权利要求

一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法技术领域[0001] 本发明涉及一种功能性纱线，具体涉及一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法。背景技术[0002] 纱线的制造就是将纤混合，纺制成粗细均匀、洁净并具有一定物理性能的纱线。通过织造一种纱线，可以获得用于各种衣物的织物，纱线是由织机从纤维纺出。[0003] 吸湿发热纤维属于积极产热式的保暖材料，由于吸湿发热材料在吸湿时具有不膨胀、不变形且会释放出大量的热等优点，因此可以更好地满足保暖御寒作用。吸湿发热材料主要是利用纤维大分子中极性的亲水基团捕捉空气中有较高动能的水分子，亲水基团和水分子通过氢键相结合，将水分吸附并固定到纤维表面，由能量守恒原理，水分子的动能必将转变为热能，从而达到吸湿发热的效果。[0004] 聚丙烯腈纤维是三大合成纤维之一，具有优良的保暖性、染色性和仿毛性等特点，有人造羊毛之称，在针织内衣、毛毯、人造毛皮等服用领域应用广泛。但是，随着人们生活水平的不断提高和服装文化的日益发展，人们对其舒适度、功能性和安全性要求越来越高。受吸湿发热纤维的吸湿发热机理启发，本发明所提供的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，使聚丙烯腈纱线表现出具有吸湿发热的功能。用该纱线制作的服装面料具有良好的吸湿性，能够吸附人体散发出的水蒸气，同时产生热量提高了面料的温度，从而达到保暖的效果O[0005] 在CN102220651B中提供了一种吸湿发热纤维的制造方法，它是在聚丙烯腈纤维中通过由第二、三单体加入丙烯酰胺和丙烯酸从而在纤维中引入亲水基团，使腈纶具有吸湿发热功能。然而聚丙烯腈纤维制造中，通常第二、三单体的加入量小于15%，其中为满足纤维机械性能和染色性能改善要求，使亲水性单体的添加量有限。另外，过多的加入亲水性单体，不仅改变聚合反应甚至纺丝等工序进程，工艺变动涉及面大，而且易使纤维原有的其他特性发生变化。发明内容[0006] 本发明针对上述的技术现状，从满足聚丙烯腈纱线的服用要求出发，提供一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法。在不改变聚合工艺的前提下，采用聚丙烯腈碱性水解溶液和常规生产得到的聚 丙烯腈原液进行一定比例的共混并纺丝，从而制备得到吸湿发热聚丙烯腈纤维，然后将该纤维进行切断通过纺纱制备得到吸湿发热聚丙烯腈纱线。[0007] 本发明的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，包括如下步骤:[0008] ( I)丙烯腈共聚物水解[0009] 用碱性金属盐的水溶液对聚合物进行水解处理；[0010] 丙烯腈共聚物与碱性金属盐的质量之比为1:0.5〜1:2.0，水解反应温度为80〜110°c，水解反应时间为I〜10小时；[0011] 丙烯腈共聚物中的氰基具有较高活性，氰基在碱性金属盐水溶液作用下发生反应，能够水解生成酰胺基、羧基等吸湿基团；[0012] (2)沉析[0013] 为了提高聚丙烯腈水解物在水解液中的浓度，将所述水解处理所得的水解液用溶剂沉析，经过滤后的聚丙烯腈水解液表现为碱性，加入酸调节pH值至4〜7，得到聚丙烯腈水解物；[0014] (3)配制水解聚丙烯腈原液[0015] 为了便于加入，进一步实现与常规原液均匀共混，需将聚丙烯腈水解物配制成溶液。所述聚丙烯腈水解物用纺丝溶剂调配成水解聚丙烯腈原液，调节固含量为10〜40wt% ；[0016] (4)配制吸湿发热聚丙烯腈原液[0017] 聚丙烯腈经过水解后的分子量下降，水溶性大大提高，无法满足湿法纺丝要求，将水解聚丙烯腈原液与常规聚丙烯腈原液以一定比例共混可得到稳定均匀、满足纺制纤维要求的原液。