CN104264258A - 一种功能性沙柳再生纤维素纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功能性沙柳再生纤维素纤维及其制备方法，步骤如下：将沙柳去皮、粉碎、过筛、烘干、冷却制备沙柳木粉；采用乙醇-酸混合液提取沙柳纤维素；将沙柳纤维经蒸煮、漂白等工艺处理后制得沙柳浆粕；将质量比为1:1:1的纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化锆的纳米复合粉体与沙柳纤维素经过滤与减压脱泡得到混合均匀的纺丝液；将纺丝液经凝固浴纺丝、牵伸成型、精炼、烘干得到功能性沙柳再生纤维素纤维。本发明以纳米复合粉体和沙柳再生纤维素为原料，通过高效共混、湿法纺丝技术制备出具有抗菌、抗紫外、远红外等多功能的再生纤维素纤维。

Description

一种功能性沙柳再生纤维素纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种功能性沙柳再生纤维素纤维及其制备方法，属天然高分子和纺织领域。

背景技术

长期以来，纤维素一直是纺织、造纸的主要工业原料，以其可再生性、生物可降解性及成本优势日益受到人们的重视，在药物控制、释放技术、固定化技术、生物传感器、膜材料、功能化学品及添加剂等方面显示出良好的发展前景。由于耕地的减少和石油、天然气等化石资源的日益枯竭，天然纤维、合成纤维的产量将会受到越来越多的制约。而再生纤维素作为一种绿色、环保、可再生的资源，获得了一个空前的发展机遇。

沙柳是一种极少数可以生长在盐碱地的沙漠植物。其幼枝为黄色，呈叶线形或线状披针形，枝条丛生不怕沙压，根系发达，萌芽力强，是固沙造林树种，主要分布在内蒙古、河北、山西、陕西、甘肃、青海、四川等地。沙柳是“三北防护林”的首选之一，不仅起到防风固沙、保持水土的作用，在改善生态***、维持生态平衡等方面也具有独特的功能。

沙柳除少部分用于制浆造纸、纤维板及复合板外，绝大部分作为薪材燃烧或者丢弃，造成巨大的资源浪费。沙柳的主要化学成分主要有纤维素、半纤维素、木质素和灰分，纤维素的含量在60-70%以上，是天然可再生生物质资源，合理利用沙柳资源将产生巨大的经济效益和生态效益。目前，大多数的研究都集中在如何提取沙柳中的纤维素。北京林业大学化学工程系蒋建新等人研究了蒸汽***预处理对沙柳组成及纤维结构性能的影响（现代化工,2008,28(2)）。内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院张彬等人以沙柳纤维素为原料，研究了超声波法制备微纤丝的工艺（纸和造纸,2014,33(3)）。内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院李亚斌等人利用化学试剂分离出了沙柳材的主要化学成分纤维素、半纤维素（内蒙古农业大学学报,2014,35(1)）。齐齐哈尔大学轻工纺织学院许凤等人利用过氧化氢法分离沙柳与柠条混合原料中的纤维素（林产化学与工业,2006,26(2)）。郑州大学化工与能源学院黄明星等人采用酸催化乙醇法提取沙柳纤维素（江苏农业科学,2014,42(3)）。

功能性纤维是指具有特殊功能（高感性、高吸湿透湿、防水性、抗静电及导电性、抗菌性的及消臭性、离子交换性、生物降解与相容性）的新一代化学纤维。近年来，世界各国都十分重视对纺织原料的功能性开发，以此来满足产品多功能、高仿真和高性能的发展需求，提高纺织产品的附加值，提升纺织产品的功能和档次，提高企业的市场竞争力。功能性纤维的应用日趋广泛，已成为纺织行业新的经济增长点。

随着纳米技术的发展，含纳米粉体的功能性纤维得到极大的关注。纳米粉体为尺寸在1-100nm之间的微粒，由于其尺寸小、比表面积大、表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大，表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点，因此，纳米材料在光、电、磁、热、力学性能以及生物学性能等方面都表现出原物质所不具备的新功能。在纺织领域，应用广泛的功能性纳米材料主要是具有抗菌、防紫外、远红外线、导电、阻燃、防辐射等功能的无机粉体。为了制备含纳米粉体的功能性纤维，一般在纺丝或后整理阶段将纳米粉体添加到纺丝液或功能性整理液中（纺织学报,2009,30(7):135-141）。比如东华大学纤维材料改性国家重点实验室经过多年研究，开发了多种高聚物基纳米复合功能纤维，包括添加了纳米二氧化钛的远红外锦纶6纤维，添加了银系抗菌剂的抗菌聚丙烯纤维等。但是未见有文献将提取出来的沙柳纤维素用于纺丝制备沙柳再生纤维素纤维，也未见在纺丝液中添加纳米复合粉体制备功能性沙柳再生纤维素纤维。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种功能性沙柳再生纤维素纤维及其制备方法，在纺丝液中添加纳米复合粉体，然后进行纺丝，实现沙柳再生纤维素纤维的功能化。

