CN102926028A - 一种用热稳定剂生产耐高温壳聚糖纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种壳聚糖纤维的制备方法，该方法通过在配制壳聚糖溶液时添加热稳定剂解决了目前纤维不耐高温，不能进行高温染整的缺点。采用高纯度壳聚糖粉末，用2-4％的冰醋酸溶液作溶剂，配制浓度2-20％的均相透明的壳聚糖纺丝液；采用纺丝机纺丝，计量泵挤出的丝进入凝固浴槽凝固，通过拉伸、水洗、醇洗、干燥得到耐高温壳聚糖纤维。

Description

一种用热稳定剂生产耐高温壳聚糖纤维的制备方法

技术领域

本发明属于生物纤维材料的制备技术领域，具体涉及一种壳聚糖纤维的制备方法，特别是一种关于在壳聚糖溶液中添加热稳定剂生产耐高温壳聚糖纤维的制备方法

背景技术

壳聚糖纤维是以壳聚糖粉末或絮状片剂为主要原料，采用适当的溶剂，制备合适的纺丝液，经过喷丝、凝固、拉伸、洗涤、干燥等工序制得。因纤维本身具有良好的生理保健和抗菌消毒功能，近年来开始应用在高端功能性纺织品研制方面，国内有些大学、科研院所以及相关企业陆续作了不少研发及中试，取得了许多成果，其制备技术是当今新材料技术领域的研究热点和前沿。中国专利CN94116666.X、CN95119358.9、CN96103888.8、CN01131634.9、CN200810015053.5等都是关于壳聚糖纤维及其制备方法的专利。在这些发明中，都涉及到壳聚糖溶液制备、喷丝、凝固浴、拉伸、水洗等工序，但是都没有明确提出壳聚糖纤维具有不耐高温的缺点及其解决办法。通常状态下，在150℃左右壳聚糖纤维性质稳定，高于这个温度开始熔化，因而不能与棉、化纤混纺进行高温染整，限制了其应用范围。然而这是产业化生产中必须解决的问题，根据我们的实验，在壳聚糖溶液制备时加入一定比例的具有热稳定功能的组分可以有效改善壳聚糖纤维分子结构，减少聚合物在加工使用过程中受热而发生降解或交联粘连，制得耐高温、适合纺织用的壳聚糖纤维。

热稳定剂可以减慢反应，保持化学平衡，降低表面张力，防止光、热分解或氧化分解等，能防止或减少聚合物在加工使用过程中受热而发生降解或交联粘连，延长复合材料使用寿命。理想的热稳定剂是一种多功能物质，或者是一些材料的混合物，它们能够实现以下功能：一是置换活泼、不稳定的取代基；二是消除聚合物的自动催化降解作用；三是钝化对降解起催化作用的有害杂质；四是通过多种形式的化学反应可阻断不饱和键的继续增长，抑制降解着色；五是对紫外光有防护屏蔽作用。稀土稳定剂是一种理想的热稳定剂，可以用于制备耐高温壳聚糖纤维

稀土稳定剂的作用机理：

1、壳聚糖纤维受到了强热降解，当加入稀土稳定剂后就可以缓慢反应速度，保持化学平衡，降低表面涨力，达到防止光热和氧化作用，使分子键活度降低，结构稳定。用离子络合观点来分析，纤维制品采用稀土做稳定剂，由于稀土在其中起到净化杂质作用，可促使高分子聚合提高和分子量增加，从而产生了高分子链结构的主价键，断裂力也因此而增大，形成了一种络合物链为主体的牢固地束缚在一起的结晶实体，使产品结构致密，多种性能得到改善，制品更加清晰具有光泽。

2、壳聚糖分子链上存在活化基团，它们在受热时会发生降解，降解是一个自动催化的过程，一旦发生降解，纤维颜色跟着变深并焦化，在稀土稳定剂中，稀土离子均有许多4fR5d的空电子轨道，它们作为配位中心离子可以接受6-12个配位体的孤电子对，同时它们有较大的离子半径，因而有可能形成6-12个健能不等的配位健。这个特性使稀土元素能与若干个壳聚糖分子形成健能不等的络合物，即把活性功能键吸附在稀土离子周围而增加了其热稳定性。

3、壳聚糖溶液配方中的有机物和无机物能够与稀土离子形成多种配位体或螯合物，增加分子间的作用力，使无机物得到良好的包裹，改善制品性能。也就是说稀土稳定剂对壳聚糖复合材料中各组分有偶联增容作用。

4、稀土元素具有吸收230-320纳米紫外线的功能，这就使稀土稳定剂能提高壳聚糖纤维的耐候性，延缓制品老化过程。

发明内容

针对实际生产过程中存在的问题，本发明提出了一种壳聚糖纤维的制备方法，使用该方法能生产耐高温壳聚糖纤维。其实施步骤包括：壳聚糖纺丝液配制、溶解、过滤、脱泡、计量泵计量、喷丝、凝固成丝、拉伸、水洗、醇洗、上油、干燥。具体实施如下：

第一步，壳聚糖溶液的溶解，壳聚糖纤维的纺丝原料中，高纯度壳聚糖粉(或絮片料)占重量百分比2-20％、溶剂冰醋酸水溶液重量为1-4％，稀土热稳定剂占壳聚糖的0.5-1％，增溶剂、降粘剂、消泡剂适量，原料依次投入脱离子水中，启动搅拌机，搅拌速度40-200转/分钟，搅拌1-8小时。

