CN108624984B - 一种纤维素蚕丝蛋白复合纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维素蚕丝蛋白复合纤维的制备方法，包括如下步骤：a)将蚕丝蛋白和纤维素溶解在离子液体水溶液中，制得均相混合纺丝原液；b)所得纺丝原液经过滤、纺丝、凝固、拉伸、水洗、漂白、上油、干燥，即得所述纤维素蚕丝蛋白复合纤维；所用的离子液体是由90～110质量份的1‑丁基‑3‑甲基咪唑氯盐与5～15质量份的联1,4‑二[1‑(3‑甲基咪唑)]丁基二氯盐和5～15质量份的联1,4‑二[1‑(3‑甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐混合得到。本发明实现了蛋白质与纤维素共溶共生制备复合纤维的工业化生产，具有极强的实用价值。

Description

一种纤维素蚕丝蛋白复合纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合纤维的制备方法，具体说，是涉及一种纤维素蚕丝蛋白复合纤维的制备方法。

背景技术

纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50％以上，是自然界最丰富的天然有机物之一。纤维素主要来源于植物，例如棉花、木材、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮等，其中棉花的纤维素含量接近100％，为天然的最纯纤维素来源，而一般木材中，纤维素占40～50％，还有10～30％的半纤维素和20～30％的木质素。作为一种可降解的绿色生物材料，天然纤维以其质轻、可降解、价廉、高模量、高强度等优越的性能，逐渐发挥越来越重要的作用。因此，从植物中获取天然纤维素溶解后制成再生纤维，实现纤维素的再生和功能化，是有效利用纤维素的一条重要途径。

蛋白质是氨基酸结合的肽链，具有很多人体所需的氨基酸，具有良好的生物相容性和护肤保健功能，将蛋白质与纤维素相结合制备复合纤维可以增加纤维素纤维的舒适保健功能，进而得到高附加值的纺织面料。传统的复合纤维主要是采用纤维素纤维与蛋白纤维混纺来生产，这种方法制备的复合纤维，仅仅将两种纤维混纺，实际上并没有对纤维素和蛋白质本身的性能有所改进，制得的复合纤维性能改进有限，并且这种混纺纤维中蛋白质添加量有限，牢固度也较低，经过若干次水洗后，蛋白质含量降低很快，基本不具额外的护肤保健功能。因此，开发出真正意义上的纤维素与蛋白质复合纤维具有重要意义。

蚕丝蛋白，又名丝素蛋白，是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，含量约占蚕丝的70％～80％，含有18种氨基酸，其中甘氨酸(gly)、丙氨酸(ala)和丝氨酸(ser)约占总组成的80％以上，其本身具有良好的机械性能和理化性质，如良好的柔韧性和抗拉伸强度、透气透湿性、缓释性等，将蚕丝蛋白添加到服用纤维中，可以提高织物吸湿性。增进染色性和抗静电性，有利于穿着舒适性。目前已经有纤维素蚕丝蛋白复合纤维的相关报道。但是由于蚕丝蛋白本身属于蛋白质的一种，也是由氨基酸通过肽键联结而成大分子，大分子之间和分子内存在氢键、离子键等较强的相互作用而形成的有序的结晶结构，这就决定蚕丝蛋白溶解困难，且在加热情况下容易发生变性、分解，因此，通常采用强极性溶剂(强酸、强碱、高浓度的盐溶液、有机溶剂等)对其溶解；同时，纤维素由于自身聚集态结构的特点，即分子内、分子间均存在大量的氢键，同时又具有较高的结晶度，使得纤维素在常规的溶剂(如水和大多数有机溶剂等)中难以溶解；并且由于纤维素与蚕丝蛋白均属于天然高分子物质，两者含有的天然高分子极性基团具有强烈的相互作用，也导致纤维素和蚕丝蛋白很难直接溶解在常规的溶剂中，无法实现两者的共溶共生，因此目前的纤维素与蚕丝蛋白的复合纤维通常是采用溶剂将蚕丝蛋白溶解制备蚕丝蛋白原液，然后将蚕丝蛋白原液与黏胶共混，然后经纺丝制备成复合纤维，或者是采用溶剂将蚕丝蛋白和纤维素分别溶解，然后经纺丝制备成复合纤维。这种共混法制备复合纤维的过程中，通常会使用到强酸、强碱、N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂(DMAc/LiCl)、N,N-二甲基甲酰胺/四氧化二氮(DMF/N2O4)、N-甲基-N-氧吗啉(NMMO)，二甲基亚砜/四丁基氟化铵(DMSO/TBAF)及以及熔盐水合物(如LiClO4·3H2O、LiSCN·2H2O)等溶剂体系，例如：张敏等(张敏、许小玲、孟晓荣、顾利民；纤维素与透明质酸、肝素、丝素、甲壳素湿纺复合生物纤维的制备与性能研究；生物质化学工程；2013年9月；第47卷第5期第13-18页)将丝素蛋白的氢氧化钠溶液与再生纤维素的氢氧化钠溶液进行混合后纺丝制备丝素蛋白和纤维素的复合纤维，改善了复合纤维的机械性能，但是该复合纤维的溶剂体系存在毒性强、成本高、溶剂难以回收利用和使用过程中不稳定等缺点，不适于工业化生产。