[0018] 将所述水解聚丙烯腈原液调温至70〜80°C，与常规生产的聚丙烯腈原液充分混合均匀，制备得到吸湿发热聚丙烯腈原液；其中，所述水解聚丙烯腈原液占所述吸湿发热聚丙烯腈原液的5〜40wt%。较常规原液，吸湿发热聚丙烯腈原液由于共混分子结构含有大量吸湿基团的水解原液，从而具有吸水吸湿发热性能；[0019] (5)纺丝凝固成形 [0020] 纺丝原液从喷丝板挤出，在凝固浴中形成初生纤维；[0021] (6)预牵伸[0022] 凝固成型后的初生纤维预牵伸1.0〜3.5倍；[0023] (7)水洗[0024] 预牵伸后的初生纤维水洗洗去纺丝溶剂，水温为45〜65°C ;[0025] (8)亲水性处理[0026] 以pH为9〜12的缓冲溶液用浸溃和喷淋结合的方法进行亲水性处理，使纤维上的H型羧基转化为盐型羧基；[0027] (9)热牵伸[0028] 在98〜100°C的热水中进行2.5〜5.0倍的水浴牵伸；[0029] (10)致密化-交联[0030] 将热牵伸后的纤维在105〜145°C下进行热交联处理；[0031] (11)卷曲和定型[0032] 采用热水浴或汽蒸方式预热丝束进行机械卷曲，经卷曲后的纤维进行饱和蒸汽热定型处理，热定型温度为120〜135°C ；[0033] (12)上油与烘干[0034] 热处理后纤维进行浸溃上油，油槽浓度在1.0〜3.0%，之后，在温度为90〜120°C的第二干燥机中松弛烘干；[0035] (13)切断和纺纱[0036] 将纤维切断后，依次经过清花一梳棉一并条一粗纱一细纱一络筒工序与棉纤维、粘胶纤维或羊毛等纤维进行混合纺纱。[0037] 作为优选的技术方案:[0038] 如上所述的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，所述碱性金属盐是碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物或碱金属碳酸盐；所述碱性金属盐的水溶液浓度为I〜40wt%。[0039] 如上所述的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，所述碱性金属氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾；所述的碱土金属氢氧化物为氢氧化镁或氢氧化钙；所述的碱金属碳酸盐为碳酸氢钠或碳酸氢钾。[0040] 如上所述的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，所述丙烯腈共聚物是丙烯腈单体与其它第二共聚单体和/或第三共聚单体的共聚物；所述其它第二共聚单体是丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸酯单体或醋酸乙烯中的一种，第三共聚单体为甲基丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、乙烯基磺酸钠或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的一种。[0041] 如上所述的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，所述丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯；所述甲基丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸丁酯。[0042] 如上所述的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，所述酸是无机酸或有机酸的水溶液；所述无机酸为硝酸、盐酸或硫酸，所述有机酸为甲酸、乙酸或乙二酸。