CN101230494A

CN101230494A - 纤维素共混纤维的溶剂法制备和应用

Info

Publication number: CN101230494A
Application number: CNA2008100337908A
Authority: CN
Inventors: 何春菊; 王庆瑞; 陈雪英; 孙俊芬
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2008-07-30

Abstract

本发明涉及一种纤维素共混纤维的溶剂法制备和应用，制备：(1)将粉碎的高、低聚合度混合的纤维素、麻、聚丙烯腈与离子液体混合均匀，在25～160℃温度下溶解、脱泡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、麻、聚丙烯腈的质量混合比为5～99.5∶0～5∶0.5～95；(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，得纤维素共混纤维；应用：是将纤维素、麻、聚丙烯腈组成的纺丝原液纺制成中空纤维膜，用于制造人工脏器和净水器的用膜。本发明中使用离子液体生产效率高且易于回收，符合绿色生产的要求，制得的复合纤维具有良好的机械强度、机械性能。

Description

纤维素共混纤维的溶剂法制备和应用

技术领域

本发明属纤维素共混纤维领域，特别是涉及纤维素共混纤维的溶剂法制备和应用。

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。工业化生产制得的粘胶纤维作为一种再生纤维素纤维，因其穿着舒适、对皮肤无刺激等优良服用性能而被广大消费者所青睐，但也有不尽人意的一面，例如穿着过程中容易产生褶皱、不挺括等，同时在生产过程中能耗和水消耗很大，并存在严重的“三废”问题。因此采用新型溶剂将纤维素溶解，以改善粘胶纤维一些天然缺陷、并避免环境污染就成为当务之急。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。

制造再生纤维素纤维的半制品——浆粕的原材料来源相当广泛，从优质的针叶木和棉短绒到阔叶木、速生材、竹子以及各种草本植物(如甘蔗渣、芦苇、黄麻杆等)。同时，我国麻类作物资源丰富，品种齐全，拥有几乎世界所有的主要麻类作物。目前生产上主要栽种的麻类作物有苎麻、黄麻、红麻、亚麻、大麻和剑麻等，已实现自给有余。麻类纤维是轻纺工业重要而优质的原料，每年收获多次，有较高的生物产量和纤维产量，同时又具有较强的水土保持作用。麻材具有天然的抑菌、防霉性质。在生长过程中农药和杀虫剂使用少，平均产量非常高。将天然麻经过溶解再生后，得到的再生麻纤维的可纺性、织造性、可染性良好，手感柔软，具有吸湿性、透气性、强力高、滑挺等特点，再生麻纤维的力学性能和穿着性能与明显优于天然麻纤维。在再生麻纤维的生产过程中极大限度地保留了抑菌、防霉物质，使其架接在麻纤维大分子链上不受破坏，所以其具有抑菌、防霉性能。同时纱线具有抗静电、高吸湿性、抗紫外线辐射等作用。同时考虑到聚丙烯腈共聚物分子链上氰基的存在赋予聚丙烯腈许多优良性能，主要表现为优良的耐光性、耐气候性、耐霉性及良好的耐溶剂性、化学稳定性和热稳定性，因此开发纤维素/麻/聚丙烯腈共混纤维具有重要意义。

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ZL01126469.1公开了采用高湿模量法生产粘胶纤维的方法及用途。

3.中国专利CN1596282A公开了采用离子液体溶解及加工纤维素的方法。

4.中国专利CN03129531.2溶剂法竹纤维素纤维的制造方法。

发明内容

本发明旨在提供一种纤维素共混纤维的溶剂法制备和应用，该方法通过以离子液体为共溶剂来制备纤维素共混纤维，大大提高生产效率，同时还克服了单独使用纤维素没有的抗菌抑菌防臭功能，还克服了单独使用麻浆纤维强度低、白度差的问题，克服了单独使用聚丙烯腈纤维舒适性不够、易产生静电的问题。而且原料来源广泛，生产工艺优化，能够根据需要综合各种原料的优点，解决了目前采用粘胶法生产纤维素共混纤维所带来的环境污染问题，满足生产需要。

本发明的一种纤维素共混纤维的溶剂法制备，包括下列步骤：

(1)将粉碎的高、低聚合度混合的纤维素、麻、聚丙烯腈粉末等与离子液体混合均匀，在25～160℃温度下溶解、脱泡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、麻、聚丙烯腈的质量混合比为5～99.5∶0～10∶0.5～95，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，得到纤维素共混纤维。

