖維的微觀結構形態有一定的影響。但是對復合纖維的宏觀性能影響較大，尤其對復合纖維的力學性能、親疏水性能、透氣性能及其保暖性能和抗菌性能。本發明的特點就是，將木棉纖維粉體應用到纖維素復合紡絲領域中來，將根據所制備纖維的親疏水性能、透氣性能及其保暖性能和抗菌性能要求，選擇不同含量的木棉纖維粉體來制備復合纖維。本(木棉纖維粉體與纖維素)復合纖維的制備中，是以木棉纖維粉體制備的木棉纖維粉體溶液和纖維素紡絲原液的混合溶液；首先，用無水乙醇清洗木棉纖維粉體表面；接著制備木棉纖維粉體溶液；隨后將木棉纖維粉體溶液添加到纖維素紡絲液中，制得復合纖 維混合紡絲液，輸送混合紡絲液至靜態混合器中混合均勻、過濾、脫泡；最后采用粘膠濕法紡絲經過凝固浴紡絲成型，并經過精煉烘干等后處理工序得到木棉纖維粉體與纖維素復合纖維。本發明中對纖維粉體進行表面清洗，這是由于木棉纖維和木棉纖維粉體在制備過程中經過很多工序，避免不了要和很多其他物質接觸，纖維粉體表面存在一些有機無機的油潰和粉塵等其他污染物，如果纖維粉體不進行表面清洗，那么纖維粉體表面的這些污染物一方面將影響纖維粉體在紡絲液中的均勻分散，另一方面會使得紡絲液的組成發生變化，最終影響復合纖維成形過程中各組份的相互傳質速度，于是最終影響復合纖維的微觀結構和性能。因此本發明中提出采用無水乙醇結合超聲波震蕩清洗的方法。木棉纖維同所有天然或合成纖維一樣，存在一個天然的皮層結構，皮層的存在對纖維起到一個保護作用，也是正是皮層的存在，使得纖維粉體在纖維素紡絲液中分散均勻存在困難，纖維粉體容易發生團聚。本發明將纖維粉體與溶劑在超聲波作用下震蕩一段時間，這樣大量的溶劑對纖維粉體表面進行了一定的刻飾，這樣纖維素聚合物與纖維粉體之間的作用力大大增強，于是木棉纖維粉體能夠均勻穩定的分散在紡絲液中，不易發生團聚和沉淀。纖維素紡絲原液則采用聚合度為450 1000的棉纖維素、木纖維素、竹纖維素、麻纖維素和秸桿纖維素經過漿柏的堿潰、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、混合、過濾民、熟成和脫泡等工序制得，并可根據實際生產的需要，調整纖維素原液內的a纖維素含量和含堿量，這是本領域公知的技術。本發明中將用無水乙醇清洗過的木棉纖維粉體加入到3(Γ50%氫氧化鈉水溶液中置于超聲波震蕩器震蕩混合均勻，其水浴溫度為25±2°C,時間為4 6h,形成木棉纖維粉體溶液。木棉纖維粉體溶液加入到纖維素紡絲溶液中后，攪拌混合輸送至靜態混合器，在靜態混合器中與纖維素紡絲原液不少于IO5次混合以混合均勻。而為了能夠適應各種生產環境，以適應生產的需要，紡絲成型時所用凝固浴的凝固劑采用硫酸、硫酸鋅、硫酸鈉或硫酸、硫酸鋁、硫酸鈉或凝固劑采用硫酸、硫酸鈉和變性劑如V315(主要成份主聚乙二醇烷基胺，多用于改進型纖維中做為變性劑使用，對于改進型高強度纖維其使用量約為相對纖維素量的1%，而對于高濕模量類纖維的生產其使用量約為相對纖維素量的2 4%)，這是本領域公知的技術。這樣在生產木棉纖維粉體與纖維素復合纖維，即可采用將木棉纖維粉體與纖維素共混紡絲原液輸送至入口計量泵進入凝固浴中紡絲成型，再經脫硫、水洗、上油、漂白、烘干等后處理，即得到成品木棉纖維粉體與纖維素復合纖維。并且可調整木棉纖維粉體溶液中木棉纖維粉體含量通過入口計量比來調整復合纖維中木棉纖維粉體含量。本發明的有益效果如下