[0043] 如上所述的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，所述纺丝溶剂为有机溶剂或无机溶剂；所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或二甲基乙酰胺，所述无机溶剂为硫氰酸钠水溶液或氯化锌水溶液。[0044] 如上所述的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，所述溶剂为无水乙醇、丙酮或甲醇。[0045] 如上所述的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，所述吸湿发热聚丙烯腈原液中，丙烯腈共聚物主链为C-C单键，同时丙烯腈共聚物大分子中含有羧基、酰胺基以及大量的氰基。所述吸湿发热聚丙烯腈原液由60〜95wt%的常规聚丙烯腈原液、5〜40wt%水解聚丙烯腈原液，采用无机溶剂时，其中聚丙烯腈为10〜24.4wt%，溶剂为38〜45wt%，水为30.6〜52wt% ;采用有机溶剂时，其中聚丙烯腈为20〜30wt%，溶剂为70〜80wt%。[0046] 如上所述的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，所述缓冲溶液可以是碳酸钠-碳酸氢钠、氢氧化钠-硼酸-氯化钾、氢氧化钠-氨基乙酸-氯化钠或氯化钾-氢氧化钠等缓冲溶液。[0047] 如上所述的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，所述的纤维吸湿性指标回潮皇按如下方法测得:将一种吸湿聚丙烯腈纤维试样(大约5g)在105°C的电热鼓风干燥箱中干燥至恒重并称量其重量为W l (g)，然后将试样放置在保持在20°C和65%RH条件的恒温恒湿箱中24小时，称量吸湿后的试样的重量为W2(g)。通过下面公式讲行计算得到试样回潮率:[0048]回潮率(%) = [ (W2-W1) /Wl] X 100%[0049] 如上所述的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，所述的纤维发热量Q(J/g)按如下方法测得:将一种吸湿聚丙烯腈纤维试样(大约0.5g)在105°C的电热鼓风干燥箱中干燥至恒重并称量其重量为Wl(g)，称量质量大约为试样质量10倍的水加入到带有隔热夹套的试管中，并测量水的起始温度为Tl，然后迅速将干燥试样加入到试管内并浸没在水中，同时测量水温上升的最大值记录温度为T2。通过下面公式进行计算得到试样发热量:[0050]发热量 Q (J/g) =C.Wl.(T2-T1)[0051] 其中C (J/(g*°C))为水的比热容；发热量Q (J/g)为单位质量的纤维所产生的热量。[0052] 有益效果:[0053] 本发明所提供的一种吸湿发热聚丙烯腈纱线的制备方法，在常规聚丙烯腈纤维制造过程中得到吸湿发热聚丙烯腈纤维，并由该纤维纺制成纱线。由本发明得到的吸湿发热聚丙烯腈纱线不仅具有良好的吸湿发热性能，而且均匀性好，耐久性佳，不受纤维纤度、长度的限制，生产效率高。具体实施方式[0054] 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。[0055] 实施例1[0056] 由丙烯腈、丙烯酸甲酯及甲基丙烯磺酸钠所组成的丙烯腈共聚体在lwt%氢氧化钠水溶液中进行水解，丙烯腈共聚物与氢氧化钠的质量比为1:0.5,水解温度为90°C,水解时间为2小时，然后将水解处理所得的水解液用无水乙醇沉析，过滤后用硝酸调节pH值到4，然后将所得到的聚丙烯腈水解物用硫氰酸钠水溶液调配成固含量为13wt%的水解聚丙烯腈原液。将该水解聚丙烯腈原液调温至70°C，同常规生产的聚丙烯腈原液充分混合均匀，得到吸湿发热聚丙烯腈原液，其中水解聚丙烯腈原液占所述吸湿发热聚丙烯腈原液的5wt%。将吸湿发热聚丙烯腈原液从喷丝板挤出，在凝固浴中凝固形成初生纤维，然后初生纤维经过1.5倍预牵伸，之后经45°C水洗，用pH=9的氢氧化钠-硼酸-氯化钾缓冲溶液进行亲水化处理，再经过98°C的热水中进行3倍的热水牵伸，热牵伸后的纤维在105°C下进行热交联处理。