离子液体是一种在室温或近室温下液态存在的盐，它兼具液体的流动性和盐类的化学活性，并具有许多独特的性质，如结构可设计、液程范围宽、接近于零的蒸汽压、不可燃、具有高的热稳定性和化学稳定性等。离子液体目前在分离过程、催化、有机合成、电化学等方面研究已取得许多进展，并被认为是一种绿色合成和清洁生产中具有广阔应用前景的新型环境友好的绿色介质。

研究发现，离子液体可以直接溶解纤维素和蛋白质，例如：中国专利CN200510077288.3公开了以离子液体为溶剂混合溶解动物毛和纤维素原料制备生物蛋白毛纤的方法；中国专利CN201510313099.5公开了以离子液体为溶剂溶解角蛋白和纤维素制备角蛋白复合纤维的方法；这也为制备纤维素与蚕丝蛋白复合纤维提供了新的方法，例如：中国专利CN200710043567.7公开了以离子液体为溶剂混合溶解蛋白和纤维素制备蛋白质改性纤维素纤维的方法，其中实施例1和实施例11中公开了蚕丝蛋白与木浆粕制备复合纤维的方法；中国专利CN200810033113.6公开了以离子液体为溶剂混合溶解纤维素和丝蛋白制备备纤维素丝蛋白复合纤维的方法；上述方法虽然实现了包括蚕丝蛋白(丝素蛋白)在内的蛋白质与纤维素的共溶共生，但是上述专利中使用离子液体(烷基季铵盐、烷基咪唑盐、烷基吡咯盐等)溶解蛋白质和纤维素时，均采用纯的离子液体溶解蛋白质和纤维素，使得制得的纺丝原液粘度较大，可纺性较差，在后续纺丝工序中对于喷丝板的耐压性和牵伸都有很大的影响，不利于后续纺丝；并且，上述方法中难免对原料的纤维状特性造成损失，使制得的复合纤维其性能较差，例如：中国专利CN200710043567.7中制得的蛋白质改性纤维素纤维长丝或短丝，单丝纤度为1.5～5.0dtex，强度2.0～6.2cN/dtex，其中实施例1中制得的蚕丝蛋白与木浆粕的复合纤维的单丝纤度为5.0dtex、强度2.0cN/dtex，实施例11中制得的蚕丝蛋白与木浆粕的复合纤维的单丝纤度为3.0dtex、强度3.2cN/dtex；中国专利CN200810033113.6中制备的维素丝蛋白复合纤维，是复合短纤维或长丝，纤维强度2～5cN/dtex；上述情况导致，目前虽然可以实现蚕丝蛋白和纤维的共溶共生，但是基本还停留在实验室阶段，还无法实现产业化规模，严重限制了复合纤维的应用和发展。除此以外，对于蚕丝蛋白而言，为了保证其溶解的稳定性，通常要在较低的温度和较短的时间内完成蚕丝蛋白的溶解，而上述方法中，离子液体在溶解蛋白质和纤维素时，溶解温度较高，通常在100℃左右，甚至高达150℃，溶解时间较长，通常在2～48小时，甚至高达120小时，例如CN200810033113.6中实施例2要在100℃溶解120小时，实施例4要在150℃溶解50小时，不仅效率低、能耗高，且不利于蚕丝蛋白与纤维素共溶制备复合纤维，严重限制了复合纤维的工业化生产。

