CN101220523A - 采用溶剂法制备纤维素丝蛋白复合纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用溶剂法制备纤维素丝蛋白复合纤维的方法，包括：(1)将粉碎的纤维素、丝蛋白与离子液体混合均匀，在25～160℃温度下溶解1～120小时，形成总固含量为3～40％的纺丝溶液，其中纤维素、丝蛋白混合质量比为99∶1～1∶99；(2)经过滤、脱泡后，纺丝，凝固浴固化；(3)再经拉伸、水洗、漂白，再经过上油、干燥工序，得复合纤维。采用离子液体制备纤维，避免了粘胶法冗长而复杂的生产过程，生产过程明显缩短，工艺能耗和操作费用低，制得的纤维素复合纤维具有良好的机械强度，其机械性能明显高于相应的采用粘胶法生产的常规粘胶纤维，可制造内衣、手帕、经混纺或纯纺可制成各种服装面料等。
Description
技术领域
本发明属复合纤维制备领域，特别是涉及一种采用溶剂法制备纤维素丝蛋白复合纤维的方法。
背景技术
自然界中的所有物质中纤维素不仅储备量大，而且有巨大的恢复量。目前只有极少的纤维素被制成纤维。用于制造纤维和薄膜的纤维素量，还不及世界工业生产的纤维素产量的4％。随着人类对自然界认识的不断深入以及石油、煤、天然气等资源的日益短缺，纤维素的利用还将逐渐扩大。纤维素纤维由于原料纤维素能被生物分解或安全燃烧转化成水蒸气和二氧化碳，由废弃物引起的破坏环境问题少。因此发展纤维素纤维是十分必要的。
目前生产纤维素纤维主要采用的是粘胶法，生产过程冗长而复杂，能耗和操作费用高，并存在废气、废水、废渣的污染、处理回收等多项问题。而离子液体作为一种新型的纤维素溶剂，在较宽的范围内以液态存在，且具有良好的热稳定性，无毒、无挥发性，有利于环境保护和操作人员健康。可以通过选择适宜的阴、阳离子组合而改变其物理化学性质，是许多有机物、无机物和高分子材料的良溶剂。许多离子液体对纤维素的溶解度很大，有些甚至达到25％；而采用纤维素黄化法生产粘胶纤维所采用的纤维素浓度不超过10％，因此采用离子液体生产纤维素纤维可以大大提高生产效率。
目前见于报道的纤维素复合纤维报道很少，多是采用纤维素纤维与其他纤维混纺来生产。考虑到丝蛋白富含18种氨基酸，其中其中亮氨酸可加速细胞的新陈代谢，丝氨酸、苏氨酸可延缓皮肤老化，色氨酸、酪氨酸能吸收紫外线。除碳、氢和氮元素外，丝蛋白还含不超过0.7％的钾、钙、硅、铭、磷、铁和铜等多种无机元素。丝蛋白无毒、无刺激、无过敏，不产生占位现象且与人类皮肤组织无隙结合，有优异的愈合功能。丝蛋白的水解产物具有优异的吸湿和放湿性和较高的生物活性如抗氧化性、抗毒性等。因此将丝素蛋白的各种优异功能转移到与人类朝夕相处的服用纤维中，起到提高织物吸湿性。增进染色性和抗静电性，有利于穿着舒适性。并对人类皮肤进行呵护，使人类拥有健康的皮肤。符合新世纪人类的绿色消费观念。因此开发纤维素/丝蛋白复合纤维具有重要意义。
参考文献：
1.美国专利20030157351公开了一种纤维素在离子液体中溶解和加工的方法。
2.中国专利CN1944723公开了采用粘胶法生产羟乙基壳聚糖、蚕丝蛋白、纤维素共混的方法及用途。
3.中国专利CN1062934公开了制备丝蛋白与聚乙烯醇共混纤维的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用溶剂法制备纤维素丝蛋白复合纤维的方法，该方法以离子液体为溶剂，溶解纤维素和丝蛋白，经纺丝加工成复合纤维素纤维的方法，解决目前采用粘胶法生产纤维素复合纤维所带来的环境污染问题，满足生产需要。
本发明的一种采用溶剂法制备纤维素丝蛋白复合纤维的方法，包括步骤：
(1)将粉碎的纤维素、丝蛋白等与离子液体混合均匀，在25～160℃温度下溶解1～120小时，形成总固含量为3～40％的均一稳定纺丝溶液，其中纤维素、丝蛋白混合质量比为99∶1～1∶99，微波辐射、施加一定的真空度等有利于浆粕的溶解；
(2)经过滤、脱泡后，采用湿法纺丝、干喷湿纺法或熔喷湿纺法进行纺丝，凝固浴固化，其中凝固浴为水或0～60％的离子液体水溶液，凝固浴温度为0～90℃，纺丝速度为5～150米/分；
(3)再经拉伸、水洗、漂白，以彻底除去纤维中的各种杂质，再经过上油、干燥等工序，得到纤维素复合纤维。
所述粉碎的纤维素是采用的聚合度在300～2500，α-纤维素含量90％～100％的纤维素，包括竹浆粕、木浆粕、棉浆粕、芦苇浆、甘蔗渣浆、黄麻杆浆、细菌纤维素、棉花、醋酸纤维素等经过机械粉碎，浆粕经过活化处理或不做处理。
所述丝蛋白是采用丝蛋白粉，其含氮量≥14％，重金属(以pb计)0～20mg/kg，砷(以As计)0～5mg/kg，菌落总数(cfu/g)0～100。
所述离子液体是由阳离子和阴离子组成，阳离子为取代基是氢、C1～C6的烷基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、羟乙基、羟丙基、烷氧基中的一种或几种的烷基季铵离子，烷基季磷离子，烷基咪唑离子，烷基吡啶离子；所述的阴离子为卤素离子、BF4 -、PF4 -、SCN-、CN-、OCN-、CNO-、CF3SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)2N-或(CF3SO2)2Cl-中的一种。
