CN103194819B - 一种保健氨纶纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种保健氨纶纤维，由包皮和芯部组合而成，纤维截面为实心，芯部占纤维的质量百分比为30～70%，包皮占纤维的质量百分比为30～70%；该保健氨纶纤维的制造方法为：1.使用熔融纺丝技术按所述配方比例制造保健氨纶芯部；2.使用干法纺丝技术按所述的比例制造保健氨纶包皮；3.通过特殊的喷丝板组合件在常规干法纺丝的设备和工艺下纺丝，即可得到所述的保健氨纶。本发明保健氨纶具有消除异味、吸湿防霉、抑菌驱虫，与人体接触能去湿吸汗，促进人体血液循环和新陈代谢，缓解疲劳之功效，还具有植物精华的香味；此外，使用性能优良，能满足对手织物在纺、织、染、整过程中的要求。
Description
技术领域
本发明涉及功能性化学纤维及其制造方法技术，具体为一种保健氨纶纤维及其制造方法技术---应用复合纺丝技术，结合熔融纺丝和干法纺丝技术。
背景技术
氨纶是一种聚氨酯弹性纤维，被称为“面料味精”，行业内更有“无氨不成布”之说法，可见氨纶是提升面料品质的关键因素之一。随着社会的不断进步，人类对生活品质的要求越来越高，“衣”作为民生的主要影响因素也必须跟上时代发展的步伐。保健氨纶正是顺应这种潮流而发明的，其具有消除异味、吸湿防霉、抑菌驱虫，与人体接触能去湿吸汗，促进人体血液循环和新陈代谢，缓解疲劳之功效，还具有植物精华的香味；此外，使用性能优良，能满足对手织物在纺、织、染、整过程中的要求。
作为一种功能型化学纤维，国内外对此做了大量研究，如芳香纤维、磁性保健纤维、负离子纤维、纳米抗菌纤维等。传统的技术路线大致可分为以下几个方面：
第一，将功能材料制成母粒，共混改性，熔纺成纤，例如，中国专利CN1252460A介绍了一种磁性保健纤维，将制备完成的母粒与成纤聚合物共混；日本专利JP61296118介绍了一种芳香聚酯纤维，加入三种物质熔融共混纺丝。以上方法制备的纤维功能稳定性差，且由于功能材料的大量添加严重影响产品的使用性能，应用领域狭窄。
第二，通过复合纺丝技术，形成皮/芯结构，例如美国专利US4713291、日本专利JP61063716、中国发明专利CN85108805，以上方法制备的纤维将功能材料包裹在芯部，功能难以体现出来，且由于皮/芯的性质差异，端面形态差异大，影响使用性能。
在申请人所知的范围内，尚未见到同时使用熔融纺丝、干法纺丝技术制备具有多种保健功能的氨纶的报道。
发明内容
技术问题：针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是设计一种保健氨纶纤维及其制造方法。该保健氨纶具有消除异味、吸湿防霉、抑菌驱虫，与人体接触能去湿吸汗，促进人体血液循环和新陈代谢，缓解疲劳之功效，还具有植物精华的香味；此外，使用性能优良，能满足对手织物在纺、织、染、整过程中的要求。该保健氨纶制造工艺成熟，不需要特殊设备，便于工业化实施。
技术方案：本发明的保健氨纶纤维，由包皮和芯部组合而成，纤维截面为实心，芯部占纤维的质量百分比为30～70%，包皮占纤维的质量百分比为30～70%；其芯部材料的质量百分比配方为：
其包皮质量百分比配方为：
所述的竹炭粉由活性竹炭研磨而成，粒径均为1～5μm；所述的香料为玫瑰精华油；所述的成纤聚合物为聚氨酯熔纺切片；
抗紫外剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑、抗氧剂为双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷、润滑剂为硬脂酸镁、消光剂为二氧化钛。