然后进行卷曲、定型、上油、烘干、切断。热定型温度为120°C，上油的油剂浓度为1.2%，烘干温度为100°C。将吸湿发热聚丙烯腈短纤维与棉按混纺比为20/80进行纺纱，纱线支数为80s。测试得到该纤维的回潮率为12%，发热量为40J/g。[0057] 实施例2[0058] 由丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯所组成的丙烯腈共聚体在8wt%氢氧化钾水溶液中进行水解，丙烯腈共聚物与氢氧化钾的质量比为1:0.8,水解温度为100°C,水解时间为3小时，然后将水解处理所得的水解液用无水乙醇沉析，过滤后用甲酸调节PH值到5，然后将所得到的聚丙烯腈水解物用二甲基亚砜调配成固含量为12被％的水解聚丙烯腈原液。将该水解聚丙烯腈原液调温至70°C，同常规生产的聚丙烯腈原液充分混合均匀，得到吸湿发热聚丙烯腈原液，其中水解聚丙烯腈原液占所述吸湿发热聚丙烯腈原液的15wt%。将吸湿发热聚丙烯腈原液从喷丝板挤出，在凝固浴中凝固形成初生纤维，然后初生纤维经过1.0倍预牵伸，之后经50°C水洗，用pH=9.5的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液进行亲水化处理，再经过100°C的热水中进行5倍的热水牵伸，热牵伸后的纤维在120°C下进行热交联处理。然后进行卷曲、定型、上油、烘干、切断。热定型温度为125°C，上油的油剂浓度为1.0%，烘干温度为110°C。将吸湿发热聚丙烯腈短纤维与棉按混纺比为25/75进行纺纱，纱线支数为32s。测试得到该纱线的回潮率为17% ，发热量为58J/g。[0059] 实施例3[0060] 由丙烯腈和丙烯酸乙酯所组成的丙烯腈共聚体在10wt%氢氧化钠水溶液中进行水解，丙烯腈共聚物与氢氧化钠的质量比为1:1.0，水解温度为105°C，水解时间为I小时，然后将水解处理所得的水解液用丙酮沉析，过滤后用盐酸调节PH值到5，然后将所得到的聚丙烯腈水解物用氯化锌水溶液调配成固含量为15wt%的水解聚丙烯腈原液。将该水解聚丙烯腈原液调温至70°C，同常规生产的聚丙烯腈原液充分混合均匀，得到吸湿发热聚丙烯腈原液，其中水解聚丙烯腈原液占所述吸湿发热聚丙烯腈原液的10wt%。将吸湿发热聚丙烯腈原液从喷丝板挤出，在凝固浴中凝固形成初生纤维，然后初生纤维经过2.3倍预牵伸，之后经58°C水洗，用pH=ll的氢氧化钠-氨基乙酸-氯化钠缓冲溶液进行吸湿发热化处理，再经过99°C的热水中进行4.5倍的热水牵伸，热牵伸后的纤维在110°C下进行热交联处理。然后进行卷曲、定型、上油、烘干、切断。热定型温度为120°C，上油的油剂浓度为2.3%，烘干温度为110°C。将吸湿发热聚丙烯腈短纤维与粘胶纤维按混纺比为20/80进行纺纱，纱线支数为40s。测试得到该纱线的回潮率为23%，发热量为76J/g。[0061] 实施例4[0062] 由丙烯腈、丙烯酸乙酯及乙烯基磺酸纳所组成的丙烯腈共聚体在12wt%氢氧化镁水溶液中进行水解，丙烯腈共聚物与氢氧化镁的质量比为1:1.2,水解温度为95°C,水解时间为2小时，然后将水解处理所得的水解液用丙酮沉析，过滤后用硫酸调节pH值到6，然后将所得到的聚丙烯腈水解物用二甲基乙酰胺调配成固含量为15wt%的水解聚丙烯腈原液。将该水解聚丙烯腈原液调温至80°C，同常规生产的聚丙烯腈原液充分混合均匀，得到吸湿发热聚丙烯腈原液，其中水解聚丙烯腈原液占所述吸湿发热聚丙烯腈原液的5wt%。将吸湿发热聚丙烯腈原液从喷丝板挤出，在凝固浴中凝固形成初生纤维，然后初生纤维经过2.5倍预牵伸，之后经53°C水洗，用pH=9.8的氢氧化钠-硼酸-氯化钾溶液进行亲水化处理，再经过99°C的热水中进行8倍的热水牵伸，热牵伸后的纤维在130°C下进行热交联处理。然后进行卷曲、定型、上油、烘干、切断。