CN110344135A - 一种生物质纤维及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质纤维及其加工工艺，该生物质纤维由生物质聚酯切片和纤维素纳米晶体通过共混熔融纺丝制备而得；由于纤维素纳米晶体与生物质聚酯切片之间形成的締合氢键增强了生物质聚酯切片分子间的相互作用，构成了生物质聚酯切片大分子间的连接桥梁，抑制生物质聚酯切片大分子链间的相对滑移，从而提高了生物质纤维的断裂强度；由于生物基混合多元醇中含有大量羟基，使制得的生物质聚酯切片的大分子链中引入亲水基团，从而提高生物质聚酯切片的亲水性能，提高生物质纤维的吸湿性；实验结果表明，本发明所制得的生物质纤维具有较高的断裂强度，良好的韧性和机械性能，优异的吸湿性。

Description

一种生物质纤维及其加工工艺
技术领域
本发明涉及生物质纤维技术领域，具体是一种生物质纤维及其加工工艺。
背景技术
中国是世界上最大的化纤生产国，化纤近几年来发展势头强劲，但是目前90％以上的化纤工业增长依赖于有限的、不可再生的石油资源，合成化纤聚酯切片需求最大的原材料为乙二醇，乙二醇基本来源于石油工业产品，而石油资源日益递减，石油供需矛盾日益加剧，争夺石油的战争愈演愈烈。全球都在为利用地球上取之不尽用之不竭的生物资源努力研究、探索。利用可再生的生物质资源，发展生物基化工产业，替代石油化工产品，是解决资源和能源危机的必由之路，是可持续发展的重要途径。因此，开发可以减少或者替代石油的原材料是一个非常重要的研究方向。
生物质资源是一种可再生资源，它将太阳能以化学形式的能量存储起来，是地球上最丰富的资源。在化纤行业利用生物质资源，研发以生物质工程技术为核心的绿色纤维及材料，替代化石原料资源，实现纤维的差异化生产，成为未来化纤工业的重要发展方向。生物质纤维基本可分为生物质原生纤维、生物质再生纤维、生物质合成纤维三大类。以棉、毛、麻、丝为代表的生物质原生纤维是我国的传统优势品种；竹浆、麻浆纤维、蛋白纤维、海藻纤维、甲壳素纤维、直接溶剂法纤维素纤维等生物质再生纤维迅速发展，能基本满足我国经济发展及纺织工业发展的需求；PTT、PLA、PHA等生物质合成纤维已突破关键技术，部分产品产能世界领先。
除棉、麻等少数生物质纤维被用于纺制纱线外，绝大多数的生物质纤维由于纤维直径的离散性大，单根纤维的长度短无法满足纺纱对材料的要求。人类从未停止过对于新型纤维素纤维的探索，对桑皮纤维、莲丝纤维、丝瓜纤维、柳絮纤维以及木棉纤维等都进行了一定的研究。然而几乎所有的研究结果均表明，这些新型纤维的单纤维长度甚至不足1cm，与传统纺纱对于纤维长度的最低需求都有较大的差距。寻找生物质纤维素纤维纺丝的新方法，突破短纤维无法纺纱的瓶颈，能大大减少对生物质纤维这类绿色纯天然资源的浪费，缓解环境污染，满足人们对于纤维素纤维日益增长的需求。目前常用的生物质纤维脆性大、机械性能差、吸湿性差等，限制了产业化应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物质纤维及其加工工艺，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种生物质纤维，该生物质纤维由生物质聚酯切片和纤维素纳米晶体通过共混熔融纺丝制备而得，生物质聚酯切片与纤维素纳米晶体的重量比为8-10:1；随着生物质聚酯切片与纤维素纳米晶体的重量比不断减小，纤维素纳米晶体的添加量不断增大，所制得的生物质纤维的断裂强度也随之提高，但当生物质聚酯切片与纤维素纳米晶体的重量比小于8-10:1时，纤维素纳米晶体的添加量过大，纤维素纳米晶体在生物质聚酯切片中发生团聚，使得生物质聚酯切片分子自身的交联密度下降，最终导致生物质纤维的断裂强度降低。
作为优化，生物质聚酯切片由以下重量份数的原料制备而得：生物基琥珀酸20-30份、生物基混合多元醇20-40份、1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠20-30份和催化剂0.001-0.02份；本发明使用1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠作为共聚单体，由于1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠分子中含有磺酸基团，使所制得的生物质聚酯分子链上增加了带有负电荷的磺酸基团，使生物质聚酯分子结构有序性降低，结构变得疏松，熵值增加，在相同温度下，分子的热运动加快，特别是无定形区，分子间孔隙增大，燃料分子更容易渗透到生物质纤维内部，可提高生物质纤维对染料分子的吸附能力，同时磺酸基团上的金属钠离子易与阳离子染料中的阳离子进行离子交换而进行染色，提高了生物质纤维的上染率和染料吸尽率。