本发明的保健氨纶纤维的制造方法，按以下述工艺进行：
芯部的制造方法为：
1)干燥竹炭粉，在100～120℃下干燥4～6小时；
2)将步骤1)处理过的竹炭粉置于不锈钢釜中，抽真空至0.1个标准大气压以下，向不锈钢釜中注入质量百分比浓度为50～90%的聚六亚甲基双胍盐酸盐水溶液浸渍竹炭粉，施加0.3～0.5MPa的气压，保压0.5～1.5小时，取出浸渍后的竹炭粉，在100～120℃下干燥6～10小时；
3)将步骤2)处理过的竹炭粉置于不锈钢釜中，抽真空至0.1个标准大气压以下，向不锈钢釜中注入植物精华油浸渍竹炭粉，施加0.3～0.5MPa的气压，保压0.5～1.5小时，取出浸渍后的竹炭粉，在130～160℃下干燥6～10小时；
4)将步骤3)处理过的竹炭粉与聚氨酯熔融切片置于双螺杆挤出机中，在温度为200～280℃下熔融共混均匀成熔融纺丝体；
包皮的制造方法为：
1)制备成纤聚合物：二异氰酸酯与聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1.6～1.8在70～90℃下预聚合30～45min，预聚合完成后，向预聚物中添加N，N-二甲基乙酰胺溶剂制成质量百分比浓度为40～50%的溶液；扩链剂为乙二胺、丙二胺、戊二胺等的N，N-二甲基乙酰胺溶液，质量百分比浓度为4.0～5.0%；扩链剂添加到预聚物溶液中扩链，扩链后即制得成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液，胺类占成纤聚合物的质量比为1.0～2.0%，溶液的质量百分比浓度为33～35%；
2)制备助剂浆料：将八羧基金属酞菁、抗紫外剂、抗氧剂、润滑剂、消光剂、成纤聚合物溶液混合，通过搅拌器搅拌、研磨机研磨达到均匀分散的目的，制备的浆料的质量百分比浓度为33～35%，其中抗紫外剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑、抗氧剂为双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷、润滑剂为硬脂酸镁、消光剂为二氧化钛；
3)将步骤1)制备的成纤聚合物溶液与步骤2)制备的助剂浆料在搅拌设备中分散均匀，储存24～36小时，熟化完全，即制备出纺丝原液；
采用喷丝板组合件，熔融纺丝体从喷丝板组合件的空心针挤出，冷却后成为纤维的芯部；纺丝原液从喷丝板组合件挤压孔挤出，溶剂挥发后成为纤维的包皮。所述的喷丝板组合件，包括：挤压孔和一个以同心方式延伸通过挤压孔的空心针，从而形成一个圆孔和一个环形孔，其中空心针的头部伸出挤压孔的长度H为4～15mm。
有益效果：与现有技术相比，本发明采用熔融纺丝与干法纺丝相结合的纺丝技术，芯部与包皮的成纤聚合物相同，保证了皮芯结构的稳定性；干法纺丝技术制备的纤维包皮保证了保健氨纶的物理性能及使用性能，在溶剂挥发的过程中，包皮上形成许多细小的通道，建立了一个真正的缓释系统；熔融纺丝技术制备芯部，保证了功能材料的功能稳定性及使用持久性，同时降低纤维中溶剂的残存率。纤维中竹炭粉的远红外特性(经检测，本发明保健氨纶的在100℃的远红外线发射率为85～88%)，促进人体血液循环和新陈代谢，竹炭粉亦有消除异味、吸湿防霉、抑菌驱虫之功效；由于竹炭多孔，可以作为六亚甲基双胍盐酸盐及香料的载体，工艺简单，分散性优良，抗菌效果良好(经检测，本发明保健氨纶对真菌的抗菌率为87%以上)；八羧基金属酞菁与聚氨酯具有良好的相容性，用于包皮中，能有效分解致臭物质，达到除臭的目的(经检测，本发明保健氨纶对甲醛的消除率为75%以上)；本发明保健氨纶具有植物精华的芬芳，香味持久。本发明保健氨纶具有上述特征，可应用于文胸、内衣、袜子、尿不湿等，既保健又舒适。本发明制造工艺成熟，对设备没有特殊要求，工业化实施容易，功能材料成本低廉，便于推广。
