CN101381899B - 一种离子液体制备竹碳中空纤维素纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子液体制备竹碳中空纤维素纤维的方法，包括：(1)原料的预处理：采用聚合度在300-2500的纤维素经过机械粉碎，经过活化处理或不做处理；(2)将粉碎的纤维素、致孔剂、竹碳粉、离子液体混合均匀，在35-165℃温度下溶解1-80小时，形成均一稳定溶液；溶液经过滤、脱泡后，纺丝原液在计量泵中从由两个同心管组成的喷丝头挤出；经干纺程后，在水溶液中凝固；(3)初生丝再经双向拉伸和适度回缩、水洗、醇类溶液保孔处理后，卷绕，即得本发明的竹碳中空纤维素纤维。本发明方法工艺简单，工艺能耗和操作费用低。制得的产品可作为透析膜应用，也可作为超滤和透析膜使用。

Description

一种离子液体制备竹碳中空纤维素纤维的方法

技术领域

本发明属中空纤维素纤维的制备领域，特别是涉及一种离子液体制备竹碳中空纤维素纤维的方法。

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35％；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纤维报道多是进行服装加工用再生纤维素纤维。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种离子液体制备竹碳中空纤维素纤维的方法，生产工艺简单，生产过程缩短，工艺能耗和操作费用低。

本发明的一种离子液体制备竹碳中空纤维素纤维的方法，包括：

(1)原料的预处理：采用聚合度在300-2500的纤维素经过机械粉碎，经过活化处理或不做处理；

(2)将粉碎的纤维素、致孔剂、粒径为10nm-15um的竹碳粉、离子液体混合均匀，其组成重量百分比为2-20：0.01-5：0.01-2：75-97，在35-165℃温度下溶解1-80小时，形成均一稳定溶液，溶液经过滤、脱泡后，纺丝原液在计量泵以5-20r/min转速、纺丝压力0.4-0.6Mpa的条件下，从由两个同心管组成的喷丝头挤出；经20-800mm干纺程后，在离子液体质量百分比浓度为0％-50％、温度为5℃-40℃、溶液循环量为10-80L/h的水溶液中凝固；

(3)初生丝再经四道以上双向(轴向和径向)拉伸和适度回缩、4-6道水洗、醇类溶液保孔处理后，以10-60m/min的速度卷绕，即得竹碳中空纤维素纤维。

所述步骤(1)的纤维素为竹浆粕、木浆粕、棉浆粕、芦苇浆、甘蔗渣浆或黄麻杆浆。

所述步骤(1)的竹碳粉粒径为10nm-15um。

所述的步骤(2)致孔剂为聚氧乙烯、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或一种以上的组合。

所述步骤(2)的离子液体的组成为阳离子和阴离子。

所述的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、羟丙基中的一种或一种以上的烷基季铵离子、烷基季磷离子、烷基咪唑离子、烷基吡啶离子中的一种或二种及以上的组合。

所述的阴离子为Cl^-、BF₄ ^-、PF₄ ^-、SCN^-、CF₃SO₃ ^-、CF₃COO^-、(CF。₃SO₂)₂N^-或(CF₃SO₂)₂Cl^-。

所述步骤(2)醇类溶液为2-8个碳原子的一元醇、二元醇或三元醇中的一种或一种以上的组合的水溶液或非水溶液。一元醇或多元醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇、乙二醇或丙三醇等。

制得的竹碳中空纤维素纤维膜作为透析膜应用，也可作为超滤和透析膜使用。组装成的膜器面积为0.8-1.6m²，纤维内径200-250μm，壁厚40-60μm，纯水超滤系数1-40mL/m2·h·mmHg，模拟血液实验肌肝透过率≥90％，尿素透过率≥90％，白蛋白截留率≥98％，最大工作压力760mmHg。

本发明所采用离子液体法制备得到竹碳中空纤维素纤维膜，生产工艺简单，生产过程明显缩短，工艺能耗和操作费用低。得到的竹碳中空纤维素纤维膜可用于血液的净化。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。