本发明通过下述技术方案予以实现：

（1）制备沙柳木粉：将沙柳去皮、粉碎，过50-100目筛，80-100℃烘干，冷却，放入干燥器中备用；

（2）制备沙柳纤维：将步骤一中的沙柳木粉，添加到高压反应釜中，加入无水乙醇-酸混合液，固液比1:5-1:20，加热到100-160℃后，搅拌1-5h，冷却，过滤，用无水乙醇洗涤2-5次，再用去离子水反复冲洗干净，烘干； 

（3）制备沙柳浆粕：采用5-15％wt的NaOH蒸煮，浴比为1:5-1:10，蒸煮温度200-250℃，时间3-5h，再采用20-25％wt的过氧化氢漂白，漂白温度80-100℃，漂白时间1-2h； 

（4）制备纳米复合粉体-沙柳纺丝液：按照1:10-1:100的体积比，将0.1-1％wt的纳米复合粉体缓慢滴加到10-20％wt的沙柳纤维素溶液中，并加入偶联剂，80℃搅拌1-10h，其中，偶联剂的质量为纳米复合粉体的1%，经过滤与减压脱泡得到混合均匀的纺丝液；

（5）制备功能性沙柳再生纤维素纤维：将纺丝液经凝固浴纺丝、牵伸成型，然后精炼、烘干。

作为优选方案，所述步骤（2）中的酸为硫酸、硝酸、盐酸、乙酸中的一种或多种，添加量为3-5％wt。

作为优选方案，所述步骤（4）中的纳米复合粉体为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化锆的混合物，其质量比为1:1:1。

作为优选方案，所述步骤（4）中的的偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂中的一种或多种。

作为优选方案，所述步骤（5）中的的凝固浴温度为40-60℃，凝固浴中含硫酸100-130g/l、硫酸锌15-20g/l、硫酸钠320-360g/l，牵伸倍数1.8-2.0。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

为了制备含纳米粉体的功能性纤维，传统的做法是在纺丝或后整理阶段将一种纳米粉体添加到纺丝液或功能性整理液中，而这种做法一般只能获得单一功能的纺织品。而本发明添加了质量比为1:1:1的纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化锆的纳米复合粉体，实现了具有抗菌、抗紫外、远红外等多功能的再生纤维素纤维。同时，本发明在纺丝液中加入了钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂，有效防止了纳米粉体的团聚。

本发明以纳米复合粉体和沙柳再生纤维素为原料，通过高效共混、湿法纺丝技术制备出具有抗菌、抗紫外、远红外等多功能的再生纤维素纤维，增加了沙柳再生纤维素纤维的功能性，提高了沙柳资源的利用率，可广泛应用于服装及产业用纺织品等领域，产生巨大的经济效益和生态效益。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1：            

（1）制备沙柳木粉：将沙柳去皮、粉碎，过100目筛，80℃烘干，冷却，放入干燥器中备用；

（2）制备沙柳纤维：将步骤（1）中的沙柳木粉，添加到高压反应釜中，加入无水乙醇-硝酸混合液，其中硝酸添加量为3％wt，固液比1:10，加热到120℃后，搅拌3h，冷却，过滤，用无水乙醇洗涤5次，再用去离子水反复冲洗干净，烘干； 

（3）制备沙柳浆粕： 采用10％wt的NaOH蒸煮，浴比为1:10，蒸煮温度200℃，时间3h，再采用20％wt的过氧化氢漂白，漂白温度100℃，漂白时间2h； 

（4）制备纳米复合粉体-沙柳纺丝液：按照1:10的体积比，将1％wt的纳米复合粉体缓慢滴加到10％wt的沙柳纤维素溶液中，并加入钛酸酯偶联剂，80℃搅拌10h，其中，纳米复合粉体为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化锆的混合物，其质量比为1:1:1，钛酸酯偶联剂的质量为纳米复合粉体的1%，经过滤与减压脱泡得到混合均匀的纺丝液；

（5）制备功能性沙柳再生纤维素纤维：将纺丝液经凝固浴纺丝、牵伸成型，然后精炼、烘干，其中凝固浴温度为60℃，凝固浴中含硫酸100g/l、硫酸锌15g/l、硫酸钠320g/l，牵伸倍数2.0。

依据实施例1制备的功能性沙柳再生纤维素纤维，对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到90.1％，对大肠杆菌的抑菌率达到85.3％。UPF值33.19，UVA透过率8.69%，UVB透过率7.93%。，远红外发射率87%。

实施例2：

（1）制备沙柳木粉：将沙柳去皮、粉碎，过80目筛，90℃烘干，冷却，放入干燥器中备用；

（2）制备沙柳纤维：将步骤（1）中的沙柳木粉，添加到高压反应釜中，加入无水乙醇-硫酸混合液，其中硫酸添加量为4％wt，固液比1:5，加热到120℃后，搅拌2h，冷却，过滤，用无水乙醇洗涤3次，再用去离子水反复冲洗干净，烘干； 