作为优化，纤维素纳米晶体由以下重量份数的原料制备而得：微晶纤维素10-20份和浓硫酸1-2份制备而得。
作为优化，生物基混合多元醇为乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的混合物，乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的重量比为100:0.5-5:0.2-2:0.1-2:0.1-1；本发明使用乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇所形成的生物基混合多元醇为原料来制备生物基聚酯切片，由于生物基混合多元醇中含有大量羟基，使制得的生物质聚酯切片的大分子链中引入亲水基团，同时改变生物质聚酯切片的结晶结构，增加无定形区，有利于水分的进入，从而提高生物质聚酯切片的亲水性能，同时催化剂无机粒子的加入，进一步阻碍了生物质聚酯晶粒的生长，破坏了生物质聚酯的结晶结构，使得生物质聚酯内部无定形区增大，更有利于水分子的进入，使得生物质聚酯切片的亲水性能大大提高，提高生物质纤维的吸湿性。
作为优化，催化剂为镍催化剂、铁催化剂、锰催化剂、钴催化剂或铜催化剂中的任意一种。
一种生物质纤维的加工工艺，该生物质纤维的加工工艺包括以下步骤：
（1）生物质聚酯切片的制备；
（2）纤维素纳米晶体的制备；
（3）将步骤（1）所制得的生物质聚酯切片和步骤（2）所制得的纤维素纳米晶体进行共混熔融纺丝，得到生物质纤维。
作为优化，一种生物质纤维的加工工艺，该生物质纤维的加工工艺包括以下步骤：
（1）将生物基琥珀酸与生物基混合多元醇配制成浆料，将配制好的浆料加入反应釜中进行酯化反应，向上述酯化反应后的混合物中加入1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠和催化剂，进行缩聚反应，得到生物质聚酯，切片后，得到生物质聚酯切片；
（2）称取微晶纤维素和去离子水加入反应容器中，搅拌混合均匀，将反应容器置于冰水浴中，边搅拌边向反应容器中滴加浓硫酸，滴加完毕后，在加热、搅拌条件下进行酸解反应，冷却，向上述酸解反应后的混合物中加入去离子水，抽滤，洗涤，收集滤渣，干燥，得到纤维素纳米晶体；
（3）将步骤（1）所制得的生物质聚酯切片和步骤（2）所制得的纤维素纳米晶体分别进行结晶，干燥，混合，得到共混切片；
（4）将步骤（3）所得到的共混切片经熔融纺丝机进行共混纺丝，在牵伸机上进行牵伸纺丝，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到生物质纤维。
作为优化，一种生物质纤维的加工工艺，该生物质纤维的加工工艺包括以下步骤：
（1）将生物基琥珀酸与生物基混合多元醇配制成浆料，将配制好的浆料加入反应釜中进行酯化反应，冷却至室温，向上述酯化反应后的混合物中加入1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠和催化剂，进行缩聚反应，得到生物质聚酯，切片后，得到生物质聚酯切片；
（2）称取微晶纤维素加入反应容器中，向反应容器中加入去离子水，搅拌混合均匀，将反应容器置于冰水浴中，边搅拌边向反应容器中滴加浓硫酸，滴加完毕后，在40-50℃、搅拌条件下进行酸解反应90-120min，冷却至室温，向上述酸解反应后的混合物中加入去离子水，抽滤，用去离子水反复洗涤，直至滤液的pH值不再发生变化，收集滤渣，将滤渣放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥8-12h，得到纤维素纳米晶体；
（3）将步骤（1）所制得的生物质聚酯切片和步骤（2）所制得的纤维素纳米晶体分别进行结晶，再干燥12-20h，其中生物质聚酯切片的干燥温度为100-120℃，纤维素纳米晶体的干燥温度为80-120℃，然后混合，在80-100℃的真空干燥箱中干燥1-3h，得到共混切片；本发明纤维素纳米晶体与生物质聚酯切片之间形成的締合氢键增强了生物质聚酯切片分子间的相互作用，构成了生物质聚酯切片大分子间的连接桥梁，抑制生物质聚酯切片大分子链间的相对滑移，从而提高了生物质纤维的断裂强度；
（4）将步骤（3）所得到的共混切片经熔融纺丝机进行共混纺丝，在牵伸机上进行牵伸纺丝，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到生物质纤维。
