專利名稱：纖維素共混纖維的溶劑法制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬纖維素共混纖維領(lǐng)域，特別是涉及纖維素共混纖維的溶劑法制備和應(yīng)用。
技術(shù)背景自然界中的所有物質(zhì)中纖維素不僅儲(chǔ)備量大，而且有巨大的恢復(fù)量。目前只有極少的 纖維素被制成纖維。用于制造纖維和薄膜的纖維素量，還不及世界工業(yè)生產(chǎn)的纖維素產(chǎn)量 的4%。隨著人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的不斷深入以及石油、煤、天然氣等資源的日益短缺，纖 維素的利用還將逐漸擴(kuò)大。纖維素纖維由于原料纖維素能被生物分解或安全燃燒轉(zhuǎn)化成水 蒸氣和二氧化碳，由廢棄物引起的破壞環(huán)境問(wèn)題少。因此發(fā)展纖維素纖維是十分必要的。 工業(yè)化生產(chǎn)制得的粘膠纖維作為一種再生纖維素纖維，因其穿著舒適、對(duì)皮膚無(wú)剌激等優(yōu) 良服用性能而被廣大消費(fèi)者所青睞，但也有不盡人意的一面，例如穿著過(guò)程中容易產(chǎn)生褶 皺、不挺括等，同時(shí)在生產(chǎn)過(guò)程中能耗和水消耗很大，并存在嚴(yán)重的"三廢"問(wèn)題。因此 采用新型溶劑將纖維素溶解，以改善粘膠纖維一些天然缺陷、并避免環(huán)境污染就成為當(dāng)務(wù) 之急。而離子液體作為一種新型的纖維素溶劑，在較寬的范圍內(nèi)以液態(tài)存在，且具有良好 的熱穩(wěn)定性，無(wú)毒、無(wú)揮發(fā)性，有利于環(huán)境保護(hù)和操作人員健康。可以通過(guò)選擇適宜的陰、 陽(yáng)離子組合而改變其物理化學(xué)性質(zhì)，是許多有機(jī)物、無(wú)機(jī)物和高分子材料的良溶劑。許多 離子液體對(duì)纖維素的溶解度很大，有些甚至達(dá)到25%;而采用纖維素黃化法生產(chǎn)粘膠纖維 所采用的纖維素濃度不超過(guò)10%，因此采用離子液體生產(chǎn)纖維素纖維可以大大提高生產(chǎn)效 率。制造再生纖維素纖維的半制品——漿粕的原材料來(lái)源相當(dāng)廣泛，從優(yōu)質(zhì)的針葉木和棉 短絨到闊葉木、速生材、竹子以及各種草本植物(如甘蔗渣、蘆葦、黃麻桿等)。同時(shí)， 我國(guó)麻類作物資源豐富，品種齊全，擁有幾乎世界所有的主要麻類作物。目前生產(chǎn)上主要 栽種的麻類作物有苧麻、黃麻、紅麻、亞麻、大麻和劍麻等，已實(shí)現(xiàn)自給有余。麻類纖維 是輕紡工業(yè)重要而優(yōu)質(zhì)的原料，每年收獲多次，有較高的生物產(chǎn)量和纖維產(chǎn)量，同時(shí)又具 有較強(qiáng)的水土保持作用。麻材具有天然的抑菌、防霉性質(zhì)。在生長(zhǎng)過(guò)程中農(nóng)藥和殺蟲劑使 用少，平均產(chǎn)量非常高。將天然麻經(jīng)過(guò)溶解再生后，得到的再生麻纖維的可紡性、織造性、 可染性良好，手感柔軟，具有吸濕性、透氣性、強(qiáng)力高、滑挺等特點(diǎn)，再生麻纖維的力學(xué) 性能和穿著性能與明顯優(yōu)于天然麻纖維。在再生麻纖維的生產(chǎn)過(guò)程中極大限度地保留了抑 菌、防霉物質(zhì)，使其架接在麻纖維大分子鏈上不受破壞，所以其具有抑菌、防霉性能。同 時(shí)紗線具有抗靜電、高吸濕性、抗紫外線輻射等作用。同時(shí)考慮到聚丙烯腈共聚物分子鏈上氰基的存在賦予聚丙烯腈許多優(yōu)良性能，主要表現(xiàn)為優(yōu)良的耐光性、耐氣候性、耐霉性 及良好的耐溶劑性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，因此開發(fā)纖維素/麻/聚丙烯腈共混纖維具有 重要意義。 參考文獻(xiàn)1. 美國(guó)專利20030157351公開了一種纖維素在離子液體中溶解和加工的方法。2. 中國(guó)專利ZL01126469.1公開了采用高濕模量法生產(chǎn)粘膠纖維的方法及用途。3. 中國(guó)專利CN1596282A公開了采用離子液體溶解及加工纖維素的方法。4. 中國(guó)專利CN03129531.2溶劑法竹纖維素纖維的制造方法。