CN101613893A - 细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维及其制备方法，将海藻酸钠微纳米粉体添加到细菌纤维素溶液中并用超声波分散均匀，然后通过湿法纺丝获得细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维；其中，海藻酸钠在复合纤维中的含量为5％～20％，细菌纤维素在复合纤维中的含量为80％～95％。制备方法包括步骤：将适量的细菌纤维素溶解于咪唑基氯盐离子液体中，得到质量百分比浓度为5％～10％的细菌纤维素溶液；然后加入一定量的海藻酸钠微纳米粉体，分散均匀并脱泡，得到纺丝原液；将纺丝原液经喷丝头挤入到凝固浴中，拉伸及烘干后得到细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维。上述复合纤维具有高吸湿性和优异的物理机械性能，对人体皮肤有消炎、止痒、美容等功效。

Description

细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合纤维及其制备技术领域，尤其涉及以细菌纤维素与海藻酸钠为原料制备的复合纤维，以及该复合纤维的制备方法。

背景技术

纤维素是地球上最丰富的生物聚合物，主要分布于植物如树木、棉花、麻等之中，是形成植物体最主要的成分，然而一些微生物也具有高效地合成纤维素的能力。为了与植物来源的纤维素相区别，将来源于微生物的纤维素称之为“细菌纤维素(bacterial cellulose)”或“微生物纤维素(microbial cellulose)”。细菌纤维素最早由英国科学家Brown在1986年发现，他在静置条件下培养醋酸杆菌时，发现培养基的气液表面形成一层白色的凝胶状薄膜，经化学与物理方法分析，确定其成分是纤维素。

细菌纤维素和植物纤维素具有相同的化学组成和化学结构，均是由吡喃型葡萄糖单体(β-D-葡萄糖)通过β-1，4糖苷键连接形成的一种直链大分子化合物。与植物纤维素相比，细菌纤维素不但合成速度快，产率高，而且具有如下优良的特性：

1高化学纯度。细菌纤维素是一种纯净的纤维素，不含半纤维素、不质素、果胶和其它细胞壁分子，分子取向好，结构均一，并且以单一纤维形式存在，纯度极高(99％以上)，无需提纯可直接利用。

2高结晶度和高聚合度。细菌纤维素的结晶度为95％左右，聚合度为16000左右，均高于棉、麻等天然纤维素，使得细菌纤维素具有良好的物理机械性能。

3持水能力能强。和植物纤维素相比，细菌纤维素具有特殊的形态结构，它是由超细微纤维组成的超微纤维网，其超微纤维直径仅为植物纤维的1/100，使其具有较强的持水能力。

4生物可降解和生物相容性好。其制品在自然界中可生物降解，不污染环境。

5生物合成的可调控性。可以通过控制合成条件得到所需类型的纤维素，较容易实现纤维素的改性。

细菌纤维素作为一种新型的生物合成材料受到科学界的广泛关注，在食品工业、生物医用、造纸、声学器材和石油开采等方面得到了广泛应用。但是细菌纤维素具有较高的聚合度和结晶度，其结晶区大分子强烈的分子内和分子间氢键的作用使其难以溶解，限制了细菌纤维素的加工和应用领域。

海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取的一种天然高分子物质，具有良好的生物降解性和生物相容性。在海藻生长过程中，海水中的矿物质、碳水化合物、氨基酸、脂肪、维生素等累积到其中，使得海藻具有激活细胞新陈代谢，保持皮肤娇嫩、光滑等美容效果。另外，海藻中的物质还具有消炎、止痒等功能，可用于皮肤病的治疗。

开发出既有优异物理机械性能，又能发挥海藻酸钠各种功效的细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维，用于生产各种服装面料以及医用敷料等，具有十分重要的社会经济意义。

发明内容

本发明的任务之一在于提供一种细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维。

本发明的任务之二在于提供一种细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维的制备方法。

为实现本发明的任务之一，其技术解决方案是：

一种细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维，将海藻酸钠微纳米粉体添加到细菌纤维素溶液中并分散均匀，然后通过湿法纺丝获得细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维；其中，海藻酸钠在复合纤维中的含量为5％～20％，细菌纤维素在复合纤维中的含量为80％～95％。

为实现本发明的任务之二，其技术解决方案是：

一种细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

a将适量的细菌纤维素溶解于咪唑基氯盐离子液体中，得到质量百分比浓度为5％～10％的细菌纤维素溶液；

b将一定量的海藻酸钠微纳米粉体加入到细菌纤维素溶液中，分散均匀并脱泡，得到混合均匀的细菌纤维素与海藻酸钠微纳米粉体复合纺丝溶液；

c将上述复合纺丝溶液经喷丝头挤入到凝固浴中，拉伸及烘干后得到细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维。

