CN103741257A - 丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维及其制备方法。丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法包括以下步骤：将丙烯酰胺类化合物、交联剂和引发剂溶于水中，反应形成含有交联网络的溶液，所述丙烯酰胺类化合物包括：丙烯酰胺和/或丙烯酰胺衍生物单体；将海藻酸钠溶于上述溶液中，经过混合，静置脱泡，得到复合纺丝液，将复合纺丝液挤出至凝固浴中固化成型，经过牵伸干燥得到丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维。本发明通过两步法制备的丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的纤维断裂强度高，并能通过对反应条件的控制来改变丙烯酰胺网络的交联程度，从而调节纤维强度和纺丝液加工性能之间的平衡，以满足实际加工和应用的需求。
Description
技术领域
本发明涉及海藻酸钙纤维技术，尤其涉及一种丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维及其制备方法。
背景技术
我国有1.8万千米海岸线，300万平方千米可管辖海洋国土，其中蕴含的海洋资源无比丰富，但开发利用率较低。海藻酸是天然海洋生物质材料，具有来源广泛、加工过程能耗低、产品可微生物降解的特性。提高海藻酸的利用率既能提高海洋资源利用率，增加海洋经济占GDP的总值，又能摆脱对石油化石资源的依赖，发展可持续经济。
海藻酸盐纤维本身具有阻燃、生物相容等特性，但由于海藻酸盐纤维强度低，同时呈现出脆性，限制了海藻酸盐纤维的应用领域。增强海藻酸盐纤维，提高海藻酸盐纤维的机械性能一直是海藻酸盐纤维研究的重点之一，但多数方法为传统复合技术，易分相，加工助剂实用量大；或是采用一些共聚手段，但工艺复杂、成本极高，且使用药品多数对环境有害。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有海藻酸盐纤维强度低，限制了其应用的问题，提出一种丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，该方法步骤简单，生产成本低廉，采用的原料无污染，由该方法生产的丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维强度高，不会产生分相。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，包括以下步骤：
第一步通过共聚反应制备丙烯酰胺网络聚合物：将丙烯酰胺类化合物、交联剂和引发剂溶于水（去离子水）中，将体系温度升至70-80℃，反应1-3h（优选的将体系温度升至75℃，反应2h）形成含有交联网络的溶液；所述丙烯酰胺类化合物包括：丙烯酰胺和/或丙烯酰胺衍生物单体；
第二步丙烯酰胺类网络聚合物与海藻酸钠复合纺丝：将海藻酸钠溶于上述溶液中，经过混合，静置脱泡，得到复合纺丝液，将复合纺丝液挤出至凝固浴中固化成型，经过牵伸干燥得到丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维。
进一步地，所述丙烯酰胺衍生物单体为N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或多种。
进一步地，当丙烯酰胺类化合物为N-羟甲基丙烯酰胺时，所述N-羟甲基丙烯酰胺与海藻酸钠的质量比为5:28～3:4；所述交联剂与N-羟甲基丙烯酰胺的质量比为30:1～10:3；所述引发剂与N-羟甲基丙烯酰胺的质量比为150:1～50:3；所述水与海藻酸钠的质量比为50:1。
进一步地，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
进一步地，所述引发剂为过硫酸类引发剂。
进一步地，所述引发剂为过硫酸铵。
进一步地，所述凝固浴为氯化钙水溶液。
进一步地，所述凝固浴为质量浓度1-3%的氯化钙水溶液，最佳的浓度为2%的氯化钙水溶液。
进一步地，所述共聚反应温度为75℃；所述共聚反应时间为2h。
本发明丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维利用丙烯酰胺的共价交联网络和海藻酸钙的离子交联网络形成互锁结构，从而起到提高机械强度的效果。在本发明中，共价交联网络的交联程度随着交联剂、引发剂浓度的变化而改变。当交联剂、引发剂浓度极低时，共价交联网络孔洞较大，变形能力强，但力学性能差，很难起到增强效果；当交联剂、引发剂浓度极高时，共价交联网络键合点增多，强度提高，但网络变形能力差，与海藻酸钠复合困难，且不利于加工成型过程，失去实用价值。为保证丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的性能，其物料配比应控制在本发明限定的范围内。
本发明的另一个目的还提供了一种丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维，由所述丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维制备方法制备而成。
本发明通过共价键交联网络与海藻酸钠复合，实现对海藻酸钙纤维的增强，并通过对反应条件的控制，改变共价键交联网络的交联程度，从而调节增强效果和加工性能。本发明制备的丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维，其增强范围在11%～46.21%，
本发明丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维及其制备方法与现有技术相比较具有以下优点：
（1）本发明丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法为两步法：第一步通过丙烯酰胺类化合物与交联剂的自由基聚合，形成不同交联程度的共价疏松网络，第二步再与海藻酸钠按不同比例复合，配置成纺丝液挤出成型得到网络增强海藻酸钙纤维。该方法工艺简单、易行，生产成本低廉，能实现丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的工业化批量生产。
（2）本发明制备的丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维，增强程度能量化调节，工艺控制简单。
（3）本发明制备的丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维，保留海藻酸功能基团，不影响海藻酸进一步功能化。
（4）本发明制备的丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维，纤维断裂强度增强效果可达46.21%。
附图说明
图1为实施例1中丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维制备方法的示意图；
图2为纯海藻酸钙纤维和实施例1中丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的断裂强度对比图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，步骤如下：
将0.25gN-羟甲基丙烯酰胺、0.05gN,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.01g过硫酸铵溶解于60ml去离子水中，在75℃的水浴锅中反应2h，将1.2g海藻酸钠溶解于上述溶液中，机械搅拌30min，挤出至2%氯化钙水溶液中，经过10min固化成型后取出纤维，牵伸、干燥后得到丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维。经检测，本实施例制备的丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维断裂强度1.58cN/dtex。