作为优化，步骤（1）中酯化反应的条件为：温度为220-260℃，时间为1-5h，压强为0.1-0.5MPa，缩聚反应的条件为：温度为250-280℃，时间为3-5h。
作为优化，步骤（4）中纺丝的工艺参数为：纺丝温度为230-300℃，纺丝速度为800-1300m/min，牵伸温度为80-120℃，牵伸倍数为1-4倍。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一是本发明一种生物质纤维及其加工工艺，本发明将生物质聚酯切片与纤维素纳米晶体通过共混熔融纺丝，制得生物质纤维，由于纤维素纳米晶体与生物质聚酯切片之间形成的締合氢键增强了生物质聚酯切片分子间的相互作用，构成了生物质聚酯切片大分子间的连接桥梁，抑制生物质聚酯切片大分子链间的相对滑移，从而提高了生物质纤维的断裂强度；
二是本发明一种生物质纤维及其加工工艺，本发明以生物基琥珀酸、生物基混合多元醇、单体1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠和催化剂为原料，通过酯化、缩聚反应制得生物质聚酯切片，不仅能够减少化纤行业对石油的依赖，引领低碳环保的社会理念，更是复合我国纺织业技术升级和产业结构调整方向，对促进生物质纤维产业的可持续发展具有重要意义，因此具有广阔的市场前景；
三是本发明一种生物质纤维及其加工工艺，本发明使用1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠作为共聚单体，由于1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠分子中含有磺酸基团，使所制得的生物质聚酯分子链上增加了带有负电荷的磺酸基团，使生物质聚酯分子结构有序性降低，结构变得疏松，熵值增加，在相同温度下，分子的热运动加快，特别是无定形区，分子间孔隙增大，燃料分子更容易渗透到生物质纤维内部，可提高生物质纤维对染料分子的吸附能力，同时磺酸基团上的金属钠离子易与阳离子染料中的阳离子进行离子交换而进行染色，提高了生物质纤维的上染率和染料吸尽率；
四是本发明一种生物质纤维及其加工工艺，本发明使用乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇所形成的生物基混合多元醇为原料来制备生物基聚酯切片，由于生物基混合多元醇中含有大量羟基，使制得的生物质聚酯切片的大分子链中引入亲水基团，同时改变生物质聚酯切片的结晶结构，增加无定形区，有利于水分的进入，从而提高生物质聚酯切片的亲水性能，同时催化剂无机粒子的加入，进一步阻碍了生物质聚酯晶粒的生长，破坏了生物质聚酯的结晶结构，使得生物质聚酯内部无定形区增大，更有利于水分子的进入，使得生物质聚酯切片的亲水性能大大提高，提高生物质纤维的吸湿性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种生物质纤维，该生物质纤维由生物质聚酯切片和纤维素纳米晶体通过共混熔融纺丝制备而得，生物质聚酯切片与纤维素纳米晶体的重量比为8:1；生物质聚酯切片由以下重量份数的原料制备而得：生物基琥珀酸20份、生物基混合多元醇20份、1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠20份和镍催化剂0.001份；纤维素纳米晶体由以下重量份数的原料制备而得：微晶纤维素10份和浓硫酸1份；生物基混合多元醇为乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的混合物，乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的重量比为100:0.5:0.2:0.1:0.1。
采用上述原料加工一种生物质纤维，该生物质纤维的加工工艺包括以下步骤：
（1）将20份生物基琥珀酸与20份生物基混合多元醇配制成浆料，将配制好的浆料加入反应釜中进行酯化反应，酯化反应的条件为：温度为220℃，时间为1h，压强为0.1MPa，冷却至室温，向上述酯化反应后的混合物中加入20份1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠和0.001份镍催化剂，进行缩聚反应，缩聚反应的条件为：温度为250℃，时间为3h，得到生物质聚酯，切片后，得到生物质聚酯切片；
