[發(fā)明專利]一種再生細菌纖維素纖維的制備方法

有效

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• 申請日: 2010-06-29
• 公開（公告）號: CN101942705A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設計）人: 沈新元;寧靜;盧新坤;高秋英
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01F2/02
• 分類號: D01F2/02;D01D5/04;D01D5/06;D01D5/00;D01D1/02
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發(fā)明屬纖維素纖維的制備領域，特別是涉及一種再生細菌纖維素纖維的制備方法。

背景技術

我國植物纖維素資源豐富，但用來制備纖維的粘膠工藝對環(huán)境有污染。近年來也有人開始有機溶劑體系和離子液體溶解植物纖維素制備纖維，如ZL02151225.6的“溶劑法纖維素纖維的紡絲原液的制備工藝”的中國專利和ZL200610023543.0的“纖維素纖維紡絲原液的制備豐富”的中國專利。

細菌纖維素是一種采用發(fā)酵法制備的纖維素，它與植物纖維素的化學結構相同，但聚集態(tài)和形狀結構有較大的差異。雖然細菌纖維素本身是一種絲帶狀納米纖維，但很難直接將其分離成紡織和產業(yè)用纖維；即使能分離，也很難直接在一些傳統(tǒng)紡織工藝中使用。

由于纖維素分子內存在很多羥基，容易形成復雜的分子內以及分子之間的氫鍵，因此在加熱到熔融溫度前，纖維素已經發(fā)生分解，難以熔融加工。目前，人們已經發(fā)現(xiàn)了許多溶劑可以溶解纖維素的溶劑體系，如NMMO、DMAC/LiCl、DMF/N₂O₄、DMSO/TBAF、NaOH/尿素和離子液體等。但由于細菌纖維素具有比植物纖維素更高的聚合度和結晶度，并且具有晶區(qū)和非晶區(qū)共存的復雜結構，大量高反應性的羥基被封閉在結晶區(qū)內，很難被溶劑所觸及，因此使得細菌纖維素的溶解比植物纖維素困難得多，特別是難于在普通的纖維素溶劑中快速溶解。我們曾用氯化鋰(LiCl)/N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)體系溶解聚合度為3000細菌纖維素，溶解時間長達1周。我們的研究還表明，NMMO和離子液體能夠提高細菌纖維素的溶解速度，但價格較高。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種再生細菌纖維素纖維的制備方法，該方法簡單，細菌纖維素的溶解時間短，采用的溶劑無毒、價格便宜，適合于工業(yè)化生產；所制得的細菌纖維素纖維生物相容性、生物可降解性、親水性和與橡膠的粘合性能好。

本發(fā)明的一種再生細菌纖維素纖維的制備方法，包括：

(1)無水磷酸溶劑體系的配制：將磷酸和多聚磷酸混合，使P₂O₅質量含量為72％-76％；在30℃-40℃下攪拌1-2小時后靜置，加入無水CuSO₄粉末(CuSO₄粉末與磷酸和多聚磷酸總量的質量比為1∶100000-100∶1000000)，攪拌震蕩1-5分鐘后靜置，待混合液澄清后通過紫外分光光度計測試混合液的顏色，直至無水CuSO₄不變色；

(2)將細菌纖維素溶解在上述無水磷酸溶劑體系中，配成質量分數(shù)為1％～25％的細菌纖維素溶液，過濾，靜置脫泡，得紡絲溶液；

(3)將上述紡絲溶液經噴絲孔噴出后固化成型，再經過后處理制成成品。

所述步驟(2)中的固化成型是經濕法紡絲、干-濕法紡絲、凝膠紡絲或液晶紡絲工藝完成，初生纖維再經過拉伸、水洗和熱處理這幾道常規(guī)后處理工序后制成成品纖維。

所述的濕法紡絲和后處理工序，具體是將溫度為5-45℃、質量分數(shù)為1％～8％的細菌纖維素溶液紡絲溶液從噴絲頭噴出后進入紡絲浴中固化成絲，紡絲浴采用質量濃度為0～30％的丙酮、乙醇、乙二醇、異丙醇和磷酸水溶液，溫度為5～70℃；其拉伸分多級進行，為1～3級，熱水浴或飽和水蒸汽做拉伸介質，拉伸的溫度為65～140℃，總拉伸倍數(shù)為1～3倍；熱處理是通過輻射、接觸加熱來進行，溫度是80～170℃。

所述的干-濕法紡絲和后處理工序，具體是將溫度為5-45℃、質量分數(shù)為1％～8％的紡絲溶液從噴絲頭噴出后先通過一段氣隙，然后進入紡絲浴中固化成絲，氣隙的介質是空氣或氮氣，氣隙的長度為1～10cm，紡絲浴采用質量濃度為0～30％的丙酮、乙醇、乙二醇、異丙醇和磷酸水溶液，溫度為5～70℃；其拉伸分多級進行，為1～3級，熱水浴或飽和水蒸汽做拉伸介質，拉伸的溫度為65～140℃，總拉伸倍數(shù)為1～7倍；熱處理是通過輻射、接觸加熱來進行，溫度是80～170℃。

所述的凝膠紡絲和后處理工序，具體是將溫度為45-95℃、質量分數(shù)為8％～25％的紡絲溶液從噴絲頭噴出后先通過一段氣隙，然后進入紡絲浴中固化成絲，氣隙的介質是空氣或氮氣，氣隙的長度為1～10cm，紡絲浴采用質量濃度為75～95％的磷酸水溶液，溫度為-15～5℃；再將絲條從紡絲浴中引出后導入乙醇溶液中，萃取，在熱輥上于90-120℃下干燥；再導入65℃、95℃的水浴及100-130℃的丙三醇槽中進行三級拉伸，總拉伸倍率為5-20倍；隨后水洗、熱處理，熱處理是通過輻射、接觸加熱來進行，溫度是120～170℃。