本实施例丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的结构和制备方法如图1所示，本实施例制备丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维为两步法，先制备N-羟甲基丙烯酰胺网络，进而将海藻酸钠与N-羟甲基丙烯酰胺网络复合后制备海藻酸钙离子交联网络，两种网络形成互锁结构，共价交联网络与离子交联网络共同作用实现增强效果。
对比纯海藻酸钙纤维和本实施例丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的断裂强度，如图2所示，N-羟甲基丙烯酰胺增强海藻酸钙纤维增强效果明显，共价键交联网络增强复合纤维机械性能，共价交联网络和离子交联网络的互锁结构也对机械性能的提高起到积极影响。随着共价交联点增多，共价交联网络变形能力下降、与海藻酸钠复合效果变差，导致加工性能下降最终机械性能降低。
实施例2
本实施例公开了一种丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，步骤如下：将0.25g N-羟甲基丙烯酰胺、0.025g N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.005g过硫酸铵溶解于50ml去离子水中，在75℃的水浴锅中反应2h，将1.0g海藻酸钠溶解于上述溶液中，机械搅拌30min，挤出至2%氯化钙水溶液中，经过10min固化成型后取出纤维，牵伸、干燥后得到丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维。经检测本实施例制备的丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的断裂强度1.38cN/dtex。
实施例3
本实施例公开了一种丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，步骤如下：将0.5g N-羟甲基丙烯酰胺、0.025g N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.01g过硫酸铵溶解于70ml去离子水中，在75℃的水浴锅中反应2h，将1.4g海藻酸钠溶解于上述溶液中，机械搅拌30min，挤出至2%氯化钙水溶液中，经过10min固化成型后取出纤维，牵伸、干燥后得到丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维。经检测本实施例制备的丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的断裂强度1.50cN/dtex。
实施例4
本实施例公开了一种丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，步骤如下：将0.75g N-羟甲基丙烯酰胺、0.025g N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.015g过硫酸铵溶解于60ml去离子水中，在75℃的水浴锅中反应2h，将1.2g海藻酸钠溶解于上述溶液中，机械搅拌30min，挤出至2%氯化钙水溶液中，经过10min固化成型后取出纤维，牵伸、干燥后得到丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维。经检测本实施例制备的丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的断裂强度1.26cN/dtex。
实施例5
本实施例公开了一种丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，步骤如下：将0.75g N-羟甲基丙烯酰胺、0.075g N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.01g过硫酸铵溶解于50ml去离子水中，在75℃的水浴锅中反应2h，将1.0g海藻酸钠溶解于上述溶液中，机械搅拌30min，挤出至2%氯化钙水溶液中，经过10min固化成型后取出纤维，牵伸、干燥后得到丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维。经检测本实施例制备的丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的断裂强度1.20cN/dtex。
本发明不局限于上述实施例所记载的丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维及其制备方法，反应温度的改变、反应时间的改变、各物料种类和用量的改变均在本发明的保护范围之内。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将丙烯酰胺类化合物、交联剂和引发剂溶于水中，将体系温度升至70-80℃，反应1-3h，形成含有交联网络的溶液；所述丙烯酰胺类化合物包括：丙烯酰胺和/或丙烯酰胺衍生物单体；
将海藻酸钠溶于上述溶液中，经过混合，静置脱泡，得到复合纺丝液，将复合纺丝液挤出至凝固浴中固化成型，经过牵伸干燥得到丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维。
2.根据权利要求1所述丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，其特征在于，所述丙烯酰胺衍生物单体为N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，其特征在于，当丙烯酰胺类化合物为N-羟甲基丙烯酰胺时，所述N-羟甲基丙烯酰胺与海藻酸钠的质量比为5:28～3:4；所述交联剂与N-羟甲基丙烯酰胺的质量比为30:1～10:3；所述引发剂与N-羟甲基丙烯酰胺的质量比为150:1～50:3；所述水与海藻酸钠的质量比为50:1。
4.根据权利要求1或2所述丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，其特征在于，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
5.根据权利要求1或2所述丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸类引发剂。
6.根据权利要求5所述丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵。
7.根据权利要求1或2所述丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，其特征在于，所述凝固浴为氯化钙水溶液。
8.根据权利要求7所述丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，其特征在于，所述凝固浴为质量浓度1-3%的氯化钙水溶液。
9.根据权利要求1所述丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维的制备方法，其特征在于，所述共聚反应温度为75℃；所述共聚反应时间为2h。
10.一种丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维，其特征在于，由权利要求1-9任意一项所述丙烯酰胺类网络增强海藻酸钙纤维制备方法制备而成。
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