CN101240454A - 纤维素共混纤维的溶剂制备法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纤维素共混纤维的溶剂制备法及其应用，制备：1)将纤维素、聚乙烯基类高聚物与离子液体混合均匀，25～160℃溶解1～80小时，形成总固含量为3～40％的均一稳定纺丝原液，其纤维素、聚乙烯基类高聚物的质量混合比为99.5∶0.5～60∶40；2)经过滤、脱泡3～120小时后，从喷丝孔喷出的原液细流经凝固浴固化纺丝成初生纤维素；3)再经拉伸、水洗、漂白，再经过上油、干燥工序，得纤维素共混纤维。本发明采用离子液体制备共混纤维素纤维，效率高、绿色环保，制得的纤维具有良好的机械强度，而且共混纤维可制造内衣、手帕、经混纺或纯纺可制成各种服装面料，还可制成膜而用于人工脏器、水处理器等多方面用途。
Description
技术领域
本发明属共混纤维领域，特别是涉及纤维素共混纤维的溶剂制备法及其应用。
背景技术
自然界中的所有物质中纤维素不仅储备量大，而且有巨大的恢复量。目前只有极少量的纤维素被制成纤维。用于制造纤维和薄膜的纤维素量，还不及世界工业生产的纤维素产量的4％。随着人类对自然界认识的不断深入以及石油、煤、天然气等资源的日益短缺，纤维素的利用将逐渐扩大。
纤维素纤维由于原料纤维素能被生物分解或安全燃烧转化成水蒸气和二氧化碳，由废弃物引起的破坏环境问题少。因此发展纤维素纤维是十分必要的。
工业化生产制得的粘胶纤维作为一种再生纤维素纤维，因其穿着舒适、对皮肤无刺激等优良服用性能而被广大消费者所青睐，但也有不尽人意的一面，例如穿着过程中容易产生褶皱、不挺括等，同时在生产过程中能耗和水消耗很大，并存在严重的“三废”问题。因此采用新型溶剂将纤维素直接溶解，以改善粘胶纤维一些天然缺陷、并避免环境污染就成为当务之急。
离子液体作为一种新型的纤维素溶剂，在较宽的范围内以液态存在，且具有良好的热稳定性，无毒、无挥发性，有利于环境保护和操作人员健康。可以通过选择适宜的阴、阳离子组合，而在一定程度上改变其物理化学性质，是许多有机物、无机物和高分子材料的良溶剂。许多离子液体对纤维素的溶解度很大，有些甚至达到25％；而采用纤维素黄化法生产粘胶纤维所采用的纤维素浓度不超过10％，因此采用离子液体生产纤维素纤维可以明显提高生产效率。
制造再生纤维素纤维的半制品——浆粕的原材料来源相当广泛，从优质的针叶木和棉短绒到阔叶木、速生材、竹子以及各种草本植物(如甘蔗渣、芦苇、黄麻杆等)。其中，竹材作为一种纤维素来源，其生长周期短，一般3～5年即可成材砍伐，产量高，对生长环境要求低，使得成本较低。且不影响生态平衡，因此是未来极佳的纺织原料。并且竹纤维的横截面布满了不规则的空隙，是一种超中空纤维，可在瞬间吸收和蒸发水分，具有极佳的透气、透湿的毛细管效应；因此，竹纤维具有吸湿性能好、透气性强、手感柔软、织物悬垂性好、上色容易、色泽鲜艳、穿着凉爽等一系列优点。同时，竹纤维还具有抑菌性能，并且不因穿着和水洗时而降低或消失。同时考虑到聚乙烯基类高聚物及其共聚物具有一些独特的性质，通过与纤维素共混，共同溶解在共同溶剂中，使共混纤维除具有竹纤维素原有的特性外又具有一些新颖的特性，如优良的耐光性、耐气候性、良好的耐溶剂性、化学稳定性等，因此开发纤维素/聚乙烯基类共混纤维具有重要意义。
参考文献：
1.美国专利20030157351公开了一种纤维素在离子液体中溶解和加工的方法。
2.中国专利ZL01126469.1公开了采用高湿模量法生产粘胶纤维的方法及用途。
3.中国专利CN1596282A公开了采用离子液体溶解及加工纤维素的方法。
4.中国专利CN03129531.2溶剂法竹纤维素纤维的制造方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种纤维素共混纤维的溶剂制备法及其应用，通过以离子液体为共溶剂来制备纤维素共混纤维，解决了目前采用粘胶法生产纤维素共混纤维所带来的环境污染问题，满足生产需求。