(1)本發明中，各原料均為當前人們在生產中常用產品，均可市購得到，而生產中所用的各種設備，也為當前生產中所用的設備；
(2)本發明的方法制備木棉纖維粉體與纖維素復合纖維，其各工序可以采用通常的纖維生產工藝，生產簡單，便于實施，并且通過向紡絲液中加入不同含量的木棉纖維粉體和改 變工藝條件，制備出生產成本低、具有優良性能的木棉纖維粉體與纖維素復合纖維。(3)本發明的木棉纖維粉體與纖維素復合纖維制備方法，將解決木棉纖維紡紗難的問題，并且保持木棉纖維中空保暖、天然抗菌等優點，有效利用木棉纖維拓展其服用應用領域。
具體實施例方式以下實施例對本發明做更詳細的描述，但所述實施例不構成對本發明的限制。實施例I
采用已清洗的木棉纖維粉體平均粒徑為68. δμπι,以I :2. 5的比例浸泡在35%的氫氧化鈉水溶液中，使木棉纖維粉體充分混合，放在超聲波震蕩器中分散4. 5h，溫度為26°C。得到木棉纖維粉體溶液。另將聚合度550的纖維素竹漿柏經堿潰、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、混合、過濾民、熟成和脫泡等常規纖維素粘膠制備工序制得纖維素粘膠紡絲原液，控制該粘膠紡絲原液的組成為a纖維素8. 8%,含堿4. 5%。然后按生產需要取制得木棉纖維粉體溶液和纖維素紡絲原液，混合并在靜態混合器中經不少于IO5次混合以混合均勻，經預過濾、脫氣輸入計量泵，進入含硫酸133g/L、硫酸鋅11.5g/L、硫酸鈉325g/L，溫度48°C凝固浴中紡絲成型，再經脫硫、水洗、上油、漂白、烘干，制得纖維中木棉纖維粉體含量為25%的復合纖維。實施例2
采用已清洗的木棉纖維粉體平均粒徑為72. SMffl,以I :3的比例浸泡在30%的氫氧化鈉水溶液中，使木棉纖維粉體充分混合，放在超聲波震蕩器中分散5h,溫度為25°C。得到木棉纖維粉體溶液。另將聚合度為580的纖維素麻漿柏和聚合度為750的纖維素竹漿柏經堿潰、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、混合、過濾民、熟成和脫泡等常規纖維素粘膠制備工序制得纖維素粘膠紡絲原液，控制該粘膠紡絲原液的組成為a纖維素8. 8%,含堿4. 5%。然后按生產需要取制得木棉纖維粉體溶液和纖維素紡絲原液，混合并在靜態混合器中經不少于IO5次混合以混合均勻，經預過濾、脫氣輸入計量泵，進入含硫酸133g/L、硫酸鋅11.5g/L、硫酸鈉325g/L，溫度50°C凝固浴中紡絲成型，再經脫硫、水洗、上油、漂白、烘干，制得纖維中木棉纖維粉體含量為35%的復合纖維。實施例3
采用已清洗的木棉纖維粉體平均粒徑為72. SMffl,以I :3的比例浸泡在30%的氫氧化鈉水溶液中，使木棉纖維粉體充分混合，放在超聲波震蕩器中分散5h,溫度為25°C。得到木棉纖維粉體溶液。另將聚合度為780的纖維素竹漿柏和聚合度為450的纖維素秸桿漿柏經堿潰、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、混合、過濾民、熟成和脫泡等常規纖維素粘膠制備工序制得纖維素粘膠紡絲原液，控制該粘膠紡絲原液的組成為a纖維素8. 8%,含堿4. 5%。然后按生產需要取制得木棉纖維粉體溶液和纖維素紡絲原液，混合并在靜態混合 器中經不少于IO5次混合以混合均勻，經預過濾、脫氣輸入計量泵，進入含硫酸133g/L、硫酸鋅11.5g/L、硫酸鈉325g/L，溫度52°C凝固浴中紡絲成型，再經脫硫、水洗、上油、漂白、烘干，制得纖維中木棉纖維粉體含量為40%的復合纖維。實施例4