（2）称取10份微晶纤维素加入反应容器中，向反应容器中加入去离子水，搅拌混合均匀，将反应容器置于冰水浴中，边搅拌边向反应容器中滴加1份浓硫酸，滴加完毕后，在40℃、搅拌条件下进行酸解反应90min，冷却至室温，向上述酸解反应后的混合物中加入去离子水，抽滤，用去离子水反复洗涤，直至滤液的pH值不再发生变化，收集滤渣，将滤渣放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥8h，得到纤维素纳米晶体；
（3）将步骤（1）所制得的生物质聚酯切片和步骤（2）所制得的纤维素纳米晶体分别进行结晶，再干燥12h，其中生物质聚酯切片的干燥温度为100℃，纤维素纳米晶体的干燥温度为80℃，然后混合，在80℃的真空干燥箱中干燥1h，得到共混切片；
（4）将步骤（3）所得到的共混切片经熔融纺丝机进行共混纺丝，在牵伸机上进行牵伸纺丝，纺丝的工艺参数为：纺丝温度为230℃，纺丝速度为800m/min，牵伸温度为80℃，牵伸倍数为1倍，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到生物质纤维。
实施例2：
一种生物质纤维，该生物质纤维由生物质聚酯切片和纤维素纳米晶体通过共混熔融纺丝制备而得，生物质聚酯切片与纤维素纳米晶体的重量比为8.5:1；生物质聚酯切片由以下重量份数的原料制备而得：生物基琥珀酸22份、生物基混合多元醇25份、1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠22份和铁催化剂0.0015份；纤维素纳米晶体由以下重量份数的原料制备而得：微晶纤维素12份和浓硫酸1.2份；生物基混合多元醇为乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的混合物，乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的重量比为100:1:0.6:0.2:0.2。
采用上述原料加工一种生物质纤维，该生物质纤维的加工工艺包括以下步骤：
（1）将22份生物基琥珀酸与25份生物基混合多元醇配制成浆料，将配制好的浆料加入反应釜中进行酯化反应，酯化反应的条件为：温度为225℃，时间为2h，压强为0.2MPa，冷却至室温，向上述酯化反应后的混合物中加入22份1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠和0.0015份铁催化剂，进行缩聚反应，缩聚反应的条件为：温度为255℃，时间为3.5h，得到生物质聚酯，切片后，得到生物质聚酯切片；
（2）称取12份微晶纤维素加入反应容器中，向反应容器中加入去离子水，搅拌混合均匀，将反应容器置于冰水浴中，边搅拌边向反应容器中滴加1.2份浓硫酸，滴加完毕后，在42℃、搅拌条件下进行酸解反应95min，冷却至室温，向上述酸解反应后的混合物中加入去离子水，抽滤，用去离子水反复洗涤，直至滤液的pH值不再发生变化，收集滤渣，将滤渣放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥9h，得到纤维素纳米晶体；
（3）将步骤（1）所制得的生物质聚酯切片和步骤（2）所制得的纤维素纳米晶体分别进行结晶，再干燥14h，其中生物质聚酯切片的干燥温度为105℃，纤维素纳米晶体的干燥温度为85℃，然后混合，在85℃的真空干燥箱中干燥1.5h，得到共混切片；
（4）将步骤（3）所得到的共混切片经熔融纺丝机进行共混纺丝，在牵伸机上进行牵伸纺丝，纺丝的工艺参数为：纺丝温度为240℃，纺丝速度为900m/min，牵伸温度为85℃，牵伸倍数为2倍，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到生物质纤维。
实施例3：
一种生物质纤维，该生物质纤维由生物质聚酯切片和纤维素纳米晶体通过共混熔融纺丝制备而得，生物质聚酯切片与纤维素纳米晶体的重量比为9:1；生物质聚酯切片由以下重量份数的原料制备而得：生物基琥珀酸25份、生物基混合多元醇30份、1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠25份和锰催化剂0.01份；纤维素纳米晶体由以下重量份数的原料制备而得：微晶纤维素15份和浓硫酸1.5份；生物基混合多元醇为乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的混合物，乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的重量比为100:3:1:2:0.5。