另外，尽管蚕丝蛋白与其他纤维复合后制备的复合纤维可以改性纤维的理化性能，理论上是复合纤维中蚕丝蛋白的含量越高越好，但是事实并非如此，例如：张敏等(张敏、许小玲、孟晓荣、顾利民；纤维素与透明质酸、肝素、丝素、甲壳素湿纺复合生物纤维的制备与性能研究；生物质化学工程；2013年9月；第47卷第5期第13-18页)提到将蚕丝蛋白(丝素蛋白)与纤维素共溶时，蚕丝蛋白添加量为10％时，复合纤维的机械性能相对最好，超过10％以后，随着蚕丝蛋白含量的提高，尽管部分性能会有所提高，但是也会相应的损伤其它方面的性能，导致综合性能下降，而中国专利CN200710043567.7中，实施例1中蚕丝蛋白与木浆粕复合时，其添加量为1％；实施例11中蚕丝蛋白与木浆粕复合时，其添加量为8％，都低于10％；而中国专利CN200810033113.6中虽然在说明书中提到纤维素、蚕丝蛋白的混合质量比为99:1～1:99，但是其实施例中蚕丝蛋白的最高添加量为10％，这也从侧面证明了复合纤维中蚕丝蛋白的含量不能太高。

综上所述，虽然目前蛋白质和纤维素在共溶共生方面呈现出了良好的发展态势，但仍存在许多不足，还停留在实验室阶段，并且复合纤维中蚕丝蛋白的含量较低，对复合纤维的性能改性有限，因此，有必要开发出一种新的纤维素蚕丝蛋白复合纤维的制备方法，以促进纤维素与蛋白质复合纤维的工业化生产。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种纤维素蚕丝蛋白复合纤维的制备方法，以促进纤维素与蛋白质复合纤维的工业化生产。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纤维素蚕丝蛋白复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

a)将蚕丝蛋白和纤维素溶解在离子液体水溶液中，制得均相混合纺丝原液；

b)所得纺丝原液经过滤、纺丝、凝固、拉伸、水洗、漂白、上油、干燥，即得所述纤维素蚕丝蛋白复合纤维；

其中，所用的离子液体是由以下组分：

1-丁基-3-甲基咪唑氯盐：90～110质量份；

联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐：5～15质量份；

联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐：5～15质量份；

混合得到；其中：

联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐的化学结构式为：

联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐的化学结构式为：

作为优选方案，步骤a)的溶解温度为50～110℃(优选60～80℃)，溶解时间为5～30分钟(优选10～25分钟)。

作为优选方案，所述离子液体水溶液的质量分数为20～98％，进一步优选50～98％。

作为优选方案，所述离子液体的制备，包括如下步骤：

先使1-丁基-3-甲基咪唑氯盐与联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐和联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐按配比量混合均匀，然后在110～130℃下搅拌反应5～15小时。

作为优选方案，所述的联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐的制备包括如下步骤：在65～85℃、惰性气体保护下，将N-甲基咪唑滴加入1,4-二氯丁烷中，然后回流反应12～72小时。

作为进一步优选方案，1,4-二氯丁烷与N-甲基咪唑的摩尔比为1:1～1:1.5。

作为进一步优选方案，所述惰性气体为氮气或氩气。

作为优选方案，所述的联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐的制备包括如下步骤：

先将联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐和高氯酸锂溶于水中，然后在75～85℃下搅拌反应12～48小时，再冷却至室温，在室温下继续搅拌5～15小时。

