CN104963031A - 一种改性生物质纤维及其制备方法 - Google Patents

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黄福龙
刘松林
邱东
刘澄胜
林丽雯
蓝煌琴
吴晓玲
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Abstract

本发明公开了一种改性生物质纤维及其制备方法。其由生物质纤维材料添加多孔纳米材料改性制备得到；所述生物质纤维材料为一种或一种以上可共溶的成分；所述生物质纤维材料的特征粘度大于200mpa.s；多孔纳米材料为粒径5-170nm，比表面积不小于50m2/g的活性炭或粒径5-170nm，比表面积为不小于50m2/g的气相SiO2。本发明在制备该改性生物质纤维时，将多孔纳米材料先加入到溶剂中，充分搅拌分散均匀后，再边搅拌边加入生物质纤维材料粉末，进行充分搅拌分散均质。本发明的改性生物质纤维提高了断裂强度和断裂伸长率，从而增强了可纺性。

Description

一种改性生物质纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及纤维领域，尤其涉及一种改性生物质纤维及其制备方法。
背景技术
目前的新型生物质纤维包括海藻纤维，壳聚糖／甲壳素纤维，再生蚕丝，再生角朊蛋白等等，断裂强度低，断裂伸长率低，可纺性差，限制了产业化应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可纺性好的采用湿法纺丝技术纺丝的新型改性生物质纤维。
为实现上述目的，本发明提供一种改性生物质纤维，其特征在于，由生物质纤维材料添加多孔纳米材料改性制备得到；所述生物质纤维材料为一种或一种以上可共溶的成分；所述生物质纤维材料的特征粘度大于200mpa.s。
进一步，所述生物质纤维材料加量为90-99.9质量分数%，多孔纳米材料加量为0.1-10质量分数%。
进一步，所述的生物质纤维材料是海藻酸钠、壳聚糖/甲壳素、丝素或角朊蛋白中的一种或一种以上。
进一步，所述多孔纳米材料为粒径5-170nm，比表面积不小于50m2/g的活性炭或粒径5-170nm，比表面积为不小于50m2/g的气相SiO2。
另一方面，本发明提供一种所述改性生物质纤维的制备方法，其特征在于，步骤为，
将多孔纳米材料加入到溶剂中搅拌分散，分散均匀后，边搅拌边加入生物质纤维材料，搅拌、溶解、过滤、静置、脱泡，得到纺丝原液；
纺丝：纺丝原液通过计量泵计量，然后经烛形过滤器、连接管而进入喷丝头；从喷丝头上的孔眼中压出的原液细流进入凝固浴进行凝固，在凝固浴中析出而形成纤维；热水牵伸，水洗，干燥即可。
进一步，所述生物质纤维材料加量为90-99.9质量分数%，所述多孔纳米材料加量为0.1-10质量分数%。
进一步，所述多孔纳米材料为粒径5-170nm，比表面积不小于50m2/g的活性炭或粒径5-170nm，比表面积为不小于50m2/g的气相SiO2。
进一步，所述生物质纤维材料的特征粘度大于200mpa.s。
本发明通过添加多孔纳米材料，改善生物质材料的分子间作用力，大大提高了所得改性生物质纤维断裂强度和断裂伸长率。强度可达到2.2-12CN/dtex，断裂伸长率可达10-36%。
本发明添加的多孔纳米材料可以是两种，一种是纳米活性炭，粒径5-170nm，比表面积不小于50m2/g；一种是气相SiO2，粒径5-170nm，比表面积不小于50m2/g。
本发明添加的多孔纳米材料的加量是0.1-10固含量质量分数%。
现有技术中生物质纤维添加固体功能成分如活性炭、电气石负离子粉、纳米氧化锌、纳米银或银化合物等的目的是制备具备某种特别功能的纤维，使得纤维具有除臭或负离子或抗菌等功能，并无特别指明添加固体功能成份是多孔纳米材料及其对纤维可纺性的作用。事实上，非多孔纳米材料的添加，将破坏纤维的结构，造成纤维的断裂强度和断裂伸长率降低、可纺性变差等不良影响。
而本发明多孔纳米材料先加入到溶剂中，充分搅拌分散均匀后，再边搅拌边加入生物质纤维材料粉末，进行充分搅拌分散均质。通过在纤维纺丝原液中均匀掺杂多孔纳米材料，利用多孔纳米材料的高表面能，增强分子间作用力和分子链缠结率，多孔纳米材料实质起到团聚核的作用，以提高纤维材料的分子量，从而提高所制备纤维的断裂强度和断裂伸长率，从而增强可纺性。
所述多孔纳米材料含量高于10质量分数%，破坏分子结构，起到反作用，反而使纤维可纺性降低。低于0.1质量分数%，含量太少，起不到明显效果，对所得纤维可纺性几乎无影响。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