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種纖維素共混纖維的溶劑法制備和應(yīng)用，該方法通過(guò)以離子液體為 共溶劑來(lái)制備纖維素共混纖維，大大提高生產(chǎn)效率，同時(shí)還克服了單獨(dú)使用纖維素沒有的 抗菌抑菌防臭功能，還克服了單獨(dú)使用麻漿纖維強(qiáng)度低、白度差的問(wèn)題，克服了單獨(dú)使用 聚丙烯腈纖維舒適性不夠、易產(chǎn)生靜電的問(wèn)題。而且原料來(lái)源廣泛，生產(chǎn)工藝優(yōu)化，能夠 根據(jù)需要綜合各種原料的優(yōu)點(diǎn)，解決了目前采用粘膠法生產(chǎn)纖維素共混纖維所帶來(lái)的環(huán)境 污染問(wèn)題，滿足生產(chǎn)需要。本發(fā)明的一種纖維素共混纖維的溶劑法制備，包括下列步驟(1) 將粉碎的高、低聚合度混合的纖維素、麻、聚丙烯腈粉末等與離子液體混合均勻， 在25 16(TC溫度下溶解、脫泡1 120小時(shí)，形成總固含量為3~40%的均一穩(wěn)定紡絲溶液， 其中纖維素、麻、聚丙烯腈的質(zhì)量混合比為5 99.5:0 10:0.5 95，微波輻射、施加一定的真 空度等有利于漿粕的溶解；(2) 經(jīng)過(guò)濾、脫泡后，采用濕法紡絲、干噴濕紡法或熔噴濕紡法進(jìn)行紡絲，凝固浴固化， 其中凝固浴為水或0~60%的離子液體水溶液，凝固浴溫度為0~90°C，紡絲速度為5~150 米/分；(3) 再經(jīng)拉伸、水洗、漂白，以徹底除去纖維中的各種雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)上油、干燥等工序， 得到纖維素共混纖維。所述纖維素是聚合度在300-2500、 a-纖維素含量90%~100%的天然纖維素(包括竹漿 粕、木漿粕、棉漿粕、蘆葦漿、甘蔗渣漿、麻桿漿等)、細(xì)菌纖維素、棉花、醋酸纖維素 等經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎后所得，漿粕經(jīng)過(guò)活化處理或不做處理。所述高、低聚合度混合的纖維素是聚合度900~2500、但不包括900的高聚合度纖維素 與聚合度300~900的低聚合度纖維素按質(zhì)量比10:90 90:10混合。所述麻是聚合度300~2500、 0纖維素含量90%~100%的麻經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎所得，槳粕經(jīng) 過(guò)活化處理或不做處理，其中麻種類可以是苧麻、亞麻、大麻、紅麻(原稱洋麻)、黃麻、 青麻、劍麻、蕉麻、菠蘿麻、椰殼麻等或其混合物。所述聚丙烯腈為均聚物或多元共聚物(其中第一單體丙烯腈含量占85%以上，第二單 體通常用含有酯基的化合物，如丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯等，含量約占 5% 9%，第三單體為親染料基團(tuán)，以改善染色性能。含量為1%左右。)，聚合度 30000~300000。所述離子液體是由陽(yáng)離子和陰離子組成，陽(yáng)離子為取代基是氫、Ci~C6的烷基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、羥乙基、羥丙基、垸氧基中的一種或幾種的烷基季銨離子、垸基季磷離子、烷基咪唑離子或烷基吡啶離子；所述的陰離子為鹵素離子、BF4—、 PF4—、 SCN—、CN.、 OCN-、 CN(J、 CF3S03-、 CF3COCT、 (CF3S02)2N-或(CF3S02)2Cr中的一種。所述拉伸是纖維經(jīng)過(guò)緊張拉伸、噴頭拉伸、塑化拉伸、空氣浴后拉伸或回縮等一種或幾種組合進(jìn)行拉伸，總拉伸率為1~200%。所述纖維素共混纖維包括共混短纖維和長(zhǎng)絲，纖維強(qiáng)度是2~5 cN/dtex。 本發(fā)明的一種纖維素共混纖維的應(yīng)用，是將纖維素、麻、聚丙烯腈組成的紡絲原液紡制成中空纖維膜，用于制造人工臟器和凈水器的用膜。