所述拉伸是纤维经过紧张拉伸、喷头拉伸、塑化拉伸、空气浴后拉伸或回缩等一种或几种组合进行拉伸，总拉伸率为1～200％。
所述复合纤维包括复合短纤维和长丝，纤维强度2～5cN/dtex。
本发明的有益效果：
(1)采用离子液体制备纤维，避免了粘胶法冗长而复杂的生产过程，生产过程明显缩短，工艺能耗和操作费用低；
(2)离子液体作为一种新型的纤维素溶剂，无毒无害、无挥发性，有利于环境保护和操作人员健康，离子液体的水溶液还可用做凝固浴，且离子液体易于回收，符合绿色生产的要求；
(3)本发明制备得到的纤维素复合纤维具有良好的机械强度，其机械性能明显高于相应的采用粘胶法生产的常规粘胶纤维。
(4)复合纤维可制造内衣、手帕、经混纺或纯纺可制成各种服装面料。还可制成膜而用于人工脏器、水处理器、生物材料等多方面用途。
具体实施方式
下面结合具体实施例，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。
本实施例中的份数是重量份数。
实施例1
将粉碎的9.95份浆粕、0.05份丝蛋白混合，与100份[BMIM]Cl(1-丁基-3-甲基-咪唑盐酸盐)离子液体混合均匀，在45℃下搅拌24小时，得到纺丝溶液。
纺丝溶液经过滤、脱泡后，经多孔喷丝板进入到含5％离子液体的凝固浴中，凝固浴温度为25℃。经过10％的塑化拉伸后，再经水洗、漂白、上油、干燥等程序，纺丝速度为5米/分，得到强度为3.2cN/dtex的纤维。
实施例2
将粉碎的9份浆粕、1份丝蛋白混合，与200份[BMIM]Cl离子液体混合均匀，在100℃下搅拌120小时，得到纺丝溶液。
纺丝溶液经过滤、脱泡后，经多孔喷丝板进入到水凝固浴中，凝固浴温度为15℃。经过1％的塑化拉伸后，再经水洗、漂白、上油、干燥等程序，纺丝速度为20米/分，得到强度为3.5cN/dtex的纤维。
实施例3
将粉碎的9份浆粕、1份丝蛋白混合，与40份[EMIM]Ac(1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐)离子液体混合均匀，在60℃下搅拌80小时，得到纺丝溶液。
纺丝溶液经过滤、脱泡后，经多孔喷丝板进入到含25％离子液体的凝固浴中，凝固浴温度为55℃。经过8％的塑化拉伸后，再经水洗、漂白、上油、干燥等程序，纺丝速度为30米/分，得到强度为4.0cN/dtex的纤维。
实施例4
将粉碎的9份浆粕、1份丝蛋白混合，与90份[AMIM]Cl(1-烯丙基-3-甲基咪唑盐酸盐)离子液体混合均匀，在150℃下搅拌50小时，得到纺丝溶液。
纺丝溶液经过滤、脱泡后，经多孔喷丝板进入到含45％离子液体的凝固浴中，凝固浴温度为85℃。经过5％的塑化拉伸后，再经水洗、漂白、上油、干燥等程序，纺丝速度为40米/分，得到强度为2.3cN/dtex的纤维。
Claims (6)
1.一种采用溶剂法制备纤维素丝蛋白复合纤维的方法，包括步骤：
(1)将粉碎的纤维素、丝蛋白与离子液体混合均匀，在25～160℃温度下溶解1～120小时，形成总固含量为3～40％的纺丝溶液，其中纤维素、丝蛋白混合质量比为99∶1～1∶99；
(2)经过滤、脱泡后，纺丝，凝固浴固化；
(3)再经拉伸、水洗、漂白，再经过上油、干燥工序，得复合纤维。
2.根据权利要求1所述的采用溶剂法制备纤维素丝蛋白复合纤维的方法，其特征在于：所述粉碎的纤维素是采用的聚合度在300～2500，α-纤维素含量90％～100％的纤维素，是将竹浆粕、木浆粕、棉浆粕、芦苇浆、甘蔗渣浆、黄麻杆浆、细菌纤维素、棉花或醋酸纤维素经过机械粉碎。
3.根据权利要求1所述的采用溶剂法制备纤维素丝蛋白复合纤维的方法，其特征在于：所述丝蛋白的含氮量至少14％，以pb计的重金属量0～20mg/kg，以As计的砷量0～5mg/kg，菌落总数0～100cfu/g。
4.根据权利要求1所述的采用溶剂法制备纤维素丝蛋白复合纤维的方法，其特征在于：所述离子液体是由阳离子和阴离子组成，阳离子为取代基是氢、C1～C6的烷基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、羟乙基、羟丙基、烷氧基中的一种或几种的烷基季铵离子，烷基季磷离子，烷基咪唑离子，烷基吡啶离子；
所述的阴离子为卤素离子、BF4 -、PF4 -、SCN-、CN-、OCN-、CNO-、CF3SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)2N-或(CF3SO2)2Cl-中的一种。
5.根据权利要求1所述的采用溶剂法制备纤维素丝蛋白复合纤维的方法，其特征在于：所述拉伸是纤维经过紧张拉伸、喷头拉伸、塑化拉伸、空气浴后拉伸或回缩中的一种或几种组合进行拉伸，总拉伸率为1～200％。
6.根据权利要求1所述的采用溶剂法制备纤维素丝蛋白复合纤维的方法，其特征在于：所述复合纤维是复合短纤维或长丝，纤维强度2～5cN/dtex。
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