本发明的纤维素共混纤维的溶剂制备法，包括下列步骤：
(1)将粉碎的纤维素、聚乙烯基类高聚物，在机械搅拌下投入到离子液体中，混合均匀，在25～160℃温度下溶解1～80小时，形成总固含量为3～40％的均一稳定纺丝原液，微波辐射、施加一定的真空度等有利于浆粕的溶解，其纤维素、聚乙烯基类高聚物的质量混合比为99.5∶0.5～60∶40；
(2)经过滤、脱泡3～120小时后，采用湿法纺丝、干喷湿纺法或熔喷湿纺法进行纺丝，从喷丝孔喷出的原液细流经凝固浴固化成初生纤维素，其中凝固浴为水或0～60％的离子液体水溶液，凝固浴温度为0～90℃，纺丝速度为5～150米/分；
(3)再经拉伸、水洗、漂白，以彻底除去纤维中的各种杂质，再经过上油、干燥等工序，得到纤维素共混纤维。
所述粉碎的纤维素是采用聚合度在400～2500，α-纤维素含量90％～100％的天然纤维素(可使用竹浆粕、木浆粕、棉浆粕、芦苇浆、甘蔗渣浆、麻杆浆等或其混合使用)经过机械粉碎，浆粕经过活化处理或不做处理。
所述聚乙烯基类高聚物为均聚物或多元共聚物(如聚丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯腈、聚马来酸酐、聚乙烯醇等)，分子量为30000～300000。
所述离子液体是由阳离子和阴离子组成，其阳离子为取代基是氢、C1～C6的烷基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、羟乙基、羟丙基、烷氧基中的一种或几种的烷基季铵离子、烷基季磷离子、烷基咪唑离子、烷基吡啶离子；其阴离子为卤素离子、BF4 -、PF4 -、SCN-、CN-、OCN-、CNO-、CF3SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)2N-、(CF3SO2)2Cl-中的一种或几种。
所述拉伸是经紧张拉伸、喷头拉伸、塑化拉伸、空气浴后拉伸或回缩等一种或几种组合进行拉伸，总拉伸比为1～200％。
所述共混纤维是共混短纤维或长丝，纤维强度是1～5cN/dtex。
本发明的纤维素共混纤维的应用：可将由纤维素、聚乙烯类高聚物组成的纺丝原液纺制成中空纤维膜，用于制造人工脏器和***的用膜。
本发明的有益效果：
(1)本发明所制备得到的纤维素共混纤维具有良好的机械强度，其机械性能明显高于相应的采用粘胶法生产的常规粘胶纤维；
(2)采用离子液体制备共混纤维素纤维，避免了粘胶法冗长而复杂的生产过程，生产过程明显缩短，工艺能耗和操作费用低，而离子液体作为一种新型的纤维素溶剂，无毒无害、无挥发性，有利于环境保护和操作人员健康，离子液体的水溶液还可用做凝固浴，且离子液体易于回收，符合绿色生产的要求；
(3)共混纤维可制造内衣、手帕、经混纺或纯纺可制成各种服装面料，还可制成膜而用于人工脏器、水处理器等多方面用途。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将粉碎的9.95份竹纤维素、0.05份聚乙烯基类高聚物混合，与100份[BMIM]Cl(1-丁基-3-甲基咪唑盐酸盐)离子液体混合均匀，在45℃下搅拌24小时，得到纺丝溶液。
纺丝溶液经过滤、脱泡30小时后，经多孔喷丝板进入到含5％离子液体的凝固浴中，凝固浴温度为25℃。经过10％的塑化拉伸后，再经水洗、漂白、上油、干燥等程序，纺丝速度为5米/分，得到强度为3.2cN/dtex的纤维。
实施例2
将粉碎的9.5份棉纤维素、0.5份聚乙烯基类高聚物混合，与200份[BMIM]Cl/[BMIM]BF4(1-丁基-3-甲基咪唑盐酸盐/1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，配比为10∶0.1～4∶6)离子液体混合物，混合均匀，在100℃下搅拌24小时，得到纺丝溶液。