热定型温度为120°C，上油的油剂浓度为2.3%，烘干温度为90°C。将吸湿发热聚丙烯腈短纤维与粘胶纤维按混纺比为25/75进行纺纱，纱线支数为70s。测试得到该纱线的回潮率为14%，发热量为47J/g。[0063] 实施例5[0064] 由丙烯腈、丙烯酸丁酯和苯乙烯磺酸钠所组成的丙烯腈共聚体在15wt%氢氧化钙水溶液中进行水解，丙烯腈·共聚物与氢氧化钙的质量比为1: 1.5，水解温度为95°C，水解时间为4小时，然后将水解处理所得的水解液用甲醇沉析，过滤后用乙酸调节pH值到6，然后将所得到的聚丙烯腈水解物用硫氰酸钠水溶液调配成固含量为13wt%的水解聚丙烯腈原液。将该水解聚丙烯腈原液调温至80°C，同常规生产的聚丙烯腈原液充分混合均匀，得到吸湿发热聚丙烯腈原液，其中水解聚丙烯腈原液占所述吸湿发热聚丙烯腈原液的20wt%。将吸湿发热聚丙烯腈原液从喷丝板挤出，在凝固浴中凝固形成初生纤维，然后初生纤维经过4倍预牵伸，之后经55°C水洗，用pH=13的氯化钾-氢氧化钠缓冲溶液进行亲水化处理，再经过100°C的热水中进行8倍的热水牵伸，热牵伸后的纤维在145°C下进行热交联处理。然后进行卷曲、定型、上油、烘干、切断。热定型温度为130°C，上油的油剂浓度为2.0%，烘干温度为110°C。将吸湿发热聚丙烯腈短纤维与羊毛按混纺比为25/75进行纺纱，纱线支数为32s。测试得到该纱线的回潮率为17%，发热量为58J/g。[0065] 实施例6[0066] 由丙烯腈、丙烯酸丁酯及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸所组成的丙烯腈共聚体在30wt%碳酸氢钠水溶液中进行水解，丙烯腈共聚物与碳酸氢钠的质量比为1:1.8，水解温度为110°C，水解时间为5小时，然后将水解处理所得的水解液用甲醇沉析，过滤后用乙二酸调节PH值到7，然后将所得到的聚丙烯腈水解物用二甲基甲酰胺调配成固含量为40wt%的水解聚丙烯腈原液。将该水解聚丙烯腈原液调温至80°C，同常规生产的聚丙烯腈原液充分混合均匀，得到吸湿发热聚丙烯腈原液，其中水解聚丙烯腈原液占所述吸湿发热聚丙烯腈原液的25wt%。将吸湿发热聚丙烯腈原液从喷丝板挤出，在凝固浴中凝固形成初生纤维，然后初生纤维经过2.8倍预牵伸，之后经65°C水洗，用pH=12的氢氧化钠-氨基乙酸-氯化钠缓冲溶液进行亲水化处理，再经过100°C的热水中进行10倍的热水牵伸，热牵伸后的纤维在145°C下进行热交联处理。然后进行卷曲、定型、上油、烘干、切断。热定型温度为135°C，上油的油剂浓度为2.5%，烘干温度为110°C。将吸湿发热聚丙烯腈短纤维与羊毛按混纺比为20/80进行纺纱，纱线支数为40s。测试得到该纱线的回潮率为15%，发热量为50J/g。[0067] 实施例7[0068] 由丙烯腈、醋酸乙烯及甲基丙烯磺酸钠所组成的丙烯腈共聚体在40wt%碳酸氢钾水溶液中进行水解，丙烯腈共聚物与碳酸氢钾的质量比为1:2.0,水解温度为80°C,水解时间为10小时，然后将水解处理所得的水解液用甲醇沉析，过滤后用盐酸调节pH值到7，然后将所得到的聚丙烯腈水解物用二甲基甲酰胺调配成固含量为20wt%的水解聚丙烯腈原液。将该水解聚丙烯腈原液调温至80°C，同常规生产的聚丙烯腈原液充分混合均匀，得到吸湿发热聚丙烯腈原液，其中水解聚丙烯腈原液占所述吸湿发热聚丙烯腈原液的40wt%。将吸湿发热聚丙烯腈原液从喷丝板挤出，在凝固浴中凝固形成初生纤维，然后初生纤维经过1.8倍预牵伸，之后经50°C水洗，用pH=10的氢氧化钠-硼酸-氯化钾缓冲溶液进行亲水化处理，再经过98°C的热水中进行6倍的热水牵伸，热牵伸后的纤维在125°C下进行热交联处理。然后进行卷曲、定型、上油、烘干、切断。热定型温度为120°C，上油的油剂浓度为2.3%，烘干温度为120°C。将吸湿发热聚丙烯腈短纤维与棉按混纺比为25/75进行纺纱，纱线支数为70s。测试得到该纱线·的回潮率为18%，发热量为60J/g。