附图说明
图1是本发明的喷丝组合件轴向剖视示意图，
图2是本发明的喷丝组合件径向剖视示意图。
其中有：挤压孔1、空心针2
具体实施方式
以下所述的技术方案是本发明用以解决上述保健纤维技术问题的方法。设计一种保健氨纶纤维，由包皮和芯部组合而成，纤维截面为实心，芯部占纤维的质量百分比为30～70%，包皮占纤维的质量百分比为30～70%。其芯部质量百分比配方为：竹炭粉5～20%，聚六亚甲基双胍盐酸盐0.05～0.1%，香料0.05～0.2%，抗氧剂0.1～0.5%，成纤聚合物75～96%；其包皮质量百分比配方为：八羧基金属酞菁0.1～0.5%，抗紫外剂0.1～0.5%，抗氧剂0.1～0.5%，润滑剂0.1～0.5%，消光剂0.1～0.5%，染色助剂0.1～0.5%，成纤聚合物94～97%。
芯部组成中的竹炭粉由活性竹炭研磨而成，粒径均为1～5μm；芯部组成中的香料，为玫瑰精华油；芯部组成中的成纤聚合物，为聚氨酯熔纺切片。芯部的制造方法按照前述的配方和下述工艺进行：
（1）干燥竹炭粉，在100～120℃下干燥4～6小时；
（2）将步骤(1)处理过的竹炭粉置于不锈钢釜中，抽真空至0.1个标准大气压以下，向不锈钢釜中注入质量百分比浓度为50～90%的聚六亚甲基双胍盐酸盐水溶液浸渍竹炭粉，施加0.3～0.5MPa的气压，保压0.5～1.5小时，取出浸渍后的竹炭粉，在100～120℃下干燥6～10小时；
（3）将步骤(2)处理过的竹炭粉置于不锈钢釜中，抽真空至0.1个标准大气压以下，向不锈钢釜中注入玫瑰精华油浸渍竹炭粉，施加0.3～0.5MPa的气压，保压0.5～1.5小时，取出浸渍后的竹炭粉，在130～160℃下干燥6～10小时；
（4）将步骤(3)处理过的竹炭粉与聚氨酯熔融切片置于双螺杆挤出机中，在温度为200～280℃下熔融共混均匀，经后续的熔融纺丝技术制成保健氨纶的芯部。
保健氨纶的包皮按照前述的保健氨纶配方和下述工艺进行：
(1)制备成纤聚合物：二异氰酸酯/聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1.6～1.8在70～90℃下聚合30～45min，预聚完成后，向预聚物中添加N，N-二甲基乙酰胺溶剂制成质量百分比浓度40～50%的溶液；扩链剂为乙二胺、丙二胺、戊二胺等的N，N-二甲基乙酰胺溶液，质量百分比浓度为4.0～5.0%；扩链剂添加到预聚物溶液中扩链，扩链后即制得成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液，胺类占成纤聚合物的质量比为1.0～2.0%，溶液的质量百分比浓度为33～35%；
(2)制备助剂浆料：将八羧基金属酞菁、抗紫外剂、抗氧剂、润滑剂、消光剂、染色助剂、一定量的步骤(1)的成纤聚合物溶液混合，通过搅拌器搅拌、研磨机研磨达到均匀分散的目的，制备的浆料的质量百分比浓度为33～35%；
(3)将步骤(1)制备的成纤聚合物溶液与步骤(2)制备的助剂浆料在搅拌设备中分散均匀，储存24～36小时，熟化完全，即制备出纺丝原液，经后续的干法纺丝技术制成保健氨纶的包皮。
保健氨纶的制造方法涉及一种形成包皮/芯部型纤维的喷丝板组合件，包括：挤压孔1和一个以同心方式延伸通过挤压孔的空心针2。
保健氨纶的制造方法的纺丝工艺按照下述方案进行：
(1)运用熔融纺丝技术，熔体从空心针挤出，冷却后成为纤维的芯部；运用干法纺丝技术，纺丝原液从挤出孔挤出，溶剂挥发后成为纤维的包皮；
