專利名稱：水溶性聚乙烯醇纖維及其制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種二甲基亞砜/水混合溶劑將不同聚合度、不同醇解度的聚乙烯醇共混物溶解、配成具有較高粘度的紡絲溶液，通過干濕法紡絲、萃取、干燥、拉伸定型，獲得水溶性聚乙烯醇纖維。
背景技術：
聚乙烯醇含有大量羥基，具有良好的水溶性，特別是當醋酸基含量較高，大分子規(guī)整性差，結晶的可能性小，水溶性好的特性，因此通過不同聚合度，不同醇解度的聚乙烯醇共混后紡制不同水溶溫度的纖維是可行的。
制造聚乙烯醇水溶纖維的方法主要有水系濕法紡絲、干法紡絲、濕法凝膠紡絲和干濕法凝膠紡絲。目前國內采用水系濕法紡絲，可獲得水溶溫度90℃，干強度4.0cN/dtex，干伸長30±5％的聚乙烯醇水溶纖維(丁偉峰 水溶性維綸纖維的開發(fā)生產《維綸通訊》1996年第3期)。由該法獲得的水溶纖維斷面為腰子形，很難得到不帶鹽的低溫水溶的纖維，在生產過程中除鹽后，纖維干燥時容易發(fā)生粘連，對應用帶來不利影響。
日本專利公報8992/1968，采用干法紡絲獲得水溶性纖維，該纖維在水中溶解時收縮率高(30％)，這種纖維與其它纖維共混紡紗或作繡花底布，在水溶解時使繡花圖案或織物變形。
日本特許公開28408/1987披露的低聚合度聚乙烯醇紡絲制得水溶解時收縮率較小的纖維，該方法是將高聚合度聚乙烯醇與低聚合度聚乙烯醇共混紡絲，制得收縮率不大于20％、強度不大于2.65cN/dtex的聚乙烯醇水溶性纖維，這樣的低強度纖維在機織、針織、無紡織布加工過程中加工性較差，容易斷頭和破損。
日本特許公開229805/1989介紹的高強水溶性聚乙烯醇纖維，它是將部分皂化的聚乙烯醇溶解在二甲基亞砜中，干噴濕紡到甲醇凝固液中，以高牽伸比對固化纖維進行牽伸后，得到水溶性聚乙烯醇纖維。該纖維因其在高濕度下存放時有較大的收縮，纖維尺寸穩(wěn)定性差，由于不能提供良好的尺寸穩(wěn)定性而限制其應用范圍。
中國專利94108628.3報道的有機溶劑溶解的聚乙烯醇溶液經干噴濕紡或濕法紡絲，萃取拉伸、多級升溫處理和收縮，其纖維的水溶溫度不大于100℃，水中收縮率不大于20％，低溫水溶纖維采用低醇解度聚乙烯醇，高溫水溶纖維采用高醇解度聚乙烯醇作原料，分別紡制不同溫度的水溶纖維。采用的全是有機溶劑，溶解時間長，而且靠高拉伸、高收縮來實現水溶時低收縮，水溶溫度越低，強度越低，應用受到限制。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足而提供一種水溶性聚乙烯醇纖維及其干濕法紡絲，其特點是采用二甲基亞砜/水混合溶劑，使聚乙烯醇溶解時間短，溶解完全，溶液可紡性好，通過干濕法紡絲生產高質量水溶性纖維。
本發(fā)明的目的由以下技術措施實現，其中所述原料份數除特殊說明外，均為重量份數。
水溶性聚乙烯醇纖維起始原料的配方組分為聚乙烯醇 聚合度500～2000醇解度75～99mol％100份溶劑 二甲基亞砜/H2O＝90～70∶10～30 200～400份生產的聚乙烯醇纖維斷面為圓形，水溶溫度10～90℃，強度≥3.5cN/dtex，單纖維纖度1.5～10dtex，斷裂伸長15～30％。
水溶性聚乙烯醇纖維的干濕法方法1、紡絲原液的制備將聚合度500～2000，醇解度75～99mol％的聚乙烯醇100份，二甲基亞砜/水＝95～70∶10～30 200～400份，加入到不銹鋼溶解釜中，在攪拌下于溫度80～120℃、壓力在-0.01～-0.08MPa溶解3-4小時，配成紡絲溶液，再將溶液加壓過濾、脫泡、制成紡絲原液。