采用上述原料加工一种生物质纤维，该生物质纤维的加工工艺包括以下步骤：
（1）将25份生物基琥珀酸与30份生物基混合多元醇配制成浆料，将配制好的浆料加入反应釜中进行酯化反应，酯化反应的条件为：温度为240℃，时间为3h，压强为0.3MPa，冷却至室温，向上述酯化反应后的混合物中加入25份1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠和0.01份锰催化剂，进行缩聚反应，缩聚反应的条件为：温度为265℃，时间为4h，得到生物质聚酯，切片后，得到生物质聚酯切片；
（2）称取15份微晶纤维素加入反应容器中，向反应容器中加入去离子水，搅拌混合均匀，将反应容器置于冰水浴中，边搅拌边向反应容器中滴加1.5份浓硫酸，滴加完毕后，在45℃、搅拌条件下进行酸解反应105min，冷却至室温，向上述酸解反应后的混合物中加入去离子水，抽滤，用去离子水反复洗涤，直至滤液的pH值不再发生变化，收集滤渣，将滤渣放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥10h，得到纤维素纳米晶体；
（3）将步骤（1）所制得的生物质聚酯切片和步骤（2）所制得的纤维素纳米晶体分别进行结晶，再干燥16h，其中生物质聚酯切片的干燥温度为110℃，纤维素纳米晶体的干燥温度为100℃，然后混合，在90℃的真空干燥箱中干燥2h，得到共混切片；
（4）将步骤（3）所得到的共混切片经熔融纺丝机进行共混纺丝，在牵伸机上进行牵伸纺丝，纺丝的工艺参数为：纺丝温度为265℃，纺丝速度为1025m/min，牵伸温度为100℃，牵伸倍数为2.5倍，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到生物质纤维。
实施例4：
一种生物质纤维，该生物质纤维由生物质聚酯切片和纤维素纳米晶体通过共混熔融纺丝制备而得，生物质聚酯切片与纤维素纳米晶体的重量比为9.5:1；生物质聚酯切片由以下重量份数的原料制备而得：生物基琥珀酸28份、生物基混合多元醇35份、1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠28份和钴催化剂0.015份；纤维素纳米晶体由以下重量份数的原料制备而得：微晶纤维素18份和浓硫酸1.8份；生物基混合多元醇为乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的混合物，乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的重量比为100:4:1.8:1.8:0.8。
采用上述原料加工一种生物质纤维，该生物质纤维的加工工艺包括以下步骤：
（1）将28份生物基琥珀酸与35份生物基混合多元醇配制成浆料，将配制好的浆料加入反应釜中进行酯化反应，酯化反应的条件为：温度为255℃，时间为4h，压强为0.4MPa，冷却至室温，向上述酯化反应后的混合物中加入28份1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠和0.015份钴催化剂，进行缩聚反应，缩聚反应的条件为：温度为275℃，时间为4.5h，得到生物质聚酯，切片后，得到生物质聚酯切片；
（2）称取18份微晶纤维素加入反应容器中，向反应容器中加入去离子水，搅拌混合均匀，将反应容器置于冰水浴中，边搅拌边向反应容器中滴加1.8份浓硫酸，滴加完毕后，在48℃、搅拌条件下进行酸解反应115min，冷却至室温，向上述酸解反应后的混合物中加入去离子水，抽滤，用去离子水反复洗涤，直至滤液的pH值不再发生变化，收集滤渣，将滤渣放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥11h，得到纤维素纳米晶体；
（3）将步骤（1）所制得的生物质聚酯切片和步骤（2）所制得的纤维素纳米晶体分别进行结晶，再干燥19h，其中生物质聚酯切片的干燥温度为115℃，纤维素纳米晶体的干燥温度为110℃，然后混合，在95℃的真空干燥箱中干燥1-3h，得到共混切片；
（4）将步骤（3）所得到的共混切片经熔融纺丝机进行共混纺丝，在牵伸机上进行牵伸纺丝，纺丝的工艺参数为：纺丝温度为290℃，纺丝速度为1200m/min，牵伸温度为115℃，牵伸倍数为3倍，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到生物质纤维。
实施例5：