作为进一步优选方案，联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐与高氯酸锂的摩尔比为1:1～1:1.5。

作为优选方案，所述的纤维素选自木浆粕、棉浆粕、竹浆粕、桑皮浆粕、稻草浆粕、苇浆粕、庶渣浆粕或麻浆粕中的任意一种，纤维素含量≥90wt％，聚合度≥500。

作为优选方案，蚕丝蛋白的含量占纤维素和蚕丝蛋白总量的5～80wt％。

作为优选方案，纤维素和蚕丝蛋白的总量与离子液体水溶液的质量比为1:3～1:20。

作为优选方案，步骤b)中，采用干喷湿纺纺丝工艺进行纺丝，纺丝溶液的温度为50～110℃(优选60～80℃)，纺丝速度为60～150米/分钟。

所述的干喷湿纺纺丝工艺是指将纺丝溶液通过喷丝头挤出后形成纺丝细流，在湿冷空气中初步成型。湿冷空气是指温度为5～25℃，相对湿度为60～95％的空气。

作为优选方案，步骤b)中，凝固时采用的凝固浴由离子液体和水组成，温度为0～20℃(优选5～15℃)，其中离子液体的质量百分数为1～20％。

与现有技术相比，本发明具有如下显著性有益效果：

本发明将1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐和联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐进行复配制得一种新型的离子液体，然后将蚕丝蛋白和纤维素溶解于该离子液体水溶液中，制得纺丝原液，然后经过滤、纺丝、拉伸、水洗、漂白、上油、干燥，制得复合纤维；制得的纺丝原液粘度较低，利于纺丝，也使得后续工艺中不会对原料的纤维状特性造成损失，使制得的复合纤维其单丝纤度为0.8～1.1dtex，断裂强度为7～8cN/dtex，具有优异的机械性能，也利于规模化纺丝，纺丝时喷丝孔数由传统实验室阶段的60～100孔提升至14000～30000孔，实现了工业化生产；同时，纤维素和蚕丝蛋白共溶时，溶解温度显著降低，溶解时间显著缩短，不仅节约了成本、提高了生产效率，还保证了蚕丝蛋白溶解过程中的稳定性，易于实现工业化生产；尤其是制备的复合纤维中，蚕丝蛋白的含量提高至80％，大大提高了蚕丝蛋白对复合纤维性能的改性，尤其是随着蚕丝蛋白含量的增加，复合纤维的机械性能并未降低；另外，本发明的制备工艺无需经过脱泡步骤即可制得复合纤维，经济实用，制备过程简单，成本低廉，无需使用任何有机溶剂，环境友好无污染，无需特殊设备和苛刻条件，易于实现工业化生产，具有极强的实用价值。

具体实施方式

下面结合实施例、应用例和对比例对本发明技术方案做进一步详细、完整地说明。

实施例1

一、联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐的制备：

在氮气保护、80℃下，将1.2mol N-甲基咪唑缓慢滴加入1mol 1,4-二氯丁烷中，滴加完毕后，回流反应72小时，结束反应，反应液冷却至室温，所得产物用乙醚洗涤以除去未反应的原料，得到白色固体物质，即为联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐(HPLC纯度为98.8％，产率88％)。

二、联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐的制备：

将1mol联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐和1.2mol高氯酸锂溶于1L水中，然后在80℃下搅拌反应36小时，冷却至室温，在室温下继续搅拌12小时，反应液分散至等体积的氯仿中，分离，氯仿相用水清洗，直至水相无氯离子，氯仿相减压浓缩，得到无色透明液体，即为联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐(HPLC纯度为98.9％，产率78％)。

三、离子液体的制备：

将100g 1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、10g联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐和10g联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐混合均匀后，在120℃下搅拌反应12小时，结束反应，冷却到室温，即得所述离子液体。