以下实施例所用纳米活性炭，粒径5-170nm，比表面积不小于50m2/g；气相SiO2，粒径5-170nm，比表面积不小于50m2/g。
实施例1：纳米活性炭改性海藻纤维的制备
原液制备：将占纤维总固含量0.1质量分数%的纳米活性炭粉末加入到水中搅拌分散，分散均匀后，边搅拌边加入纺丝原液质量分数4%、特征黏度为285mPa.S的海藻酸钠粉末，搅拌溶解，过滤，脱泡，静置，得到纺丝原液。
纺丝：纺丝原液通过计量泵计量，然后经烛形滤器、连接管而进入喷丝头(帽)；从喷丝头上的孔眼中压出的原液细流进入氯化钙凝固液进行凝固，在凝固液中析出而形成纤维；热水牵伸，水洗，干燥即可。
效果验证：依照国家标准《GB/T 14337合成短纤维断裂强力和断裂伸长等试验方法》测定，纳米活性炭改性的海藻纤维与未改性海藻纤维相比，单纤维断裂强度提高了20%，达2.48CN/dtex；断裂伸长率提高了50%，达16.0%。
 实施例2：多孔纳米SiO2改性壳聚糖纤维的制备
原液制备：将占纤维总固含量10质量分数%的气相纳米SiO2加入到2体积%浓度的乙酸溶液中搅拌分散，分散均匀后，边搅拌边加入脱乙酰度为90%、特征黏度为350mPa.S、纺丝原液质量分数3.6%的壳聚糖粉末，搅拌溶解，过滤，脱泡，静置，得到纺丝原液；
纺丝：纺丝原液通过计量泵计量，然后经烛形滤器、连接管而进入喷丝头(帽)；从喷丝头上的孔眼中压出的原液细流进入氢氧化钠凝固液进行凝固，在凝固液中析出而形成纤维；热水牵伸，水洗，干燥即可。
效果验证：多孔纳米SiO2改性的壳聚糖纤维与未改性壳聚糖纤维相比，单纤维断裂强度提高了23.5%，达2.12 CN/dtex；断裂伸长率提高了45%，达14.8%强度。
 实施例3：多孔纳米SiO2改性CMC共混海藻纤维的制备
原液制备：将占纤维总固含量5质量分数%的气相SiO2加入到水中搅拌分散，分散均匀后，边搅拌边加入纺丝原液质量分数3.6%的海藻酸钠和CMC混合粉末（85%和15%配比），搅拌溶解，过滤，脱泡，静置，得到纺丝原液；
纺丝：纺丝原液通过计量泵计量，然后经烛形滤器、连接管而进入喷丝头(帽)；从喷丝头上的孔眼中压出的原液细流进入浓度为4%的氯化钙凝固液进行凝固，在凝固液中析出而形成初生纤维；热水牵伸，水洗，干燥即可。
效果验证：多孔纳米SiO2改性的CMC共混海藻纤维与未改性CMC共混海藻纤维相比，单纤维断裂强度提高了54.5%，达3.39 CN/dtex；断裂伸长率提高了60%，达17.6%。
 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种改性生物质纤维，其特征在于，由生物质纤维材料添加多孔纳米材料改性制备得到；所述生物质纤维材料为一种或一种以上可共溶的成分；所述生物质纤维材料的特征粘度大于200mpa.s。
2.权利要求1所述改性生物质纤维，其特征在于，所述生物质纤维材料加量为90-99.9质量分数%，多孔纳米材料加量为0.1-10质量分数%。
3.权利要求1所述改性生物质纤维，其特征在于，所述的生物质纤维材料是海藻酸钠、壳聚糖/甲壳素、丝素或角朊蛋白中的一种或一种以上。
4.权利要求1所述改性生物质纤维，其特征在于，所述多孔纳米材料为粒径5-170nm，比表面积不小于50m2/g的活性炭或粒径5-170nm，比表面积为不小于50m2/g的气相SiO2。
5.一种权利要求1所述改性生物质纤维的制备方法，其特征在于，步骤为，
将多孔纳米材料加入到溶剂中搅拌分散，分散均匀后，边搅拌边加入生物质纤维材料，搅拌、溶解、过滤、静置、脱泡，得到纺丝原液；
纺丝：纺丝原液通过计量泵计量，然后经烛形过滤器、连接管而进入喷丝头；从喷丝头上的孔眼中压出的原液细流进入凝固浴进行凝固，在凝固浴中析出而形成纤维；热水牵伸，水洗，干燥即可。
6.权利要求5所述改性生物质纤维的制备方法，其特征在于，所述生物质纤维材料加量为90-99.9质量分数%，所述多孔纳米材料加量为0.1-10质量分数%。
7.权利要求5所述改性生物质纤维的制备方法，其特征在于，所述多孔纳米材料为粒径5-170nm，比表面积不小于50m2/g的活性炭或粒径5-170nm，比表面积为不小于50m2/g的气相SiO2。
8.权利要求5所述改性生物质纤维的制备方法，其特征在于，所述生物质纤维材料的特征粘度大于200mpa.s。
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