采用已清洗的木棉纖維粉體平均粒徑為91. 5Mm,以I :3的比例浸泡在30%的氫氧化鈉水溶液中，使木棉纖維粉體充分混合，放在超聲波震蕩器中分散5h,溫度為25°C。得到木棉纖維粉體溶液。另將聚合度為580的纖維素棉漿柏經堿潰、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、混合、過濾民、熟成和脫泡等常規纖維素粘膠制備工序制得纖維素粘膠紡絲原液，控制該粘膠紡絲原液的組成為a纖維素8. 8%,含堿4. 5%。然后按生產需要取制得木棉纖維粉體溶液和纖維素紡絲原液，混合并在靜態混合器中經不少于IO5次混合以混合均勻，經預過濾、脫氣輸入計量泵，進入含硫酸133g/L、硫酸鋅11. 5g/L、硫酸鈉325g/L，溫度50°C凝固浴中紡絲成型，再經脫硫、水洗、上油、漂白、烘干，制得纖維中木棉纖維粉體含量為35%的復合纖維。實施例5
采用已清洗的木棉纖維粉體平均粒徑為78. 以I :3的比例浸泡在30%的氫氧化鈉水溶液中，使木棉纖維粉體充分混合，放在超聲波震蕩器中分散5h,溫度為25°C。得到木棉纖維粉體溶液。另將聚合度為580的纖維素棉漿柏經堿潰、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、混合、過濾民、熟成和脫泡等常規纖維素粘膠制備工序制得纖維素粘膠紡絲原液，控制該粘膠紡絲原液的組成為a纖維素8. 8%,含堿4. 5%。然后按生產需要取制得木棉纖維粉體溶液和纖維素紡絲原液，混合并在靜態混合器中經不少于IO5次混合以混合均勻，經預過濾、脫氣輸入計量泵，進入含硫酸133g/L、硫酸鋅11.5g/L、硫酸鈉325g/L，溫度50°C凝固浴中紡絲成型，再經脫硫、水洗、上油、漂白、烘干，制得纖維中木棉纖維粉體含量為20%的復合纖維。實施例6
采用已清洗的木棉纖維粉體平均粒徑為61. 5Mm,以I :3的比例浸泡在30%的氫氧化鈉水溶液中，使木棉纖維粉體充分混合，放在超聲波震蕩器中分散5h,溫度為25°C。得到木棉纖維粉體溶液。另將聚合度為580的纖維素麻漿柏經堿潰、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、混合、過濾民、熟成和脫泡等常規纖維素粘膠制備工序制得纖維素粘膠紡絲原液，控制該粘膠紡絲原液的組成為a纖維素8. 8%,含堿4. 5%。然后按生產需要取制得木棉纖維粉體溶液和纖維素紡絲原液，混合并在靜態混合器中經不少于IO5次混合以混合均勻，經預過濾、脫氣輸入計量泵，進入含硫酸132g/L、硫酸鋅11.5g/L、硫酸鈉325g/L，溫度48°C凝固浴中紡絲成型，再經脫硫、水洗、上油、漂白 、烘干，制得纖維中木棉纖維粉體含量為15%的復合纖維。
權利要求
1.一種復合纖維，其特征是，包括以下組分及其重量含量 A、木棉纖維粉體溶液，重量含量比為20% 35%； B、纖維素粘膠紡絲原液組成為a纖維素6-9%,含堿3-5%。