四、复合纤维的制备：

a)将离子液体溶解于去离子水中，配制得到80wt％的离子液体水溶液，待用；将0.5质量份的蚕丝蛋白(蛋白质含量为97％)与9.5质量份的棉浆粕(纤维素含量为99％，聚合度为600)混合均匀，加入100质量份离子液体水溶液中，在70℃下搅拌20分钟，得到稳定均一的纺丝原液；

b)所得纺丝原液经过滤(传统的制备方法纺丝原液要经过过滤、脱泡才能进行纺丝，工艺步骤较为复杂)、多孔喷丝板纺丝(喷丝板孔数为20000孔，纺丝溶液温度为70℃，纺丝速度为100米/分钟)后、浸入到含10wt％离子液体的凝固浴中凝固，凝固浴温度为15℃，经3.5倍拉伸后，再经水洗、漂白、上油、干燥，即得纤维素与蛋白质复合纤维。

经测试，本实施例制备得到的纤维素与蚕丝蛋白复合纤维的单丝纤度可以达到0.8～1.1dtex。而实验表明：在同等条件下，采用80wt％的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐或1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐的单一离子液体水溶液溶解蚕丝蛋白和棉浆粕时，需要在110～130℃下搅拌3～5小时才能得到稳定均一的纺丝原液，同时最终制备的对比复合纤维其单丝纤度仅能达到1.56～2.67dtex，并且在相同的单丝纤度下，本实施例制备得到的纤维素与蚕丝蛋白复合纤维的断裂强度可以达到7cN/dtex左右，而对比复合纤维的断裂强度仅能达到3.5cN/dtex左右，说明采用本实施例的制备工艺，不仅实现了纤维素和蚕丝蛋白的共溶共生，并且制备的复合纤维机械性能较好；

另外，本实施例通过采用所述的离子液体，实现了采用离子液体水溶液去溶解蚕丝蛋白和纤维素，而事实上蚕丝蛋白和纤维素都不易溶于水，加入的水实际上是不利于纤维素和蚕丝蛋白的溶解(这也是传统的离子液体中加入有机溶剂，例如DMSO以促进纤维素溶解的原因)；另外，本申请通过在溶解体系中加入水，还可同时降低纺丝液的粘度，有利于实现高孔喷丝；并且，溶解温度得到显著降低，溶解时间显著缩短。

由于本实施例制备得到的复合纤维机械性能较好，纺丝液的粘度较低，因此使得本实施例纺丝时的喷丝板孔数可以达到20000孔，纺丝速度可以为100米/分钟，实现了工业化生产。

本实施例步骤a)中离子液体水溶液的质量分数可以是20～98％，其余条件不变。

本实施例步骤a)中溶解温度可以是50～110℃，溶解时间可以是5～30分钟，其余条件不变。

本实施例步骤a)中棉浆粕可以是木浆粕、竹浆粕、桑皮浆粕、稻草浆粕、苇浆粕、庶渣浆粕或麻浆粕，其余条件不变。

本实施例步骤b)中纺丝孔数可以是14000～30000孔，其余条件不变，纺丝溶液温度可以为50～110℃，纺丝速度可以是60～150米/分钟，其余条件不变。

本实施例步骤b)中凝固浴可以是1～20wt％的离子液体水溶液，凝固浴温可以是0～20℃，其余条件不变。

本实施例步骤b)中拉伸可以是1.5～4倍拉伸，其余条件不变。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处仅在于：将1质量份的蚕丝蛋白(蛋白质含量为97％)与9质量份的棉浆粕(纤维素含量为99％，聚合度为600)混合均匀，其余内容均与实施例1中所述相同。

经测试，本实施例制备得到的纤维素与蚕丝蛋白复合纤维的单丝纤度可以达到0.8～1.1dtex。而实验表明：在同等条件下，采用1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐或1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐的单一离子液体水溶液溶解蚕丝蛋白和棉浆粕时，需要在110～130℃下搅拌3～5小时才能得到稳定均一的纺丝原液，同时最终制备的对比复合纤维其单丝纤度仅能达到1.56～2.67dtex，并且在相同的单丝纤度下，本实施例制备得到的纤维素与蚕丝蛋白复合纤维的断裂强度可以达到7.1cN/dtex左右，而对比复合纤维的断裂强度仅能达到3.9cN/dtex左右。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处仅在于：将1.5质量份的蚕丝蛋白(蛋白质含量为97％)与8.5质量份的棉浆粕(纤维素含量为99％，聚合度为600)混合均匀，其余内容均与实施例1中所述相同。