本發(fā)明的有益效果(1) 采用離子液體制備纖維，避免了粘膠法冗長(zhǎng)而復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，生產(chǎn)過(guò)程明顯縮短， 工藝能耗和操作費(fèi)用低，而離子液體作為一種新型的纖維素溶劑，無(wú)毒無(wú)害、無(wú)揮發(fā)性， 有利于環(huán)境保護(hù)和操作人員健康，離子液體的水溶液還可用做凝固浴，且離子液體易于回 收，符合綠色生產(chǎn)的要求；(2) 本發(fā)明所制備得到的纖維素共混纖維具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，其機(jī)械性能明顯高于相 應(yīng)的采用粘膠法生產(chǎn)的常規(guī)粘膠纖維；(3) 共混纖維可制造內(nèi)衣、手帕、經(jīng)混紡或純紡可制成各種服裝面料，還可制成膜而用 于人工臟器、水處理器等多方面用途。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而 不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。每個(gè)實(shí)施例中的份數(shù)是重量份數(shù)。實(shí)施例1將粉碎的9份高聚合度天然纖維素、l份低聚合度天然纖維素、0.01份紅麻、0.05份聚 丙烯腈(聚合度為30000)混合，與100份[BMIM]C1 (l-丁基-3-甲基咪唑鹽酸鹽)離子液 體混合均勻，在45'C下攪拌24小時(shí)，得到紡絲溶液。紡絲溶液經(jīng)過(guò)濾、脫泡后，經(jīng)多孔噴絲板進(jìn)入到含5%離子液體的凝固浴中，凝固浴溫 度為25'C。經(jīng)過(guò)10%的塑化拉伸后，再經(jīng)水洗、漂白、上油、干燥等程序，紡絲速度為5 米/分，得到強(qiáng)度為3.2cN/dtex的纖維。實(shí)施例2將粉碎的8.5份高聚合度天然纖維素、1份低聚合度天然纖維素、0.1份黃麻、0.5份 聚丙烯腈(聚合度為30000)混合，與200份[BMIM]C1/[BMIM]BF4 (l-丁基-3-甲基咪唑鹽 酸鹽/l-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，配比為10:0.1-4:6)離子液體混合物，混合均勻，在 IOO'C下攪拌120小時(shí)，得到紡絲溶液。紡絲溶液經(jīng)過(guò)濾、脫泡后，經(jīng)多孔噴絲板進(jìn)入到水凝固浴中，凝固浴溫度為15°C。經(jīng) 過(guò)1%的塑化拉伸后，再經(jīng)水洗、漂白、上油、干燥等程序，紡絲速度為20米/分，得到強(qiáng) 度為3.5cN/dtex的纖維。實(shí)施例3將粉碎的8份低聚合度細(xì)菌纖維素、l份高聚合度細(xì)菌纖維素、0.25份紅麻、0.25份黃 麻、1份聚丙烯腈(聚合度為45000)混合，與40份[AMIM]Br (l-烯丙基-3-甲基咪唑溴 化鹽)離子液體混合均勻，在6(TC下攪拌80小時(shí)，得到紡絲溶液。紡絲溶液經(jīng)過(guò)濾、脫泡后，經(jīng)多孔噴絲板進(jìn)入到含25%離子液體的凝固浴中，凝固浴 溫度為55'C。經(jīng)過(guò)8%的塑化拉伸后，再經(jīng)水洗、漂白、上油、干燥等程序，紡絲速度為 30米/分，得到強(qiáng)度為4.0cN/dtex的纖維。實(shí)施例4將粉碎的0.3份低聚合度細(xì)菌纖維素、0.2份高聚合度細(xì)菌纖維素、0.5份亞麻、9.5份 聚丙烯腈(聚合度為100000)混合，與90份[AMIM]C1 (l-烯丙基-3-甲基咪唑鹽酸鹽)離 子液體混合均勻，在15(TC下攪拌50小時(shí)，得到紡絲溶液。紡絲溶液經(jīng)過(guò)濾、脫泡后，經(jīng)多孔噴絲板進(jìn)入到含45%離子液體的凝固浴中，凝固浴 溫度為85T:。經(jīng)過(guò)5%的塑化拉伸后，再經(jīng)水洗、漂白、上油、干燥等程序，紡絲速度為 40米/分，得到強(qiáng)度為2.3cN/dtex的纖維。
權(quán)利要求