2、干濕法紡絲利用專用的噴絲頭，孔徑0.08～0.2mm，將紡絲原液于溫度80～120℃，經過計量泵從噴絲頭噴出，紡絲細流在噴絲板與凝固浴之間的空氣間隙中處于粘流態(tài)，噴絲頭拉伸1～20倍后進入凝固浴，凝固浴為甲醇，浴中二甲基亞砜和水含量不高于10％，浴溫為-18～5℃，剛形成的初生纖維為凝膠態(tài)，仍具有較大的形變能力，通過紡絲高倍拉伸，拉伸后的纖維直徑較小，有利于萃取和后處理。
3、紡絲后處理(1)萃取萃取采用逆流法、纖維的出口進入萃取劑甲醇，萃取過程中纖維在溫度5～30℃，通過萃取交換裝置，時間3～5分鐘，同時牽伸1～3倍，纖維中含二甲基亞砜≤0.1％。
(2)上油采用醇溶性油劑消除靜電，增加纖維抱合力，避免纖維在干燥和定型時發(fā)生粘連，開纖性好，有利于紡織加工。
(3)干燥將纖維上含有50～100％的甲醇，通過焙烘除去，纖維在緊張狀態(tài)下焙烘，采用熱N2加熱，冷凝器冷卻回收甲醇。
(4)熱拉伸定型熱定型溫度為120～240℃，熱拉伸2～5倍，熱定型時間1～8分鐘，熱收縮率5～30％，獲得纖維的水溶溫度10～90℃。
本發(fā)明采用的干濕法紡絲，從紡絲原液的制備到后處理，全過程完全密閉，溶劑、凝固劑和萃取劑全回收，無排放物，是環(huán)保型的纖維生產方法。生產的纖維斷面為圓形，回潮后纖維不發(fā)生收縮，尺寸穩(wěn)定，纖維強度≥3.5cN/dtex，斷裂伸長15～30％，水溶溫度10～90℃，收縮率較小，灰份含量小于1％，該水溶性纖維可以生產長絲或加工成毛條，與羊毛條、棉條、麻和化學纖維混紡，制成高支紗或空心紗，短纖維作無紡布、繡花底布和造紙方面的多種用途。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、采用二甲基亞砜/水混合溶劑，使聚乙烯醇溶解時間縮短了2/3以上，溶解完全，無凝膠粒子，可紡性好，紡絲換頭率低，毛絲少，還可降低溶劑成本。
2、干濕法紡絲可在噴絲頭進行高倍拉伸，獲得單纖維直徑較小，有利于溶劑的萃取和后處理。噴絲頭與凝固液之間空氣層的距離可以調節(jié)，保證細流處于粘流狀態(tài)的時間。
3、采用不同聚合度、不同醇解度的聚乙烯醇共混紡絲，充分利用不同規(guī)格的聚乙烯醇結構、性能特點，制備性能優(yōu)異、滿足多種要求的水溶性聚乙烯醇纖維。
4、聚乙烯醇聚合度或醇解度不同，其性能差異很大，例如聚合度≥1700，醇解度≥99％的聚乙烯醇，要在90℃以上的水中溶解5小時以上，才能完全溶解；而同樣的聚合度、醇解度為88～90mol％的聚乙烯醇，在30℃就可以溶解；聚合度1000，醇解度99mol％的聚乙烯醇，在80℃時就可以完全溶解；聚合度和醇解度低、溶解溫度低，可以紡制水溶溫度較低的纖維，但纖維尺寸不穩(wěn)定，容易回潮，纖維發(fā)生收縮，強度低，因此，選擇好聚乙烯醇的規(guī)格是制取性能優(yōu)異的水溶性纖維的關鍵技術之一。
5、采用不同聚合度不同醇解度的聚乙醇紡制水溶纖維，在纖維中高聚合度、高醇解度聚乙烯醇起到骨架作用，為纖維提供較高的強度、低聚合度、低醇解度聚乙烯醇使纖維具有溶解速度快、溶解完全的特性。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明進行具體的描述，有必要在此指出的是以下實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據上述本發(fā)明內容對本發(fā)明作出一些非本質的改進和調整。
