CN108707977A - 一种扁平截面的二醋酸纤维素纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扁平截面的二醋酸纤维素纤维及其制备方法。将二醋酸纤维素粉末和聚氧化乙烯溶于丙酮/水/乙醇的混合溶剂中制成纺丝溶液，采用静电纺丝工艺，在静电高压电场力的作用下，二醋酸纤维素纺丝溶液液滴破裂成细小液滴，并被牵伸为微米级的具有扁平截面的纤维，在接收器上形成纤维膜。与现有制备扁平纤维的技术相比，本发明具有操作简单，条件容易控制的特点。本发明制得的由扁平截面二醋酸纤维素纤维构成的薄膜，具有比表面积大、容尘率高、吸水性好、吸附性能优良等特征，在组织支架、过滤材料等领域有良好的应用前景。

Description

一种扁平截面的二醋酸纤维素纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种二醋酸纤维素纤维，特别涉及一种具有扁平状截面的二醋酸纤维素纤维及其制备方法。
背景技术
随着现代化生活水平的提高，消费者对使用产品的性能要求越来越高，环保意识越来越强烈，开发绿色环保产品已成为现代社会发展的必然趋势。二醋酸纤维素是纤维素衍生物，能够自然降解，生物相容性好。利用二醋酸纤维素制备的产品具有优异的光泽、良好的亲水性和透气性，与人体长期接触不会引起过敏反应和静电吸附。因此，二醋酸纤维素制品具有优异的应用前景。
利用静电纺丝技术制备纤维膜，操作简单，条件可控，制备的纤维具有线密度小、比表面积大、吸附能力强等特性。但目前用静电纺丝技术制备的纤维的截面结构多数为圆形。扁平截面纤维比圆形截面纤维具有更大的比表面积，因而具有更高的吸附能力和更好的空气过滤效果。因此，扁平截面纤维膜在药物释放、组织支架、空气过滤等领域具有良好的应用前景。
在现有技术中，以聚合物为原料制备扁平纤维的方法可参见如下的报道：例如，中国发明专利CN103510171B公布了一种制备涤纶细旦多孔扁平纤维的生产方法，涉及的工艺过程有聚合熔体、分配熔体、纺丝、熔体挤出、预网络、导丝、卷网等，单丝的横向直径为0.59～0.61mm，纵向直径为0.055～0.065mm，横截面面积为0.02827mm2。中国发明专利CN105586653A公布了一种利用新型钽质喷丝头制备粗旦扁平再生纤维素纤维的方法，在常规粘胶纤维工艺的基础上，采用黄铂金矩形喷孔组合喷丝头进行扁平纤维的生产，纤维横切面的长宽比为5～10：1。中国发明专利CN106521680A公布了一种利用扁平状喷丝孔制备聚丙烯腈基扁平纤维的制备方法，涉及的工艺过程有纺丝、水洗、两步牵伸、上油、烘干、定型。中国发明专利CN103215673B公布了一种利用干喷湿法制备扁平纤维的方法，涉及工艺过程有纺丝、两步凝固拉伸、水洗、干燥、拉伸，通过控制挤出溶液在凝固浴中的凝固程度和出凝固浴丝条的牵伸速度来达到纤维截面形状可控的目的，纤维纤度为1～10dtex。中国发明专利CN102251302A公布了一种以离子液体为溶剂进行干喷湿纺制备二醋酸纤维素纤维的方法，所得纤维单丝纤度1.5～5.0dtex。
从现有技术所涉及的制备扁平纤维的方法可以看出存在着以下不足：其一是工艺流程都非常复杂，其中大部分的制备扁平纤维的方法是采用了异形喷丝孔，喷丝板的制作工艺复杂，从而增加生产成本；另外，制备的纤维线密度都在1dtex（当量直径约10μm）以上，较粗。到目前为止，尚未见具有扁平截面的二醋酸纤维素纤维方面的报道。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种单根纤维直径为微米级，截面为扁平的二醋酸纤维素纤维及其工艺流程短、生产成本低的制备方法。
实现本发明目的的技术方案是提供一种扁平截面的二醋酸纤维素纤维的制备方法，包括如下步骤：
1．常温条件下，按聚氧化乙烯的质量为二醋酸纤维素质量的1～20%，将二醋酸纤维素和聚氧化乙烯溶解于丙酮/水/乙醇混合溶剂中，按体积比，丙酮：水：乙醇为5：1：1，得到二醋酸纤维素的浓度为6～10%wt的溶液；
2．以步骤1得到的二醋酸纤维素溶液为纺丝原液，采用静电纺丝工艺，在接收屏上得到扁平截面的二醋酸纤维素纤维。
本发明技术方案中所述的二醋酸纤维素的均分子量为40000，乙酰度为39.8%；所述的聚氧化乙烯的均分子量为30000。
本发明技术方案提供的制备一种扁平截面的二醋酸纤维素纤维的方法，其中，静电纺丝工艺的条件包括：纺丝流量为1～7ml/h；纺丝电压为9～15kv；纺丝接收距离为10～15cm；纺丝温度为25～28℃，相对湿度为25～50%。
本发明技术方案还包括按上述制备方法得到的一种扁平截面的二醋酸纤维素纤维，单根纤维的横截面，其长为0.8～2μm，宽为0.2～0.5μm，长宽比为4～8:1。
本发明将具有不同挥发性能的溶剂混合，用以溶解二醋酸纤维素；采用静电纺丝方法，在静电高压电场力的作用下，纺丝液滴克服表面张力而破裂成更小的液滴，继而溶剂挥发、纤维固化并被牵伸沉积在接收屏上形成纤维膜。通过调节溶剂的混合比例、纺丝溶液浓度、流速、电场电压、接收距离和环境温湿度，控制纤维的截面，得到纤维直径为微米级的扁平截面二醋酸纤维素纤维膜。
由上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有以下的优点：
1.本发明通过采用静电纺丝工艺制备扁平截面二醋酸纤维素纤维膜的方法，操作简单，成本低，工艺条件易于控制。
2.本发明采用具有不同挥发性能的溶剂组合，通过控制溶剂混合比例得到截面为扁平结构的纤维，无需采用异形喷丝孔即可得到扁平纤维。
3.本发明制得的纤维膜中单根纤维直径为微米级，截面扁平，比常规纤维的比表面积大，吸附性能好，过滤效率高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的扁平截面的二醋酸纤维素纤维的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种具有扁平截面的二醋酸纤维素纤维膜，其制备方法如下：
（1）纺丝溶液组成：二醋酸纤维素（相对平均分子量为40000）的质量浓度为8%，聚氧化乙烯的质量为5%（相对二醋酸纤维素的质量），丙酮、水和乙醇的总质量浓度为92%，丙酮、水和乙醇的体积比为5：1：1。
（2）纺丝工艺：在流量泵的控制下，二醋酸纤维素溶液以3ml/h的速度从10ml注射器的圆形金属针头挤出，在15kv的电场力作用下加速向前运动，进入相对湿度为25%、温度为22℃的大气环境，最终落在距离金属针头15cm处带有铝箔的金属接收装置上，得到纤维截面为扁平形的二醋酸纤维素纤维的膜。
参见附图1，它是本实施例制得的扁平截面的二醋酸纤维素纤维的扫描电镜图，其中，图（a）为放大倍数1000倍；图（b）为放大倍数5000倍；图（c）为纤维断口处。由图1可以看出，单根纤维的横截面长约为0.8～2μm，宽约为0.2～0.5μm，长宽比达到了4～8:1。本发明制得的纤维膜中单根纤维直径为微米级，截面扁平，比常规纤维的比表面积大，材料用于吸附或过滤，性能更好，效率更高。