2.根據權利要求I所述復合纖維，其特征是，所述木棉纖維粉體溶液包含木棉纖維粉體和氫氧化鈉水溶液，且它們之間按I :2 4的重量比例，將木棉纖維粉體浸泡在氫氧化鈉水溶液中。
3.根據權利要求2所述復合纖維，其特征是，所述氫氧化鈉水溶液中氫氧化鈉的質量含量為30% 50%。
4.根據權利要求2所述復合纖維，其特征是，所述木棉纖維粉體在復合纖維中的重量含量比為10 40%。
5.根據權利要求2或4所述復合纖維，其特征是，所述木棉纖維粉體平均粒徑為50 ιοομπ ο
6.根據權利要求I所述復合纖維，其特征是，所述纖維素粘膠紡絲原液中，纖維素的聚合度為450 1000 ;纖維素采用棉纖維素、木纖維素、竹纖維素、麻纖維素和秸桿纖維素中的一種，或數種混合。
7.一種制備上述復合纖維的方法，其特征是，包括如下步驟 ①按重量含量比，分別預制木棉纖維粉體溶液和纖維素粘膠紡絲原液，備用； ②將上述預制好的木棉纖維粉體溶液和纖維素粘膠紡絲原液混合； ③將上述混合液在凝固浴中紡絲成型； ④最后，經精煉烘干，制成復合纖維。
8.根據權利要求7所述復合纖維的制備方法，其特征是，所述預制木棉纖維粉體溶液，系先將木棉纖維粉體清洗，再按I :2 4的重量比例，將木棉纖維粉體浸泡在3(Γ50%的氫氧化鈉水溶液中，并置于超聲波震蕩器震蕩混合均勻，其水浴溫度為25±2°C,時間為4 6h，，制得木棉纖維粉體溶液。
9.根據權利要求7所述復合纖維的制備方法，其特征是，所述預制纖維素粘膠紡絲原液，系采用聚合度為450 1000的一種纖維素,或數種纖維素混合,經堿潰、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、混合、過濾民、熟成和脫泡等常規纖維素粘膠制備工序制得纖維素粘膠紡絲原液，并控制該粘膠紡絲原液的組成為a纖維素8. 8%,含堿4. 5%。
10.根據權利要求7所述復合纖維的制備方法，其特征是，所述混合液在凝固浴中紡絲成型系指將木棉纖維粉體溶液和纖維素紡絲原液混合，并在靜態混合器中經不少于IO5次均勻混合，經預過濾、脫氣輸入計量泵，進入含硫酸、硫酸鋅、硫酸鈉，溫度48°c凝固浴中紡絲成型；而精煉烘干系指，凝固浴中紡絲成型，再經脫硫、水洗、上油、漂白、烘干，制得木棉纖維粉體與纖維素的復合纖維。
全文摘要
本發明涉及一種木棉纖維粉體與纖維素的復合纖維及其制備方法，特別涉及一種木棉纖維粉體改性纖維素復合纖維的制備方法；本發明提供的方法包括將木棉纖維粉體清洗，將清洗后的木棉纖維粉體與纖維素聚合物、各種添加劑、溶劑制備成紡絲液，采用濕法紡絲經過凝固浴紡絲成型得到木棉纖維粉體與纖維素復合纖維。本發明通過向紡絲液中加入不同含量的木棉纖維粉體和改變工藝條件，制備出生產成本低、具有優良性能的木棉纖維粉體與纖維素復合纖維。本發明的木棉纖維粉體與纖維素復合纖維制備方法，將解決木棉纖維紡紗難的問題，并且保持木棉纖維中空保暖、天然抗菌等優點，有效利用木棉纖維拓展其服用應用領域。
文檔編號D01F8/02GK102912474SQ20121038180
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月10日 優先權日2012年10月10日
發明者田磊, 陳玉波, 易長海, 余剛 申請人:廣東省均安牛仔服裝研究院