一种生物质纤维，该生物质纤维由生物质聚酯切片和纤维素纳米晶体通过共混熔融纺丝制备而得，生物质聚酯切片与纤维素纳米晶体的重量比为10:1；生物质聚酯切片由以下重量份数的原料制备而得：生物基琥珀酸30份、生物基混合多元醇40份、1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠30份和铜催化剂0.02份；纤维素纳米晶体由以下重量份数的原料制备而得：微晶纤维素20份和浓硫酸2份；生物基混合多元醇为乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的混合物，乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的重量比为100:5:2:2:1。
采用上述原料加工一种生物质纤维，该生物质纤维的加工工艺包括以下步骤：
（1）将30份生物基琥珀酸与40份生物基混合多元醇配制成浆料，将配制好的浆料加入反应釜中进行酯化反应，酯化反应的条件为：温度为260℃，时间为5h，压强为0.5MPa，冷却至室温，向上述酯化反应后的混合物中加入30份1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠和0.02份铜催化剂，进行缩聚反应，缩聚反应的条件为：温度为280℃，时间为5h，得到生物质聚酯，切片后，得到生物质聚酯切片；
（2）称取20份微晶纤维素加入反应容器中，向反应容器中加入去离子水，搅拌混合均匀，将反应容器置于冰水浴中，边搅拌边向反应容器中滴加2份浓硫酸，滴加完毕后，在50℃、搅拌条件下进行酸解反应120min，冷却至室温，向上述酸解反应后的混合物中加入去离子水，抽滤，用去离子水反复洗涤，直至滤液的pH值不再发生变化，收集滤渣，将滤渣放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥12h，得到纤维素纳米晶体；
（3）将步骤（1）所制得的生物质聚酯切片和步骤（2）所制得的纤维素纳米晶体分别进行结晶，再干燥20h，其中生物质聚酯切片的干燥温度为120℃，纤维素纳米晶体的干燥温度为120℃，然后混合，在100℃的真空干燥箱中干燥3h，得到共混切片；
（4）将步骤（3）所得到的共混切片经熔融纺丝机进行共混纺丝，在牵伸机上进行牵伸纺丝，纺丝的工艺参数为：纺丝温度为300℃，纺丝速度为1300m/min，牵伸温度为120℃，牵伸倍数为4倍，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到生物质纤维。
对比例1：
一种生物质纤维，该生物质纤维由生物质聚酯切片熔融纺丝制备而得；生物质聚酯切片由以下重量份数的原料制备而得：生物基琥珀酸25份、生物基混合多元醇30份、1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠25份和锰催化剂0.01份；生物基混合多元醇为乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的混合物，乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的重量比为100:3:1:2:0.5。
采用上述原料加工一种生物质纤维，该生物质纤维的加工工艺包括以下步骤：
（1）将25份生物基琥珀酸与30份生物基混合多元醇配制成浆料，将配制好的浆料加入反应釜中进行酯化反应，酯化反应的条件为：温度为240℃，时间为3h，压强为0.3MPa，冷却至室温，向上述酯化反应后的混合物中加入25份1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠和0.01份锰催化剂，进行缩聚反应，缩聚反应的条件为：温度为265℃，时间为4h，得到生物质聚酯，切片后，得到生物质聚酯切片；
（2）将步骤（1）所得到的生物质聚酯切片经熔融纺丝机进行纺丝，在牵伸机上进行牵伸纺丝，纺丝的工艺参数为：纺丝温度为265℃，纺丝速度为1025m/min，牵伸温度为100℃，牵伸倍数为2.5倍，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到生物质纤维。
对比例1与实施例3所不同的原料中未使用纤维素纳米晶体，其他与实施例3相同。
对比例2：