上述步骤a中包括步骤：

a1将细菌纤维素在真空烘箱中80～100℃烘干1～2h，得到干燥细菌纤维素；

a2将咪唑基氯盐离子液体在油浴中加热到80～90℃，然后加入一定量干燥细菌纤维素，机械搅拌3～6h；上述咪唑基氯盐离子液体为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体或1-n-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体。

上述步骤b中包括步骤：

b1在超声波作用下，逐渐地将海藻酸钠微纳米粉体添加到细菌纤维素溶液中，得到细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液；

b2将细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液在超声波作用下分散30～60min，得到分散均匀的初级细菌纤维素与海藻酸钠混合溶液；

b3将初级细菌纤维素与海藻酸钠混合溶液，减压脱泡20～24h或静止脱泡24～36h，得到上述细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液。

上述步骤c中，凝固浴为蒸馏水，凝固浴的温度为40～50℃，凝固时间为1～3min；拉伸为三段式拉伸工艺，每段的拉伸倍数为1.5～2.0倍；烘干的温度为80～90℃。

本发明的有益技术效果是：

1本发明使用咪唑基氯盐离子液体作为细菌纤维素的溶剂，直接溶解纤维素而未使其发生衍生化和降解，使得细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维具有良好的物理机械性能，而且溶解工艺简单，不需要对细菌纤维素进行活化等预处理。

2海藻酸钠微纳米粉体在上述溶剂中也不会发生任何变化，使得细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维能够充分发挥对皮肤的消炎、止痒、美容等功效。

3本发明采用超声波分散的方法分散海藻酸钠微纳米粉体，使得纺丝原液和复合纤维中海藻酸钠粉体的分布比较均匀。

4本发明采用的溶剂为咪唑基氯盐离子液体，凝固浴为蒸馏水，能够方便地实现溶剂的回收利用，实现纤维生产工艺的绿色环保，而且可以大大降低细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维的生产成本。

5本发明中细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维，具有高吸湿性和优异的物理机械性能，而且穿着过程中海藻酸钠中的各类矿物质、氨基酸、维生素等逐渐地释放出来，对皮肤有消炎、止痒、美容等功效，非常适合用于生产各种贴身穿的内衣和各类高档服装面料以及医用敷料等。

此外，在本发明的创造过程中，有效地解决了细菌纤维素的溶解性对室温离子液体溶剂体系即咪唑基氯盐离子液体中的水分含量特别敏感这一关键问题，即溶剂体系的含水量越大，细菌纤维素的溶解性越差，提高了细菌纤维素的溶解效率。

具体实施方式

一种细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维即一种细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维，将海藻酸钠微纳米粉体添加到细菌纤维素溶液中并分散均匀，通过湿法纺丝获得细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维；其中，海藻酸钠在复合纤维中的含量为5％-20％，细菌纤维素在复合纤维中的含量为80％-95％。下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：

一种细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维的制备方法，将细菌纤维素置于真空烘箱中，烘干温度100℃，烘干时间为1h，得到干燥细菌纤维素；将950克1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体或1-n-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体在油浴中加热到80℃，然后加入50克干燥细菌纤维素，机械搅拌3h，得到质量百分比浓度为5％的细菌纤维素溶液；在超声波作用下，逐渐地(缓慢、连续地)将12克海藻酸钠微纳米粉体添加到细菌纤维素溶液中，得到细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液；将细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液在超声波作用下分散30min，得到初级细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液，然后减压脱泡20h，得到分散均匀的细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液；将细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液经喷丝头挤入到40℃的蒸馏水凝固浴中，凝固1min，然后采用三段式拉伸工艺，每段拉伸倍数为1.5-2倍，在80-90℃干燥，得到细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维。

实施例2：

一种细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维的制备方法，将细菌纤维素在真空烘箱中90℃烘干1.5h，得到干燥细菌纤维素；将940克咪唑基氯盐离子液体(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体或1-n-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体)在油浴中加热到90℃，然后加入60克干燥细菌纤维素，机械搅拌4h，得到质量百分比浓度为6％的细菌纤维素溶液；在超声波作用下，逐渐地将15克海藻酸钠微纳米粉体添加到细菌纤维素溶液中，得到细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液；将细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液在超声波作用下分散40min，得到初级细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液，然后减压脱泡22h，得到分散均匀的细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液；将细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液经喷丝头挤入到50℃的蒸馏水凝固浴中，凝固2min，然后采用三段式拉伸工艺，每段拉伸倍数为1.5-2倍，然后80-90℃干燥，得到细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维。