1.一種纖維素共混纖維的溶劑法制備，包括下列步驟(1)將粉碎的高、低聚合度混合的纖維素、麻、聚丙烯腈與離子液體混合均勻，在25～160℃溫度下溶解、脫泡1～120小時(shí)，形成總固含量為3～40％的均一穩(wěn)定紡絲溶液，其中纖維素、麻、聚丙烯腈的質(zhì)量混合比為5～99.5∶0～10∶0.5～95；(2)經(jīng)過(guò)濾、脫泡后，紡絲，凝固浴固化；(3)再經(jīng)拉伸、水洗、漂白，再經(jīng)過(guò)上油、干燥工序，得纖維素共混纖維。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素共混纖維的溶劑法制備，其特征在于所述纖維素是聚 合度在300~2500、 01-纖維素含量90%~100%的天然纖維素、細(xì)菌纖維素、棉花或醋酸纖維 素經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎后所得。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維素共混纖維的溶劑法制備，其特征在于所述高、低 聚合度混合的纖維素是聚合度900~2500、但不包括900的高聚合度纖維素與聚合度 300~900的低聚合度纖維素按質(zhì)量比10:90 90:10混合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素共混纖維的溶劑法制備，其特征在于所述麻是聚合度 300~2500、 a-纖維素含量90%~100%的麻經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎所得。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素共混纖維的溶劑法制備，其特征在于所述聚丙烯腈為 均聚物或多元共聚物，聚合度30000~300000。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素共混纖維的溶劑法制備，其特征在于所述離子液體是 由陽(yáng)離子和陰離子組成，陽(yáng)離子為取代基是氫、CrQ的垸基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、 羥乙基、羥丙基、垸氧基中的一種或幾種的烷基季銨離子、烷基季磷離子、垸基咪唑離子 或烷基吡啶離子；所述的陰離子為鹵素離子、BF4\ PF厶SCN-、 CN-、 OCN-、 CNCT、 CF3S03-、 CF3COCT、 (CF3S02)2N^(CF3S02)2Cr+的一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素共混纖維的溶劑法制備，其特征在于所述步驟(2)中 的紡絲是濕法紡絲、干噴濕紡法或熔噴濕紡法進(jìn)行紡絲，其中凝固浴為水或0~60%的離子 液體水溶液，凝固浴溫度為0 卯'C，紡絲速度為5~150米/分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素共混纖維的溶劑法制備，其特征在于所述步驟(3)中 的拉伸是纖維經(jīng)過(guò)緊張拉伸、噴頭拉伸、塑化拉伸、空氣浴后拉伸或回縮中的一種或幾種 組合進(jìn)行拉伸，總拉伸率為1~200%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素共混纖維的溶劑法制備，其特征在于所述纖維素共混 纖維是共混短纖維或長(zhǎng)絲，纖維強(qiáng)度是2~5 cN/dtex。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維素共混纖維的溶劑法制備和應(yīng)用，制備(1)將粉碎的高、低聚合度混合的纖維素、麻、聚丙烯腈與離子液體混合均勻，在25～160℃溫度下溶解、脫泡1～120小時(shí)，形成總固含量為3～40％的均一穩(wěn)定紡絲溶液，其中纖維素、麻、聚丙烯腈的質(zhì)量混合比為5～99.5∶0～5∶0.5～95；(2)經(jīng)過(guò)濾、脫泡后，紡絲，凝固浴固化；(3)再經(jīng)拉伸、水洗、漂白，再經(jīng)過(guò)上油、干燥工序，得纖維素共混纖維；應(yīng)用是將纖維素、麻、聚丙烯腈組成的紡絲原液紡制成中空纖維膜，用于制造人工臟器和凈水器的用膜。本發(fā)明中使用離子液體生產(chǎn)效率高且易于回收，符合綠色生產(chǎn)的要求，制得的復(fù)合纖維具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、機(jī)械性能。
文檔編號(hào)D01F8/08GK101230494SQ200810033790
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者何春菊, 孫俊芬, 王慶瑞, 陳雪英 申請(qǐng)人:東華大學(xué)