(2)熔体和原液自喷丝板组合件挤出之后，在干法纺丝设备和工艺下进行纺丝，纺丝工艺为：a.风量：上进/上回/下回=0.55～0.65/0.35～0.40/0.28～0.32；b.温度(℃)：上甬/中甬/下甬=250～265/215～230/185～195；c.纺丝速度：600～750m/min，可制得所述的保健氨纶，其单丝规格为30～70丹尼尔。
实施例1：
第一步：芯部的制备
(1)取竹炭粉10份，在110℃下干燥5小时；
(2)将步骤(1)处理过的竹炭粉置于不锈钢釜中，抽真空至0.05个标准大气压，向不锈钢釜中注入质量百分比浓度为70%的聚六亚甲基双胍盐酸盐水溶液浸渍竹炭粉，施加0.3MPa的气压，保压1小时，取出浸渍后的竹炭粉，在110℃下干燥8小时，处理后竹炭粉上的聚六亚甲基双胍盐酸盐的附着量达到0.07份；
(3)将步骤(2)处理过的竹炭粉置于不锈钢釜中，抽真空至0.05个标准大气压，向不锈钢釜中注入植物精华油浸渍竹炭粉，施加0.5MPa的气压，保压1.5小时，取出浸渍后的竹炭粉，在150℃下干燥6小时，处理后竹炭粉上的植物精华的附着量达到0.06份；
(4)将步骤(3)处理过的竹炭粉与89.87份的聚氨酯熔融切片置于双螺杆挤出机中，在温度为220℃下熔融共混均匀，为后续的熔融纺丝制备芯部做准备。
第二步：包皮的制备
(1)制备成纤聚合物：二异氰酸酯/聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1.8在85℃下聚合45min，预聚完成后，向预聚物中添加N，N-二甲基乙酰胺溶剂制成质量百分比浓度45%的溶液；扩链剂为乙二胺、丙二胺、戊二胺等的N，N-二甲基乙酰胺溶液，质量百分比浓度为4.5%；扩链剂添加到预聚物溶液中扩链，扩链后即制得成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液，胺类占成纤聚合物的质量比为1.2%，溶液的质量百分比浓度为35%。其中成纤聚合物占包皮96份；
(2)制备助剂浆料：将0.05份八羧基金属酞菁、0.03份抗紫外剂、1份抗氧剂、0.5份润滑剂、0.15份消光剂、0.6份染色助剂、1.67份成纤聚合物溶液混合，通过搅拌器搅拌、研磨机研磨达到均匀分散的目的，制备的浆料的质量百分比浓度为35%；
(3)将步骤(1)制备的成纤聚合物溶液与步骤(2)制备的助剂浆料在搅拌设备中分散均匀，储存36小时，粘度为6500poise，即制备出纺丝原液，为后续的干法纺丝制备包皮做准备。
第三步：纺制保健氨纶
a.风量：上进/上回/下回=0.65/0.35/0.28；b.温度(℃)：上甬/中甬/下甬=260/225/195；c.纺丝速度：750m/min，制得保健氨纶，其单丝规格为30丹尼尔，芯部和包皮各占纤维的质量百分比为50%。
经检测，保健氨纶的远红外发射率为87%，真菌抗菌率为90%，甲醛消除率为80%，纤维的物性指标为：断裂强力30克力，断裂伸长率为610%。
附录：
1.甲醛消除率测试方法
在带有乳胶窗的玻璃密封箱内放入2g蓬松的纤维，用注射器通过乳胶窗注入甲醛气体，用甲醛浓度测试仪（型号：PPMFormaldemeterhtv），测试起始浓度约为10.0ppm，间隔4小时，再用甲醛浓度测定仪通过乳胶窗检测容器中甲醛的浓度。
甲醛消除率=（C1-C2）/C1式中：C1为起始甲醛浓度，C2为消除反应后甲醛浓度。
Claims (3)
1.一种保健氨纶纤维，由包皮和芯部组合而成，其特征在于纤维截面为实心，芯部占纤维的质量百分比为30～70％，包皮占纤维的质量百分比为30～70％；
其芯部材料的质量百分比配方为：
竹炭粉 5～20％，
聚六亚甲基双胍盐酸盐 0.05～1.0％，