第二步，中压过滤，反应釜压力控制在1MPa以下，两级过滤，过滤器用不锈钢材质400-800目。

第三步，真空搅拌脱泡，真空罐真空度95％，搅拌速度40-200转/分钟，纺丝液高位入罐，脱泡时间2-8小时。

第四步，计量喷丝，用计量泵控制喷丝速度及初始纤度，喷丝液浸入凝固浴槽。

第五步，固化，纺丝液在凝固浴槽中固化并初步拉伸。

第六步及以后步骤，采用成熟的湿法纺丝的拉伸、水洗、干燥等处理工艺，可制得耐高温壳聚糖纤维。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、纤维耐高温能力大幅提高，能承受180℃的加工温度，保持性能稳定。

2、壳聚糖分子结构致密、纤维强度大。

3、纤维均匀，一致性好，线密度偏差率低。

4、纤维塑性提高弹性好，抗拉伸。

5、纤维外观好，清晰亮泽。

实施方式

实施例1

取60KG去离子水加入反应釜，启动搅拌，投入2KG壳聚糖粉末，20g液态有机镧稳定剂，依次投入适量冰醋酸、尿素、醋酸锌、硅油，在20℃搅拌4小时，即得溶解均匀的壳聚糖纺丝液；利用过滤器加压过滤，压力控制在1MPa以下，过滤器用不锈钢材质600目。滤液自罐顶进入真空脱泡罐，真空罐真空度95％，搅拌脱泡时间4小时；脱泡后的浆液用计量泵送至喷丝头，喷丝头4000孔，凝固浴为氢氧化钠、硫酸钠与乙醇的水溶液，凝固浴温度为20℃，纤维的拉伸倍率1.5，拉伸后，在常温下，依次进行去离子水洗、醇洗、上油、干燥，即制成壳聚糖纤维，纤维纤度1.8dtex，可用于纺纱、无纺布等。

实施例2

取300KG去离子水加入反应釜，启动搅拌，依次投入30KG壳聚糖片剂，200g液态有机镧稳定剂，依次投入适量冰醋酸、尿素、醋酸锌、硅油，在20℃搅拌4小时，即得溶解均匀的壳聚糖纺丝液；利用过滤器加压过滤，压力控制在1MPa以下，过滤器用不锈钢材质800目。滤液自罐顶进入真空脱泡罐，真空罐真空度95％，搅拌脱泡时间6小时；脱泡后的浆液用计量泵送至喷丝头，喷丝头6000孔，凝固浴为氢氧化钠与乙醇的水溶液，凝固浴温度为20℃，纤维的拉伸倍率1.6，拉伸后，在常温下，依次进行去离子水洗、醇洗、上油、干燥，即制成壳聚糖纤维，纤维纤度2.2dtex，可用于纺纱、无纺布等。

Claims (7)

1.一种壳聚糖纤维的制备方法，常温下加入高纯度壳聚糖粉(或絮片料)占重量百分比2-20％、溶剂冰醋酸水溶液重量为1-4％，热稳定剂占壳聚糖的0.5-1％，增溶剂、降粘剂、消泡剂适量，原料依次投入脱离子水中，启动搅拌机，搅拌速度40-200转/分钟，搅拌1-4小时，用静压将溶液挤压过滤两次，送入真空罐搅拌脱泡2-4小时，得到浓度约为2-20％的均相透明的壳聚糖纺丝液，采用纺丝机纺丝，计量泵挤出的丝进入凝固浴槽，凝固浴液为氢氧化钠与乙醇的水溶液，氢氧化钠的含量为4-6％，乙醇的含量为4-5％，通过拉伸、水洗、醇洗、上油、干燥得到高强度壳聚糖纤维。

2.根据权利要求1所述的壳聚糖纤维的制备方法，其特征是，所述的壳聚糖粉(或絮片料)的分子量大于80万，黏度在常压20℃时＞500mpa.s，脱乙酰度＞85％，纯度大于99％。

3.根据权利要求1所述的壳聚糖纤维的制备方法，其特征是，在溶解壳聚糖粉(或絮片料)时，加入一定比例的热稳定剂，稳定剂不仅指为稀土稳定剂，还包括皂类、脂类、复合稳定剂，比例为壳聚糖的0.5-1％。

4.根据权利要求1所述的壳聚糖纤维的制备方法，其特征是，过滤壳聚糖溶液时，用空压机加压到0.3-0.5Mpa，使溶液带压通过过滤器，过滤器400-800目。

5.根据权利要求1所述的壳聚糖纤维的制备方法，其特征是，过滤后的壳聚糖溶液进入负压储料罐真空脱泡，罐内压力＜76mmHG。

6.根据权利要求1所述的壳聚糖纤维的制备方法，其特征是，采用纺丝机纺丝，计量泵挤出的丝进入凝固浴槽，凝固浴液以氢氧化钠为基本中和剂，加入一定比例的硫酸钠、乙醇等，调控纺丝液在凝固浴槽中扩散、中和、增塑的反应过程以及成纤分子取向。

7.根据权利要求1所述的壳聚糖纤维的制备方法，其特征是，通过拉伸、水洗、醇洗、上油、干燥得到高强度壳聚糖纤维。