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。

实例1

(1)将粉碎的4份纤维素、0.1份聚氧乙烯、0.1份竹碳粉、95.8份氯化1-丁基-3甲基咪唑([BMIM]Cl)离子液体混合均匀，在85℃下搅拌24小时，得到纺丝溶液；

(2)纺丝溶液经过滤、脱泡后，从由两个同心管组成的喷丝头挤出；进入离子液体质量百分比浓度含量为5％、温度为20℃、溶液循环量为10L/h的溶液中凝固；

(3)初生丝再经四道以上双向(轴向和径向)拉伸和适度回缩、4道水洗、10％(质量百分比浓度)异丙醇水溶液保孔处理后，以10m/min的速度卷绕，得到中空纤维素纤维。

实例2

(1)将粉碎的4份纤维素、1份聚乙烯醇、0.1份竹碳粉、94.9份氯化1-烯丙基-3甲基咪唑[AMIM]Cl离子液体混合均匀，在100℃下搅拌4小时，得到纺丝溶液；

(2)纺丝溶液经过滤、脱泡后，从由两个同心管组成的喷丝头挤出；进入离子液体质量百分比浓度含量为10％、温度为20℃、溶液循环量为20L/h的溶液中凝固；

(3)初生丝再经四道以上双向(轴向和径向)拉伸和适度回缩、4道水洗、10％(质量百分比浓度)异丙醇水溶液保孔处理后，以10m/min的速度卷绕，得到中空纤维素纤维。

Claims (6)

1.一种离子液体制备竹碳中空纤维素纤维的方法，包括：

(1)原料的预处理：采用聚合度在300-2500的纤维素经过机械粉碎，经过活化处理或不做处理；

(2)将粉碎的纤维素、致孔剂、粒径为10nm-15um的竹碳粉、离子液体混合均匀，组成重量百分比为2-20∶0.01-5∶0.01-2∶75-97，在35-165℃温度下溶解1-80小时，形成均一稳定溶液，溶液经过滤、脱泡后，纺丝原液在计量泵以5-20r/min转速、纺丝压力0.4-0.6Mpa的条件下，从由两个同心管组成的喷丝头挤出；经20-800mm干纺程后，在离子液体质量百分比浓度为0％-50％、温度为5℃-40℃、溶液循环量为10-80L/h的水溶液中凝固；所述的致孔剂为聚氧乙烯、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的组合；

(3)初生丝再经四道以上双向拉伸和适度回缩、4-6道水洗、醇类溶液保孔处理后，以10-60m/min的速度卷绕，即得作为透析用的竹碳中空纤维素纤维；所述醇类溶液为2-8个碳原子的一元醇、二元醇或三元醇中的一种以上的组合的水溶液或非水溶液，一元醇或多元醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇、乙二醇或丙三醇。

2.根据权利要求1所述的一种离子液体制备竹碳中空纤维素纤维的方法，其特征在于：所述步骤(1)的纤维素为竹浆粕、木浆粕、棉浆粕、芦苇浆、甘蔗渣浆或黄麻杆浆。

3.根据权利要求1所述的一种离子液体制备竹碳中空纤维素纤维的方法，其特征在于：所述步骤(2)的竹碳粉粒径为30nm-10um。

4.根据权利要求1所述的一种离子液体制备竹碳中空纤维素纤维的方法，其特征在于：所述步骤(2)的离子液体的组成为阳离子和阴离子。

5.根据权利要求4所述的一种离子液体制备竹碳中空纤维素纤维的方法，其特征在于：所述的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、羟丙基中的一种以上的烷基季铵离子，烷基季磷离子，烷基咪唑离子，烷基吡啶离子。

6.根据权利要求4所述的一种离子液体制备竹碳中空纤维素纤维的方法，其特征在于：所述的阴离子为Cl^-、BF₄ ^-、PF₄ ^-、SCN^-、CF₃SO₃ ^-、CF₃COO^-、(CF₃SO₂)₂N^-或(CF₃SO₂)₂Cl^-。