经测试，本实施例制备得到的纤维素与蚕丝蛋白复合纤维的单丝纤度可以达到0.8～1.1dtex。而实验表明：在同等条件下，采用1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐或1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐的单一离子液体水溶液溶解蚕丝蛋白和棉浆粕时，需要在110～130℃下搅拌3～5小时才能得到稳定均一的纺丝原液，同时最终制备的对比复合纤维其单丝纤度仅能达到1.56～2.67dtex，并且在相同的单丝纤度下，本实施例制备得到的纤维素与蚕丝蛋白复合纤维的断裂强度可以达到7.3cN/dtex左右，而对比复合纤维的断裂强度仅能达到3.7cN/dtex左右。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处仅在于：将2.5质量份的蚕丝蛋白(蛋白质含量为97％)与7.5质量份的棉浆粕(纤维素含量为99％，聚合度为600)混合均匀，其余内容均与实施例1中所述相同。

经测试，本实施例制备得到的纤维素与蚕丝蛋白复合纤维的单丝纤度可以达到0.8～1.1dtex。而实验表明：在同等条件下，采用1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐或1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐的单一离子液体水溶液溶解蚕丝蛋白和棉浆粕时，需要在110～130℃下搅拌3～5小时才能得到稳定均一的纺丝原液，同时最终制备的对比复合纤维其单丝纤度仅能达到1.56～2.67dtex，并且在相同的单丝纤度下，本实施例制备得到的纤维素与蚕丝蛋白复合纤维的断裂强度可以达到7.5cN/dtex左右，而对比复合纤维的断裂强度仅能达到3.5cN/dtex左右。

实施例5

本实施例与实施例1的不同之处仅在于：将5质量份的蚕丝蛋白(蛋白质含量为97％)与5质量份的棉浆粕(纤维素含量为99％，聚合度为600)混合均匀，其余内容均与实施例1中所述相同。

经测试，本实施例制备得到的纤维素与蚕丝蛋白复合纤维的单丝纤度可以达到0.8～1.1dtex。而实验表明：在同等条件下，采用1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐或1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐的单一离子液体水溶液溶解蚕丝蛋白和棉浆粕时，需要在110～130℃下搅拌3～5小时才能得到稳定均一的纺丝原液，同时最终制备的对比复合纤维其单丝纤度仅能达到1.56～2.67dtex，并且在相同的单丝纤度下，本实施例制备得到的纤维素与蚕丝蛋白复合纤维的断裂强度可以达到7.8cN/dtex左右，而对比复合纤维的断裂强度仅能达到3.2cN/dtex左右。

实施例6

本实施例与实施例1的不同之处仅在于：将8质量份的蚕丝蛋白(蛋白质含量为97％)与2质量份的棉浆粕(纤维素含量为99％，聚合度为600)混合均匀，其余内容均与实施例1中所述相同。

经测试，本实施例制备得到的纤维素与蚕丝蛋白复合纤维的单丝纤度可以达到0.8～1.1dtex。而实验表明：在同等条件下，采用1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐或1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐的单一离子液体水溶液溶解蚕丝蛋白和棉浆粕时，需要在110～130℃下搅拌3～5小时才能得到稳定均一的纺丝原液，同时最终制备的对比复合纤维其单丝纤度仅能达到1.56～2.67dtex，并且在相同的单丝纤度下，本实施例制备得到的纤维素与蚕丝蛋白复合纤维的断裂强度可以达到8cN/dtex左右，而对比复合纤维的断裂强度仅能达到3cN/dtex左右。