一种生物质纤维，该生物质纤维由生物质聚酯切片和纤维素纳米晶体通过共混熔融纺丝制备而得，生物质聚酯切片与纤维素纳米晶体的重量比为9:1；生物质聚酯切片由以下重量份数的原料制备而得：生物基琥珀酸25份、乙二醇30份、1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠25份和锰催化剂0.01份；纤维素纳米晶体由以下重量份数的原料制备而得：微晶纤维素15份和浓硫酸1.5份。
采用上述原料加工一种生物质纤维，该生物质纤维的加工工艺包括以下步骤：
（1）将25份生物基琥珀酸与30份乙二醇配制成浆料，将配制好的浆料加入反应釜中进行酯化反应，酯化反应的条件为：温度为240℃，时间为3h，压强为0.3MPa，冷却至室温，向上述酯化反应后的混合物中加入25份1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠和0.01份锰催化剂，进行缩聚反应，缩聚反应的条件为：温度为265℃，时间为4h，得到生物质聚酯，切片后，得到生物质聚酯切片；
（2）称取15份微晶纤维素加入反应容器中，向反应容器中加入去离子水，搅拌混合均匀，将反应容器置于冰水浴中，边搅拌边向反应容器中滴加1.5份浓硫酸，滴加完毕后，在45℃、搅拌条件下进行酸解反应105min，冷却至室温，向上述酸解反应后的混合物中加入去离子水，抽滤，用去离子水反复洗涤，直至滤液的pH值不再发生变化，收集滤渣，将滤渣放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥10h，得到纤维素纳米晶体；
（3）将步骤（1）所制得的生物质聚酯切片和步骤（2）所制得的纤维素纳米晶体分别进行结晶，再干燥16h，其中生物质聚酯切片的干燥温度为110℃，纤维素纳米晶体的干燥温度为100℃，然后混合，在90℃的真空干燥箱中干燥2h，得到共混切片；
（4）将步骤（3）所得到的共混切片经熔融纺丝机进行共混纺丝，在牵伸机上进行牵伸纺丝，纺丝的工艺参数为：纺丝温度为265℃，纺丝速度为1025m/min，牵伸温度为100℃，牵伸倍数为2.5倍，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到生物质纤维。
对比例2与实施例3所不同的是原料中未使用生物基混合多元醇，而是使用来源于石油工业产品的乙二醇，其余与实施例3相同。
效果例1：
对本发明实施例1至5所制得的生物质纤维和对比例1和对比例4所制得的生物质纤维的断裂强度进行测试，测试方法为：按照标准GB/T 14337-2008《化学纤维短纤维拉伸性能试验方法》进行测试，测试结果如表1所示。
表1
从表1中可以看出，本发明实施例1至5所制得的生物质纤维的断裂强度均在3.87CN/dtex及以上，断裂伸长率均在18.1%及以上，断裂强力均在5.12CN及以上，初始模量均在31.21CN/dtex及以下，而对比例1所制得的生物质纤维的断裂强度为2.31CN/dtex，断裂伸长率为15.3%，断裂强力为3.21CN，初始模量为47.57CN/dtex，实验结果表明，本发明实施例1至5所制得的生物质纤维具有较高的断裂强度，韧性和机械性能良好。
本发明实施例1至5与对比例1相比，由于原料中使用的纤维素纳米晶体，纤维素纳米晶体与生物质聚酯切片之间形成的締合氢键增强了生物质聚酯切片分子间的相互作用，构成了生物质聚酯切片大分子间的连接桥梁，抑制生物质聚酯切片大分子链间的相对滑移，从而提高了生物质纤维的断裂强度，具有良好的韧性和机械性能。
效果例2：
对本发明实施例实施例1至5所制得的生物质纤维和对比例2所制得的生物质纤维的吸湿率进行测试，测试结果如表2所示。
表2
从表2中可以看出，本发明实施例1至5所制得的生物质纤维的吸湿率均在22.5%及以上，对比例2所制得的生物质纤维的吸湿率为7.23%，实验结果表明，本发明实施例1至5所制得的生物质纤维具有优良的吸湿性。
本发明实施例实施例1至5与对比例2相比，由于原料中使用了生物基混合多元醇，由于生物基混合多元醇中含有大量羟基，使制得的生物质聚酯切片的大分子链中引入亲水基团，同时改变生物质聚酯切片的结晶结构，增加无定形区，有利于水分的进入，从而提高生物质聚酯切片的亲水性能，提高生物质纤维的吸湿性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种生物质纤维，其特征在于，该生物质纤维由生物质聚酯切片和纤维素纳米晶体通过共混熔融纺丝制备而得，所述生物质聚酯切片与纤维素纳米晶体的重量比为8-10:1。
2.根据权利要求1所述的一种生物质纤维，其特征在于：所述生物质聚酯切片由生物基琥珀酸、生物基混合多元醇、1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠和催化剂制备而得。
