專利名稱：纖維素共混纖維的溶劑法制備和應用的制作方法
技術領域：
本發明屬纖維素共混纖維領域，特別是涉及纖維素共混纖維的溶劑法制備和應用。
技術背景自然界中的所有物質中纖維素不僅儲備量大，而且有巨大的恢復量。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，還不及世界工業生產的纖維素產量 的4%。隨著人類對自然界認識的不斷深入以及石油、煤、天然氣等資源的日益短缺，纖 維素的利用還將逐漸擴大。纖維素纖維由于原料纖維素能被生物分解或安全燃燒轉化成水 蒸氣和二氧化碳，由廢棄物引起的破壞環境問題少。因此發展纖維素纖維是十分必要的。 工業化生產制得的粘膠纖維作為一種再生纖維素纖維，因其穿著舒適、對皮膚無剌激等優 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生褶 皺、不挺括等，同時在生產過程中能耗和水消耗很大，并存在嚴重的"三廢"問題。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、并避免環境污染就成為當務 之急。而離子液體作為一種新型的纖維素溶劑，在較寬的范圍內以液態存在，且具有良好 的熱穩定性，無毒、無揮發性，有利于環境保護和操作人員健康。可以通過選擇適宜的陰、 陽離子組合而改變其物理化學性質，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纖維素纖維可以大大提高生產效 率。制造再生纖維素纖維的半制品——漿粕的原材料來源相當廣泛，從優質的針葉木和棉 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， 我國麻類作物資源豐富，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，已實現自給有余。麻類纖維 是輕紡工業重要而優質的原料，每年收獲多次，有較高的生物產量和纖維產量，同時又具 有較強的水土保持作用。麻材具有天然的抑菌、防霉性質。在生長過程中農藥和殺蟲劑使 用少，平均產量非常高。將天然麻經過溶解再生后，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、強力高、滑挺等特點，再生麻纖維的力學 性能和穿著性能與明顯優于天然麻纖維。在再生麻纖維的生產過程中極大限度地保留了抑 菌、防霉物質，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 時紗線具有抗靜電、高吸濕性、抗紫外線輻射等作用。同時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良性能，主要表現為優良的耐光性、耐氣候性、耐霉性 及良好的耐溶劑性、化學穩定性和熱穩定性，因此開發纖維素/麻/聚丙烯腈共混纖維具有 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。 發明內容本發明旨在提供一種纖維素共混纖維的溶劑法制備和應用，該方法通過以離子液體為 共溶劑來制備纖維素共混纖維，大大提高生產效率，同時還克服了單獨使用纖維素沒有的 抗菌抑菌防臭功能，還克服了單獨使用麻漿纖維強度低、白度差的問題，克服了單獨使用 聚丙烯腈纖維舒適性不夠、易產生靜電的問題。而且原料來源廣泛，生產工藝優化，能夠 根據需要綜合各種原料的優點，解決了目前采用粘膠法生產纖維素共混纖維所帶來的環境 污染問題，滿足生產需要。本發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，形成總固含量為3~40%的均一穩定紡絲溶液， 其中纖維素、麻、聚丙烯腈的質量混合比為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) 經過濾、脫泡后，采用濕法紡絲、干噴濕紡法或熔噴濕紡法進行紡絲，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) 再經拉伸、水洗、漂白，以徹底除去纖維中的各種雜質，再經過上油、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)、細菌纖維素、棉花、醋酸纖維素 等經過機械粉碎后所得，漿粕經過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%的麻經過機械粉碎所得，槳粕經 過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，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離子和陰離子組成，陽離子為取代基是氫、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。所述拉伸是纖維經過緊張拉伸、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，總拉伸率為1~200%。所述纖維素共混纖維包括共混短纖維和長絲，纖維強度是2~5 cN/dtex。 本發明的一種纖維素共混纖維的應用，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，避免了粘膠法冗長而復雜的生產過程，生產過程明顯縮短， 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、無揮發性， 有利于環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，符合綠色生產的要求；(2) 本發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 應的采用粘膠法生產的常規粘膠纖維；(3) 共混纖維可制造內衣、手帕、經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。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而 不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人 員可以對本發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利要求書所限定 的范圍。每個實施例中的份數是重量份數。實施例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，得到紡絲溶液。紡絲溶液經過濾、脫泡后，經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'C。經過10%的塑化拉伸后，再經水洗、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，得到紡絲溶液。紡絲溶液經過濾、脫泡后，經多孔噴絲板進入到水凝固浴中，凝固浴溫度為15°C。經 過1%的塑化拉伸后，再經水洗、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8份低聚合度細菌纖維素、l份高聚合度細菌纖維素、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，得到紡絲溶液。紡絲溶液經過濾、脫泡后，經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'C。經過8%的塑化拉伸后，再經水洗、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0.3份低聚合度細菌纖維素、0.2份高聚合度細菌纖維素、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，得到紡絲溶液。紡絲溶液經過濾、脫泡后，經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85T:。經過5%的塑化拉伸后，再經水洗、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，形成總固含量為3～40％的均一穩定紡絲溶液，其中纖維素、麻、聚丙烯腈的質量混合比為5～99.5∶0～10∶0.5～95；(2)經過濾、脫泡后，紡絲，凝固浴固化；(3)再經拉伸、水洗、漂白，再經過上油、干燥工序，得纖維素共混纖維。
2. 根據權利要求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、細菌纖維素、棉花或醋酸纖維 素經過機械粉碎后所得。
3. 根據權利要求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量比10:90 90:10混合。
4. 根據權利要求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%的麻經過機械粉碎所得。
5. 根據權利要求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. 根據權利要求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 由陽離子和陰離子組成，陽離子為取代基是氫、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. 根據權利要求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. 根據權利要求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 的拉伸是纖維經過緊張拉伸、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，總拉伸率為1~200%。
9. 根據權利要求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絲，纖維強度是2~5 cN/dtex。
全文摘要
本發明涉及一種纖維素共混纖維的溶劑法制備和應用，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，形成總固含量為3～40％的均一穩定紡絲溶液，其中纖維素、麻、聚丙烯腈的質量混合比為5～99.5∶0～5∶0.5～95；(2)經過濾、脫泡后，紡絲，凝固浴固化；(3)再經拉伸、水洗、漂白，再經過上油、干燥工序，得纖維素共混纖維；應用是將纖維素、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。本發明中使用離子液體生產效率高且易于回收，符合綠色生產的要求，制得的復合纖維具有良好的機械強度、機械性能。
文檔編號D01F8/08GK101230494SQ200810033790
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月22日 優先權日2008年2月22日
發明者何春菊, 孫俊芬, 王慶瑞, 陳雪英 申請人:東華大學