实施例3：

一种细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维的制备方法，将细菌纤维素在真空烘箱中80℃烘干2h，得到干燥细菌纤维素；将920克1-n-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体在油浴中加热到85℃，然后加入80克干燥细菌纤维素，机械搅拌5h，得到质量百分比浓度为8％的细菌纤维素溶液；在超声波作用下，逐渐地将15克的海藻酸钠微纳米粉体添加到细菌纤维素溶液中，得到细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液；将细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液在超声波作用下分散50min，得到初级细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液，然后减压脱泡24h，得到分散均匀的细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液；将细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液经喷丝头挤入到50℃的蒸馏水凝固浴中，凝固3min，然后采用三段式拉伸工艺，每段拉伸倍数为1.5-2倍，然后80℃或者90℃干燥，得到细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维。

实施例4：

一种细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维的制备方法，将细菌纤维素在真空烘箱中85℃烘干2h，得到干燥细菌纤维素；将910克1-n-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体在油浴中加热到90℃，然后加入90克干燥细菌纤维素，机械搅拌5h，得到质量百分比浓度为9％的细菌纤维素溶液；在超声波作用下，逐渐地将20克的海藻酸钠微纳米粉体添加到细菌纤维素溶液中，得到细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液；将细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液在超声波作用下分散60min，得到初级细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液，然后减压脱泡24h，得到分散均匀的细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液；将细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液经喷丝头挤入到50℃的蒸馏水凝固浴中，凝固3min，然后采用三段式拉伸工艺，每段拉伸倍数为1.5-2倍，然后80-90℃干燥，得到细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维。

实施例5

一种细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维的制备方法，将细菌纤维素在真空烘箱中80℃烘干2h，得到干燥细菌纤维素；将900克适宜的咪唑基氯盐离子液体离子液体在油浴中加热到85℃，然后加入100克干燥的细菌纤维素，机械搅拌6h，得到质量百分比浓度为10％的细菌纤维素溶液；在超声波作用下，逐渐地将25克海藻酸钠微纳米粉体添加到细菌纤维素溶液中，得到细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液；将细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液在超声波作用下分散60min，得到初级细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液，然后减压脱泡24h，得到分散均匀的细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液；将细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液经喷丝头挤入到50℃的蒸馏水凝固浴中，凝固3min，然后采用三段式拉伸工艺，每段拉伸倍数为1.5-2倍，然后80-90℃干燥，得到细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维。

有必要指出的是，上述实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，从事该领域的技术人员根据上述发明内容的指导，对本发明所做出的一些非本质性的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1、一种细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维，其特征是将海藻酸钠微纳米粉体添加到细菌纤维素溶液中并分散均匀，然后通过湿法纺丝获得细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维；其中，海藻酸钠在复合纤维中的含量为5％～20％，细菌纤维素在复合纤维中的含量为80％～95％。

2、一种细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维的制备方法，特征在于其包括如下步骤：

a将适量的细菌纤维素溶解于咪唑基氯盐离子液体中，得到质量百分比浓度为5％～10％的细菌纤维素溶液；

b将一定量的海藻酸钠微纳米粉体加入到细菌纤维素溶液中，分散均匀并脱泡，得到细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液；

c将细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液经喷丝头挤入到凝固浴中，拉伸及烘干后得到细菌纤维素与海藻酸钠复合纤维。

3、根据权利要求2所述的细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维的制备方法，其特征在于所述步骤a中包括步骤：

a1将细菌纤维素在真空烘箱中80～100℃烘干1～2h，得到干燥细菌纤维素；

a2将咪唑基氯盐离子液体在油浴中加热到80～90℃，然后加入一定量干燥细菌纤维素，机械搅拌3～6h；上述咪唑基氯盐离子液体为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体或1-n-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体。

4、根据权利要求2所述的细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维的制备方法，其特征在于所述步骤b中包括步骤：

b1在超声波作用下，逐渐地将海藻酸钠微纳米粉体添加到细菌纤维素溶液中，得到细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液；

b2将细菌纤维素与海藻酸钠粉体混合溶液，在超声波作用下分散30～60min，得到分散均匀的初级细菌纤维素与海藻酸钠混合溶液；

b3将初级细菌纤维素与海藻酸钠混合溶液，减压脱泡20～24h或静止脱泡24～36h，得到上述细菌纤维素与海藻酸钠纺丝原液。

5、根据权利要求2所述的细菌纤维素/海藻酸钠复合纤维的制备方法，其特征在于所述步骤c中，凝固浴为蒸馏水，凝固浴的温度为40～50℃，凝固时间为1～3min；拉伸为三段式拉伸工艺，每段拉伸倍数为1.5～2.0倍；烘干温度为80～90℃。