Claims (5)

1.一种扁平截面的二醋酸纤维素纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）常温条件下，按聚氧化乙烯的质量为二醋酸纤维素质量的1～20%，将二醋酸纤维素和聚氧化乙烯溶解于丙酮/水/乙醇混合溶剂中，按体积比，丙酮：水：乙醇为5：1：1，得到二醋酸纤维素的浓度为6～10%wt的溶液；
（2）以步骤（1）得到的二醋酸纤维素溶液为纺丝原液，采用静电纺丝工艺，在接收屏上得到扁平截面的二醋酸纤维素纤维。
2.根据权利要求1所述的一种扁平截面的二醋酸纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述的二醋酸纤维素的均分子量为40000，乙酰度为39.8%。
3.根据权利要求1所述的一种扁平截面的二醋酸纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述的聚氧化乙烯的均分子量为30000。
4.根据权利要求1所述的一种扁平截面的二醋酸纤维素纤维的制备方法，其特征在于：静电纺丝工艺的条件包括：纺丝流量为1～7ml/h；纺丝电压为9～15kv；纺丝接收距离为10～15cm；纺丝温度为25～28℃，相对湿度为25～50%。
5.按权利要求1制备方法得到的一种扁平截面的二醋酸纤维素纤维，单根纤维的横截面，其长为0.8～2μm，宽为0.2～0.5μm，长宽比为4～8:1。
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