實施例1將聚合度1750±50，醇解度97mol％的聚乙烯醇19.6kg和聚合度1750±50，醇解度92mol％的聚乙烯醇8.4kg共混加入二甲基亞砜/水＝90/10 72kg的不銹鋼溶解釜中，在攪拌下于溫度100±3℃，壓力-0.05Mpa，溶解3小時后，經泵壓過濾，常壓脫泡10小時，脫泡溫度97℃，制得紡絲原液溫度97℃，通過計量泵，經孔徑為0.15mm，500孔的噴絲板噴出，經過氣隙和-8℃的甲醇凝固浴中，噴絲頭拉伸8倍，紡出的初生纖維在25℃甲醇浴中濕拉伸2倍，再使?jié)窭炖w維于甲醇浴中牽伸萃取除去二甲基亞砜，萃取時間為5分鐘，上油、絲束在120℃的N2氣箱中干燥，然后，經120℃、180℃、200℃熱拉伸定型，制得水溶溫度78～83℃，線密度為1000dtex的聚乙烯醇長絲束，二甲基亞砜含量≤0.1％，斷裂強度5.0cN/dtex，斷裂伸長13～20％，纖維表面光滑，斷面為圓形。
對比例1，將實施例1相同的聚乙烯醇，采用純二甲基亞砜作溶劑，在相同工藝條件下溶解，溶解時間6.5小時后，膠粒才基本消失。
對比例2按實施1的工藝條件，只用聚合度1750±50，醇解度97mol％的聚乙烯醇，紡絲溶液濃度29％，纖維在拉伸熱定型時，溫度120～200℃時，水溶溫度為50℃，溫度在180～200℃拉伸定型時，水溶溫度為84℃，水溶溫度隨定型條件變化很大；當混入醇解度較低的聚乙烯醇后，其水溶溫度隨定型條件變化要小，工藝條件更容易控制。
實施例2將聚合度1000±50，醇解度99mol％的聚乙烯醇19.5kg與聚合度1750±50，醇解度88mol％的聚乙烯醇10.5kg共混加入盛有二甲基亞砜/水＝90/10 70kg的不銹鋼溶解釜中，在攪拌下于溫度100±3℃，壓力-0.02MPa溶解3.5小時，經泵壓過濾，常壓脫泡10小時，脫泡溫度97℃，最后得到膠體粒子極少的紡絲原液，該紡絲原液溫度97℃，通過計量泵、孔徑0.20mm、500孔的噴絲板噴出，離凝固液氣隙高度25mm，凝固液甲醇/二甲基亞砜＝95∶5，噴絲頭拉伸10倍，在20℃的甲醇浴中拉伸1.8倍，在裝有萃取交換裝置的甲醇浴中逆向萃取5分鐘，榨液后纖維在溫度125～127℃的N2氣中干燥除去甲醇，在溫度130～210℃拉伸定型處理，獲得纖維強度4.8cN/dtex，單纖維纖度2dtex，斷裂伸長18～23％，水溶溫度52℃。
對比例3按實施例2制備的紡絲溶液和紡絲工藝，選噴絲頭拉伸倍數為1，加大后拉伸倍數，只能獲得單纖維≥5dtex的纖維，不能獲得單纖維纖度2dtex的水溶性聚乙烯醇纖維。
對比例4按實施例2制備為紡絲溶液，紡絲工藝、選萃取時不采用萃取交換裝置，纖維中二甲基亞砜含量為5％，而采用萃取交換裝置，萃取后纖維中二甲基亞砜含量≤0.1％。
實施例3將聚合度1750±50，醇解度95mol％的聚乙烯醇16.5kg與聚合度500±50，醇解度88mol％的聚乙烯醇14kg共混，加入盛有二甲基亞砜/水＝92/8 69.5kg的不銹鋼溶解釜中，在攪拌下于溫度97℃，壓力-0.01Mpa溶解3.5小時，經泵壓過濾，常壓脫泡10小時，制得紡絲原源，該紡絲原液在溫度97℃通過計量泵，經孔徑0.2mm、500孔的噴絲板噴出，紡到-8℃的甲醇凝固浴中，噴絲頭拉伸10倍，在30℃甲醇浴中拉伸2倍，在裝有壓液裝置的甲醇浴中逆向萃取3分鐘，上油、干燥、熱拉伸定型同實施1，獲得水溶溫度為22℃的聚乙烯醇纖維，強度3.6cN/dtex，斷裂伸長20-26％，斷面為圓形，無皮芯層結構，表面光滑。