纺丝溶液经过滤、脱泡120小时后，经多孔喷丝板进入到水凝固浴中，凝固浴温度为15℃。经过1％的塑化拉伸后，再经水洗、漂白、上油、干燥等程序，纺丝速度为20米/分，得到强度为3.5cN/dtex的纤维。
实施例3
将粉碎的9份木纤维素、1份聚乙烯基类高聚物混合，与40份[AMIM]Br(溴化1-烯丙基-3-甲基咪唑盐)离子液体混合均匀，在60℃下搅拌80小时，得到纺丝溶液。
纺丝溶液经过滤、脱泡80小时后，经多孔喷丝板进入到含25％离子液体的凝固浴中，凝固浴温度为55℃。经过8％的塑化拉伸后，再经水洗、漂白、上油、干燥等程序，纺丝速度为30米/分，得到强度为4.0cN/dtex的纤维。
实施例4
将粉碎的9份竹纤维素、1份聚乙烯类基高聚物混合，与90份[AMIM]Cl(1-烯丙基-3-甲基咪唑盐酸盐)离子液体混合均匀，在150℃下搅拌50小时，得到纺丝溶液。
纺丝溶液经过滤、脱泡60小时后，经多孔喷丝板进入到含45％离子液体的凝固浴中，凝固浴温度为85℃。经过5％的塑化拉伸后，再经水洗、漂白、上油、干燥等程序，纺丝速度为40米/分，得到强度为2.3cN/dtex的纤维。
Claims (8)
1.一种纤维素共混纤维的溶剂制备法，包括下列步骤：
(1)将粉碎的纤维素、聚乙烯基类高聚物，在机械搅拌下与离子液体混合均匀，在25～160℃温度下溶解1～80小时，形成总固含量为3～40％的均一稳定纺丝原液，其纤维素、聚乙烯基类高聚物的质量混合比为99.5∶0.5～60∶40；
(2)经过滤、脱泡3～120小时后，从喷丝孔喷出的原液细流经凝固浴固化纺丝成初生纤维素；
(3)再经拉伸、水洗、漂白，再经过上油、干燥工序，得纤维素共混纤维。
2.根据权利要求1所述的纤维素共混纤维的溶剂制备法，其特征在于：所述粉碎的纤维素是采用聚合度在400～2500，α-纤维素含量90％～100％的天然纤维素经过机械粉碎。
3.根据权利要求1所述的纤维素共混纤维的溶剂制备法，其特征在于：所述聚乙烯基类高聚物为均聚物或多元共聚物，分子量为30000～300000。
4.根据权利要求3所述的纤维素共混纤维的溶剂制备法，其特征在于：所述的均聚物或多元共聚物为聚丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯腈、聚马来酸酐、或聚乙烯醇。
5.根据权利要求1所述的纤维素共混纤维的溶剂制备法，其特征在于：所述离子液体是由阳离子和阴离子组成，其阳离子为取代基是氢、C1～C6的烷基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、羟乙基、羟丙基、烷氧基中的一种或几种的烷基季铵离子、烷基季磷离子、烷基咪唑离子、烷基吡啶离子；
其阴离子为卤素离子、BF4 -、PF4 -、SCN-、CN-、OCN-、CNO-、CF3SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)2N-、(CF3SO2)2Cl-中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的纤维素共混纤维的溶剂制备法，其特征在于：所述步骤(2)中的纺丝是湿法纺丝、干喷湿纺法或熔喷湿纺法进行纺丝，其中凝固浴为水或0～60％的离子液体水溶液，凝固浴温度为0～90℃，纺丝速度为5～150米/分。
7.根据权利要求1所述的纤维素共混纤维的溶剂制备法，其特征在于：所述拉伸是经紧张拉伸、喷头拉伸、塑化拉伸、空气浴后拉伸或回缩中的一种或几种组合进行拉伸，总拉伸比为1～200％。
8.根据权利要求1所述的纤维素共混纤维的溶剂制备法，其特征在于：所述共混纤维是共混短纤维或长丝，纤维强度是1～5cN/dtex。
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