所述纤维素是聚合度在300～2500、α-纤维素含量90％～100％的天然纤维素(包括竹浆粕、木浆粕、棉浆粕、芦苇浆、甘蔗渣浆、麻杆浆等)、细菌纤维素、棉花、醋酸纤维素等经过机械粉碎后所得，浆粕经过活化处理或不做处理。

所述高、低聚合度混合的纤维素是聚合度900～2500、但不包括900的高聚合度纤维素与聚合度300～900的低聚合度纤维素按质量比10∶90～90∶10混合。

所述麻是聚合度300～2500、α-纤维素含量90％～100％的麻经过机械粉碎所得，浆粕经过活化处理或不做处理，其中麻种类可以是苎麻、亚麻、大麻、红麻(原称洋麻)、黄麻、青麻、剑麻、蕉麻、菠萝麻、椰壳麻等或其混合物。

所述聚丙烯腈为均聚物或多元共聚物(其中第一单体丙烯腈含量占85％以上，第二单体通常用含有酯基的化合物，如丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯等，含量约占5％～9％，第三单体为亲染料基团，以改善染色性能。含量为1％左右。)，聚合度30000～300000。

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、烷基咪唑离子或烷基吡啶离子；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％。

所述纤维素共混纤维包括共混短纤维和长丝，纤维强度是2～5cN/dtex。

本发明的一种纤维素共混纤维的应用，是将纤维素、麻、聚丙烯腈组成的纺丝原液纺制成中空纤维膜，用于制造人工脏器和净水器的用膜。

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，而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；

(2)本发明所制备得到的纤维素共混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；

(3)共混纤维可制造内衣、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。

每个实施例中的份数是重量份数。

实施例1

将粉碎的9份高聚合度天然纤维素、1份低聚合度天然纤维素、0.01份红麻、0.05份聚丙烯腈(聚合度为30000)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8.5份高聚合度天然纤维素、1份低聚合度天然纤维素、0.1份黄麻、0.5份聚丙烯腈(聚合度为30000)混合，与200份[BMIM]Cl/[BMIM]BF₄(1-丁基-3-甲基咪唑盐酸盐/1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，配比为10∶0.1～4∶6)离子液体混合物，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8份低聚合度细菌纤维素、1份高聚合度细菌纤维素、0.25份红麻、0.25份黄麻、1份聚丙烯腈(聚合度为45000)混合，与40份[AMIM]Br(1-烯丙基-3-甲基咪唑溴化盐)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0.3份低聚合度细菌纤维素、0.2份高聚合度细菌纤维素、0.5份亚麻、9.5份聚丙烯腈(聚合度为100000)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

1.一种纤维素共混纤维的溶剂法制备，包括下列步骤：

(1)将粉碎的高、低聚合度混合的纤维素、麻、聚丙烯腈与离子液体混合均匀，在25～160℃温度下溶解、脱泡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、麻、聚丙烯腈的质量混合比为5～99.5∶0～10∶0.5～95；

(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，得纤维素共混纤维。

2.根据权利要求1所述的纤维素共混纤维的溶剂法制备，其特征在于：所述纤维素是聚合度在300～2500、α-纤维素含量90％～100％的天然纤维素、细菌纤维素、棉花或醋酸纤维素经过机械粉碎后所得。

3.根据权利要求1或2所述的纤维素共混纤维的溶剂法制备，其特征在于：所述高、低聚合度混合的纤维素是聚合度900～2500、但不包括900的高聚合度纤维素与聚合度300～900的低聚合度纤维素按质量比10∶90～90∶10混合。

4.根据权利要求1所述的纤维素共混纤维的溶剂法制备，其特征在于：所述麻是聚合度300～2500、α-纤维素含量90％～100％的麻经过机械粉碎所得。

5.根据权利要求1所述的纤维素共混纤维的溶剂法制备，其特征在于：所述聚丙烯腈为均聚物或多元共聚物，聚合度30000～300000。

6.根据权利要求1所述的纤维素共混纤维的溶剂法制备，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、烷基咪唑离子或烷基吡啶离子；

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。

7.根据权利要求1所述的纤维素共混纤维的溶剂法制备，其特征在于：所述步骤(2)中的纺丝是湿法纺丝、干喷湿纺法或熔喷湿纺法进行纺丝，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。

8.根据权利要求1所述的纤维素共混纤维的溶剂法制备，其特征在于：所述步骤(3)中的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％。

9.根据权利要求1所述的纤维素共混纤维的溶剂法制备，其特征在于：所述纤维素共混纤维是共混短纤维或长丝，纤维强度是2～5cN/dtex。