3.根据权利要求2所述的一种生物质纤维，其特征在于：所述纤维素纳米晶体由微晶纤维素和浓硫酸制备而得。
4.根据权利要求3所述的一种生物质纤维，其特征在于：所述生物基混合多元醇为乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的混合物，所述乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、戊二醇和山梨醇的重量比为100:0.5-5:0.2-2:0.1-2:0.1-1。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种生物质纤维，其特征在于：所述催化剂为镍催化剂、铁催化剂、锰催化剂、钴催化剂或铜催化剂中的任意一种。
6.一种生物质纤维的加工工艺，其特征在于，该生物质纤维的加工工艺包括以下步骤：
（1）生物质聚酯切片的制备；
（2）纤维素纳米晶体的制备；
（3）将步骤（1）所制得的生物质聚酯切片和步骤（2）所制得的纤维素纳米晶体进行共混熔融纺丝，得到生物质纤维。
7.根据权利要求6所述的一种生物质纤维的加工工艺，其特征在于，该生物质纤维的加工工艺包括以下步骤：
（1）将生物基琥珀酸与生物基混合多元醇配制成浆料，将配制好的浆料加入反应釜中进行酯化反应，向上述酯化反应后的混合物中加入1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠和催化剂，进行缩聚反应，得到生物质聚酯，切片后，得到生物质聚酯切片；
（2）称取微晶纤维素和去离子水加入反应容器中，搅拌混合均匀，将反应容器置于冰水浴中，边搅拌边向反应容器中滴加浓硫酸，滴加完毕后，在加热、搅拌条件下进行酸解反应，冷却，向上述酸解反应后的混合物中加入去离子水，抽滤，洗涤，收集滤渣，干燥，得到纤维素纳米晶体；
（3）将步骤（1）所制得的生物质聚酯切片和步骤（2）所制得的纤维素纳米晶体分别进行结晶，干燥，混合，得到共混切片；
（4）将步骤（3）所得到的共混切片经熔融纺丝机进行共混纺丝，在牵伸机上进行牵伸纺丝，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到生物质纤维。
8.根据权利要求7所述的一种生物质纤维的加工工艺，其特征在于，该生物质纤维的加工工艺包括以下步骤：
（1）将生物基琥珀酸与生物基混合多元醇配制成浆料，将配制好的浆料加入反应釜中进行酯化反应，冷却至室温，向上述酯化反应后的混合物中加入1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠和催化剂，进行缩聚反应，得到生物质聚酯，切片后，得到生物质聚酯切片；
（2）称取微晶纤维素加入反应容器中，向反应容器中加入去离子水，搅拌混合均匀，将反应容器置于冰水浴中，边搅拌边向反应容器中滴加浓硫酸，滴加完毕后，在40-50℃、搅拌条件下进行酸解反应90-120min，冷却至室温，向上述酸解反应后的混合物中加入去离子水，抽滤，用去离子水反复洗涤，直至滤液的pH值不再发生变化，收集滤渣，将滤渣放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥8-12h，得到纤维素纳米晶体；
（3）将步骤（1）所制得的生物质聚酯切片和步骤（2）所制得的纤维素纳米晶体分别进行结晶，再干燥12-20h，其中生物质聚酯切片的干燥温度为100-120℃，纤维素纳米晶体的干燥温度为80-120℃，然后混合，在80-100℃的真空干燥箱中干燥1-3h，得到共混切片；
（4）将步骤（3）所得到的共混切片经熔融纺丝机进行共混纺丝，在牵伸机上进行牵伸纺丝，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到生物质纤维。
9.根据权利要求8所述的一种生物质纤维的加工工艺，其特征在于，所述步骤（1）中酯化反应的条件为：温度为220-260℃，时间为1-5h，压强为0.1-0.5MPa，缩聚反应的条件为：温度为250-280℃，时间为3-5h。
10.根据权利要求8或9所述的一种生物质纤维的加工工艺，其特征在于，所述步骤（4）中纺丝的工艺参数为：纺丝温度为230-300℃，纺丝速度为800-1300m/min，牵伸温度为80-120℃，牵伸倍数为1-4倍。
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