香料 0.05～2.0％，
成纤聚合物 77～94％；
其包皮质量百分比配方为：
八羧基金属酞菁 0.1～0.5％，
抗紫外剂 0.1～0.5％，
抗氧剂 0.1～0.5％，
润滑剂 0.2～1.0％，
消光剂 0.1～0.5％，
成纤聚合物 97～99.4％；
所述的竹炭粉由活性竹炭研磨而成，粒径均为1～5μm；所述的香料为玫瑰精华油；所述的成纤聚合物为聚氨酯熔纺切片；
抗紫外剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑、抗氧剂为双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷、润滑剂为硬脂酸镁、消光剂为二氧化钛。
2.一种如权利要求1所述的保健氨纶纤维的制造方法，其特征在于该制造方法按下述工艺进行：
芯部的制造方法为：
1)干燥竹炭粉，在100～120℃下干燥4～6小时；
2)将步骤1)处理过的竹炭粉置于不锈钢釜中，抽真空至0.1个标准大气压以下，向不锈钢釜中注入质量百分比浓度为50～90％的聚六亚甲基双胍盐酸盐水溶液浸渍竹炭粉，施加0.3～0.5MPa的气压，保压0.5～1.5小时，取出浸渍后的竹炭粉，在100～120℃下干燥6～10小时；
3)将步骤2)处理过的竹炭粉置于不锈钢釜中，抽真空至0.1个标准大气压以下，向不锈钢釜中注入植物精华油浸渍竹炭粉，施加0.3～0.5MPa的气压，保压0.5～1.5小时，取出浸渍后的竹炭粉，在130～160℃下干燥6～10小时；
4)将步骤3)处理过的竹炭粉与聚氨酯熔融切片置于双螺杆挤出机中，在温度为200～280℃下熔融共混均匀成熔融纺丝体；
包皮的制造方法为：
1)制备成纤聚合物：二异氰酸酯与聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1.6～1.8在70～90℃下预聚合30～45min，预聚合完成后，向预聚物中添加N，N-二甲基乙酰胺溶剂制成质量百分比浓度为40～50％的溶液；扩链剂为乙二胺、丙二胺、戊二胺的N，N-二甲基乙酰胺溶液，质量百分比浓度为4.0～5.0％；扩链剂添加到预聚物溶液中扩链，扩链后即制得成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液，胺类占成纤聚合物的质量比为1.0～2.0％，溶液的质量百分比浓度为33～35％；
2)制备助剂浆料：将八羧基金属酞菁、抗紫外剂、抗氧剂、润滑剂、消光剂、成纤聚合物溶液混合，通过搅拌器搅拌、研磨机研磨达到均匀分散的目的，制备的浆料的质量百分比浓度为33～35％，其中抗紫外剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑、抗氧剂为双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷、润滑剂为硬脂酸镁、消光剂为二氧化钛；
3)将步骤1)制备的成纤聚合物溶液与步骤2)制备的助剂浆料在搅拌设备中分散均匀，储存24～36小时，熟化完全，即制备出纺丝原液；
采用喷丝板组合件，熔融纺丝体从喷丝板组合件的空心针挤出，冷却后成为纤维的芯部；纺丝原液从喷丝板组合件挤压孔挤出，溶剂挥发后成为纤维的包皮。
3.根据权利要求2所述的一种保健氨纶的制造方法，其特征在于所述的喷丝板组合件，包括：挤压孔(1)和一个以同心方式延伸通过挤压孔的空心针(2)，从而形成一个圆孔和一个环形孔，其中空心针(2)的头部伸出挤压孔(1)的长度H为4～15mm。
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