專利名稱：纖維素共混纖維的溶劑制備法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬共混纖維領(lǐng)域，特別是涉及纖維素共混纖維的溶劑制備法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
自然界中的所有物質(zhì)中纖維素不僅儲備量大，而且有巨大的恢復(fù)量。目前只有極少量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％。隨著人類對自然界認(rèn)識的不斷深入以及石油、煤、天然氣等資源的日益短缺，纖維素的利用將逐漸擴大。
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、對皮膚無刺激等優(yōu)良服用性能而被廣大消費者所青睞，但也有不盡人意的一面，例如穿著過程中容易產(chǎn)生褶皺、不挺括等，同時在生產(chǎn)過程中能耗和水消耗很大，并存在嚴(yán)重的“三廢”問題。因此采用新型溶劑將纖維素直接溶解，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。
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，無毒、無揮發(fā)性，有利于環(huán)境保護和操作人員健康。可以通過選擇適宜的陰、陽離子組合，而在一定程度上改變其物理化學(xué)性質(zhì)，是許多有機物、無機物和高分子材料的良溶劑。許多離子液體對纖維素的溶解度很大，有些甚至達到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10％，因此采用離子液體生產(chǎn)纖維素纖維可以明顯提高生產(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)。其中，竹材作為一種纖維素來源，其生長周期短，一般3～5年即可成材砍伐，產(chǎn)量高，對生長環(huán)境要求低，使得成本較低。且不影響生態(tài)平衡，因此是未來極佳的紡織原料。并且竹纖維的橫截面布滿了不規(guī)則的空隙，是一種超中空纖維，可在瞬間吸收和蒸發(fā)水分，具有極佳的透氣、透濕的毛細(xì)管效應(yīng)；因此，竹纖維具有吸濕性能好、透氣性強、手感柔軟、織物懸垂性好、上色容易、色澤鮮艷、穿著涼爽等一系列優(yōu)點。同時，竹纖維還具有抑菌性能，并且不因穿著和水洗時而降低或消失。同時考慮到聚乙烯基類高聚物及其共聚物具有一些獨特的性質(zhì)，通過與纖維素共混，共同溶解在共同溶劑中，使共混纖維除具有竹纖維素原有的特性外又具有一些新穎的特性，如優(yōu)良的耐光性、耐氣候性、良好的耐溶劑性、化學(xué)穩(wěn)定性等，因此開發(fā)纖維素/聚乙烯基類共混纖維具有重要意義。
參考文獻
1.美國專利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)明的目的是提供一種纖維素共混纖維的溶劑制備法及其應(yīng)用，通過以離子液體為共溶劑來制備纖維素共混纖維，解決了目前采用粘膠法生產(chǎn)纖維素共混纖維所帶來的環(huán)境污染問題，滿足生產(chǎn)需求。
本發(fā)明的纖維素共混纖維的溶劑制備法，包括下列步驟 (1)將粉碎的纖維素、聚乙烯基類高聚物，在機械攪拌下投入到離子液體中，混合均勻，在25～160℃溫度下溶解1～80小時，形成總固含量為3～40％的均一穩(wěn)定紡絲原液，微波輻射、施加一定的真空度等有利于漿粕的溶解，其纖維素、聚乙烯基類高聚物的質(zhì)量混合比為99.5∶0.5～60∶40； (2)經(jīng)過濾、脫泡3～120小時后，采用濕法紡絲、干噴濕紡法或熔噴濕紡法進行紡絲，從噴絲孔噴出的原液細(xì)流經(jīng)凝固浴固化成初生纖維素，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℃，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)過上油、干燥等工序，得到纖維素共混纖維。
所述粉碎的纖維素是采用聚合度在400～2500，α-纖維素含量90％～100％的天然纖維素(可使用竹漿粕、木漿粕、棉漿粕、蘆葦漿、甘蔗渣漿、麻桿漿等或其混合使用)經(jīng)過機械粉碎，漿粕經(jīng)過活化處理或不做處理。
所述聚乙烯基類高聚物為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、聚馬來酸酐、聚乙烯醇等)，分子量為30000～300000。
所述離子液體是由陽離子和陰離子組成，其陽離子為取代基是氫、C1～C6的烷基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、羥乙基、羥丙基、烷氧基中的一種或幾種的烷基季銨離子、烷基季磷離子、烷基咪唑離子、烷基吡啶離子；其陰離子為鹵素離子、BF4-、PF4-、SCN-、CN-、OCN-、CNO-、CF3SO3-、CF3COO-、(CF3SO2)2N-、(CF3SO2)2Cl-中的一種或幾種。
所述拉伸是經(jīng)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行拉伸，總拉伸比為1～200％。
所述共混纖維是共混短纖維或長絲，纖維強度是1～5cN/dtex。
本發(fā)明的纖維素共混纖維的應(yīng)用可將由纖維素、聚乙烯類高聚物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)本發(fā)明所制備得到的纖維素共混纖維具有良好的機械強度，其機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； (2)采用離子液體制備共混纖維素纖維，避免了粘膠法冗長而復(fù)雜的生產(chǎn)過程，生產(chǎn)過程明顯縮短，工藝能耗和操作費用低，而離子液體作為一種新型的纖維素溶劑，無毒無害、無揮發(fā)性，有利于環(huán)境保護和操作人員健康，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； (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。