權利要求
1.水溶性聚乙烯醇纖維起始原料的配方組分(按重量計)為聚合度500～2000，醇解度75～99mol％的聚乙烯醇100份，溶劑二甲基亞砜/水＝90～70∶10～30 200～400份水溶性聚乙烯醇纖維的主要性能斷面為圓形、表面光滑、水溶溫度10～90℃，強度≥3.5cN/dtex，單纖維纖度1.5～10dtex，斷裂伸長15～30％。
2.按照權利要求1所述水溶性聚乙烯醇纖維的制備方法，其特征在于(1)紡絲原液的制備將聚合度500～2000，醇解度75～99mol％的聚乙烯醇100份，二甲基亞砜/水＝95～70∶10～30 200～400份，加入到不銹鋼溶解釜中，在攪拌下于溫度80～120℃、壓力在-0.01～-0.08MPa溶解3～4小時，配成溶液，再將溶液加壓過濾、脫泡、制成紡絲原液，(2)干濕法紡絲利用專用的噴絲頭，孔徑0.08～0.2mm，將紡絲原液于溫度80～120℃經過計量泵從噴絲頭噴出，紡絲細流在噴絲板與凝固浴之間的空氣間隙中處于粘流態(tài)，噴絲頭拉伸1～20倍后進入凝固浴，凝固浴為甲醇，浴中二甲基亞砜和水含量不高于10％，浴溫為-18～5℃，剛形成的初生纖維為凝膠態(tài)，仍具有較大的形變能力，通過紡絲高倍拉伸，拉伸后的纖維直徑較小，有利于萃取和后處理，(3)紡絲后處理A、萃取萃取采用逆流法、纖維的出口進入萃取劑甲醇，萃取過程中纖維在溫度5～30℃，通過萃取交換裝置，時間3～5分鐘，同時牽伸1～3倍，纖維中含二甲基亞砜≤0.1％，B、上油采用醇溶性油劑消除靜電，增加纖維抱合力，避免纖維在干燥和定型時發(fā)生粘連，開纖性好，有利于紡織加工，C、干燥將纖維上含有50～100％的甲醇，通過焙烘除去，纖維在緊張狀態(tài)下焙烘，采用熱N2加熱，冷凝器冷卻回收甲醇，D、熱拉伸定型熱定型溫度為120～240℃，熱拉伸2～5倍，熱定型時間1～8分鐘，熱收縮率5～30％，獲得纖維的水溶溫度10～90℃。
3.按照權利要求1或2所述水溶性聚乙烯醇纖維的用途，其特征在于該纖維可以生產長絲或加工成毛條，與羊毛條、棉條、麻和化學纖維混紡制成高支紗或空心紗，短纖維作無紡布、繡花底布和造紙方面的多種用途。
全文摘要
一種水溶性聚乙烯醇纖維及其制備方法，其特點是將聚合度500～2000和醇解度75－99mo1％的聚乙烯醇100份，用二甲基亞砜/水＝90～70∶10～30的混合溶劑200～400份，加入不銹鋼溶解釜中，在攪拌下于溫度80－120℃，壓力－0.01～－0.08MPa，溶解3～4小時，配成紡絲溶液，經過濾、脫泡、干濕法紡絲和后處理，獲得水溶性聚乙烯醇纖維，該纖維水溶溫度10～90℃，強度≥3.5cN/dtex，單纖維纖度為1.5～10dtex，斷裂伸長15～30％，其長絲加工成毛條，與羊毛條、棉條、麻和化學纖維混紡制成高支紗或空心紗，或切斷成短纖維作無紡布、繡花底布和造紙方面的多種用途。
文檔編號D06M13/00GK1403641SQ0213390
公開日2003年3月19日 申請日期2002年10月14日 優(yōu)先權日2002年10月14日
發(fā)明者葉光斗, 郭鑫銘, 李守群, 趙厚坤, 何云, 鞏清建, 林義滋, 王建, 劉正選, 童美碧, 彭華金, 晏明 申請人:中國石油化工集團公司, 四川大學, 中國石化集團四川維尼綸廠