由实施例1至实施例6可见，采用本发明的制备工艺，尤其是采用本发明的复合离子液体对纤维素和蚕丝蛋白进行溶解，制备得到的复合纤维的单丝纤度远远低于采用单一离子液体制备得到的对比复合纤维的单丝纤度，并且在相同的单丝纤度下，采用本发明的复合离子液体制备得到的复合纤维的断裂强度是对比复合纤维断裂强度的两倍左右，说明采用本发明的制备工艺，不仅实现了纤维素和蚕丝蛋白的共溶共生，并且制备的复合纤维的机械性能更好，尤其是，本发明制备的复合纤维中，蚕丝蛋白的含量可以提高至80％，并且随着蚕丝蛋白含量的增加，并未像张敏等(张敏、许小玲、孟晓荣、顾利民；纤维素与透明质酸、肝素、丝素、甲壳素湿纺复合生物纤维的制备与性能研究；生物质化学工程；2013年9月；第47卷第5期第13-18页)报道的一样，出现机械性能降低的现象，而是随着蚕丝蛋白含量的增加，复合纤维的机械性能也随之增加，克服了以往的复合纤维中蚕丝蛋白含量不能过高的缺陷。

综上所述：本发明将1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐和联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐进行复配制得一种新型的离子液体，得到的离子液体可以实现蚕丝蛋白和纤维素的共溶共生，可以用于制备纤维素蚕丝蛋白复合纤维，制得的纤维素蚕丝蛋白复合纤维具有优异的机械性能，并且在复合纤维的制备过程中，不需使用纯的离子液体，即可实现蚕丝蛋白和纤维素的共溶，并且显著的降低了溶解温度，缩短了溶解时间，提高了溶解效率，降低了生产成本，提高了生产效率，并且离子液体水溶液的使用相较于纯离子液而言，得到的纺丝原液粘度较低，且可以根据需要调节离子液体水溶液的浓度，进而灵活调节纺丝原液粘度，使得纺丝原液易于纺丝，纺丝时喷丝孔数可以达到14000～30000孔，纺丝速度可以为60～150米/分钟，实现了工业化生产；另外，本发明的制备工艺简单、经济实用，成本低廉，无需使用任何有机溶剂，环境友好无污染，无需特殊设备和苛刻条件，易于实现工业化生产，具有极强的实用价值。

最后需要在此指出的是：以上仅是本发明的部分优选实施例，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种纤维素蚕丝蛋白复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

a)将蚕丝蛋白和纤维素溶解在质量分数为80～98％的离子液体水溶液中，制得均相混合纺丝原液；

b)所得纺丝原液经过滤、纺丝、凝固、拉伸、水洗、漂白、上油、干燥，即得所述纤维素蚕丝蛋白复合纤维；

其特征在于，所用的离子液体是由以下组分：

1-丁基-3-甲基咪唑氯盐：90～110质量份；

联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐：5～15质量份；

联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐：5～15质量份；

混合得到；其中：

联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐的化学结构式为：

联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐的化学结构式为：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤a)中的溶解温度为50～110℃，溶解时间为5～30分钟。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子液体的制备包括如下步骤：

先使1-丁基-3-甲基咪唑氯盐与联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐和联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐按配比量混合均匀，然后在110～130℃下搅拌反应5～15小时。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐的制备包括如下步骤：在65～85℃、惰性气体保护下，将N-甲基咪唑滴加入1,4-二氯丁烷中，然后回流反应12～72小时。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐的制备包括如下步骤：

先将联1,4-二[1-(3-甲基咪唑)]丁基二氯盐和高氯酸锂溶于水中，然后在75～85℃下搅拌反应12～48小时，再冷却至室温，在室温下继续搅拌5～15小时。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的纤维素选自木浆粕、棉浆粕、竹浆粕、桑皮浆粕、稻草浆粕、苇浆粕、庶渣浆粕或麻浆粕中的任意一种，纤维素含量≥90wt％，聚合度≥500。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：蚕丝蛋白的含量占纤维素和蚕丝蛋白总量的5～80wt％。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：纤维素和蚕丝蛋白的总量与离子液体水溶液的质量比为：1:3～1:20。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤b)中，采用干喷湿纺纺丝工艺进行纺丝，纺丝溶液的温度为50～110℃，纺丝速度为60～150米/分钟。