具體實施例方式 下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(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)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實施例1 將粉碎的9.95份竹纖維素、0.05份聚乙烯基類高聚物混合，與100份[BMIM]Cl(1-丁基-3-甲基咪唑鹽酸鹽)離子液體混合均勻，在45℃下攪拌24小時，得到紡絲溶液。
紡絲溶液經(jīng)過濾、脫泡30小時后，經(jīng)多孔噴絲板進入到含5％離子液體的凝固浴中，凝固浴溫度為25℃。經(jīng)過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，得到強度為3.2cN/dtex的纖維。
實施例2 將粉碎的9.5份棉纖維素、0.5份聚乙烯基類高聚物混合，與200份[BMIM]Cl/[BMIM]BF4(1-丁基-3-甲基咪唑鹽酸鹽/1-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100℃下攪拌24小時，得到紡絲溶液。
紡絲溶液經(jīng)過濾、脫泡120小時后，經(jīng)多孔噴絲板進入到水凝固浴中，凝固浴溫度為15℃。經(jīng)過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，得到強度為3.5cN/dtex的纖維。
實施例3 將粉碎的9份木纖維素、1份聚乙烯基類高聚物混合，與40份[AMIM]Br(溴化1-烯丙基-3-甲基咪唑鹽)離子液體混合均勻，在60℃下攪拌80小時，得到紡絲溶液。
紡絲溶液經(jīng)過濾、脫泡80小時后，經(jīng)多孔噴絲板進入到含25％離子液體的凝固浴中，凝固浴溫度為55℃。經(jīng)過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，得到強度為4.0cN/dtex的纖維。
實施例4 將粉碎的9份竹纖維素、1份聚乙烯類基高聚物混合，與90份[AMIM]Cl(1-烯丙基-3-甲基咪唑鹽酸鹽)離子液體混合均勻，在150℃下攪拌50小時，得到紡絲溶液。
紡絲溶液經(jīng)過濾、脫泡60小時后，經(jīng)多孔噴絲板進入到含45％離子液體的凝固浴中，凝固浴溫度為85℃。經(jīng)過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制備法，包括下列步驟
(1)將粉碎的纖維素、聚乙烯基類高聚物，在機械攪拌下與離子液體混合均勻，在25～160℃溫度下溶解1～80小時，形成總固含量為3～40％的均一穩(wěn)定紡絲原液，其纖維素、聚乙烯基類高聚物的質(zhì)量混合比為99.5∶0.5～60∶40；
(2)經(jīng)過濾、脫泡3～120小時后，從噴絲孔噴出的原液細(xì)流經(jīng)凝固浴固化紡絲成初生纖維素；
(3)再經(jīng)拉伸、水洗、漂白，再經(jīng)過上油、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制備法，其特征在于所述粉碎的纖維素是采用聚合度在400～2500，α-纖維素含量90％～100％的天然纖維素經(jīng)過機械粉碎。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素共混纖維的溶劑制備法，其特征在于所述聚乙烯基類高聚物為均聚物或多元共聚物，分子量為30000～300000。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的纖維素共混纖維的溶劑制備法，其特征在于所述的均聚物或多元共聚物為聚丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯腈、聚馬來酸酐、或聚乙烯醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素共混纖維的溶劑制備法，其特征在于所述離子液體是由陽離子和陰離子組成，其陽離子為取代基是氫、C1～C6的烷基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、羥乙基、羥丙基、烷氧基中的一種或幾種的烷基季銨離子、烷基季磷離子、烷基咪唑離子、烷基吡啶離子；
其陰離子為鹵素離子、BF4-、PF4-、SCN-、CN-、OCN-、CNO-、CF3SO3-、CF3COO-、(CF3SO2)2N-、(CF3SO2)2Cl-中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素共混纖維的溶劑制備法，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0～90℃，紡絲速度為5～150米/分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素共混纖維的溶劑制備法，其特征在于所述拉伸是經(jīng)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行拉伸，總拉伸比為1～200％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素共混纖維的溶劑制備法，其特征在于所述共混纖維是共混短纖維或長絲，纖維強度是1～5cN/dtex。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維素共混纖維的溶劑制備法及其應(yīng)用，制備1)將纖維素、聚乙烯基類高聚物與離子液體混合均勻，25～160℃溶解1～80小時，形成總固含量為3～40％的均一穩(wěn)定紡絲原液，其纖維素、聚乙烯基類高聚物的質(zhì)量混合比為99.5∶0.5～60∶40；2)經(jīng)過濾、脫泡3～120小時后，從噴絲孔噴出的原液細(xì)流經(jīng)凝固浴固化紡絲成初生纖維素；3)再經(jīng)拉伸、水洗、漂白，再經(jīng)過上油、干燥工序，得纖維素共混纖維。本發(fā)明采用離子液體制備共混纖維素纖維，效率高、綠色環(huán)保，制得的纖維具有良好的機械強度，而且共混纖維可制造內(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。
文檔編號D01D1/02GK101240454SQ200810034680
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者洪朝陽 申請人:福建宏遠(yuǎn)集團有限公司