（3）制备沙柳浆粕： 采用5％wt的NaOH蒸煮，浴比为1:5，蒸煮温度250℃，时间4h，再采用25％wt的过氧化氢漂白，漂白温度80℃，漂白时间1h； 

（4）制备纳米复合粉体-沙柳纺丝液：按照1:50的体积比，将0.5％wt的纳米复合粉体缓慢滴加到15％wt的沙柳纤维素溶液中，并加入硅烷偶联剂，80℃搅拌5h，其中，纳米复合粉体为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化锆的混合物，其质量比为1:1:1，硅烷偶联剂的质量为纳米复合粉体的1%，经过滤与减压脱泡得到混合均匀的纺丝液；

（5）制备功能性沙柳再生纤维素纤维：将纺丝液经凝固浴纺丝、牵伸成型，然后精炼、烘干，其中凝固浴温度为40℃，凝固浴中含硫酸120g/l、硫酸锌20g/l、硫酸钠360g/l，牵伸倍数1.8。

实施例3：

（1）制备沙柳木粉：将沙柳去皮、粉碎，过60目筛，80℃烘干，冷却，放入干燥器中备用；

（2）制备沙柳纤维：将步骤（1）中的沙柳木粉，添加到高压反应釜中，加入无水乙醇-盐酸混合液，固液比1:15，加热到140℃后，搅拌3h，冷却，过滤，用无水乙醇洗涤2次，再用去离子水反复冲洗干净，烘干； 

（3）制备沙柳浆粕： 采用15％wt的NaOH蒸煮，浴比为1:10，蒸煮温度220℃，时间3h，再采用20％wt的过氧化氢漂白，漂白温度80℃，漂白时间2h； 

（4）制备纳米复合粉体-沙柳纺丝液：按照1:100的体积比，将0.1％wt的纳米复合粉体缓慢滴加到20％wt的沙柳纤维素溶液中，并加入硅烷偶联剂，80℃搅拌7h，其中，纳米复合粉体为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化锆的混合物，其质量比为1:1:1，硅烷偶联剂的质量为纳米复合粉体的1%，经过滤与减压脱泡得到混合均匀的纺丝液；

（5）制备功能性沙柳再生纤维素纤维：将纺丝液经凝固浴纺丝、牵伸成型，然后精炼、烘干，其中凝固浴温度为50℃，凝固浴中含硫酸110g/l、硫酸锌15g/l、硫酸钠350g/l，牵伸倍数1.9。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种功能性沙柳再生纤维素纤维及其制备方法，其特征在于： 

步骤一，制备沙柳木粉：将沙柳去皮、粉碎，过50-100目筛，80-100℃烘干，冷却，放入干燥器中备用；

步骤二，制备沙柳纤维：将步骤一中的沙柳木粉，添加到高压反应釜中，加入无水乙醇-酸混合液，固液比1:5-1:20，加热到100-160℃后，搅拌1-5h，冷却，过滤，用无水乙醇洗涤2-5次，再用去离子水反复冲洗干净，烘干； 

步骤三，制备沙柳浆粕：采用5-15％wt的NaOH蒸煮，浴比为1:5-1:10，蒸煮温度200-250℃，时间3-5h，再采用20-25％wt的过氧化氢漂白，漂白温度80-100℃，漂白时间1-2h； 

步骤四，制备纳米复合粉体-沙柳纺丝液：按照一定的体积比，将0.1-1％wt的纳米复合粉体缓慢滴加到10-20％wt的沙柳纤维素溶液中，并加入偶联剂，80℃搅拌1-10h，其中，偶联剂的质量为纳米复合粉体的1%，经过滤与减压脱泡得到混合均匀的纺丝液；

步骤五，制备功能性沙柳再生纤维素纤维：将纺丝液经凝固浴纺丝、牵伸成型，然后精炼、烘干。

2.根据权利要求1所述的一种功能性沙柳再生纤维素纤维及其制备方法，其特征在于，步骤二所述的酸为硫酸、硝酸、盐酸、乙酸中的一种或多种，添加量为3-5％wt。

3.根据权利要求1所述的一种功能性沙柳再生纤维素纤维及其制备方法，其特征在于，步骤四所述的体积比为1:10-1:100。

4.根据权利要求1所述的一种功能性沙柳再生纤维素纤维及其制备方法，其特征在于，步骤四所述的纳米复合粉体为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化锆的混合物，其质量比为1:1:1。

5.根据权利要求1所述的一种功能性沙柳再生纤维素纤维及其制备方法，其特征在于，步骤四所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种功能性沙柳再生纤维素纤维及其制备方法，其特征在于，步骤五中的凝固浴温度为40-60℃，凝固浴中含硫酸100-130g/l、硫酸锌15-20g/l、硫酸钠320-360g/l，牵伸倍数1.8-2.0。