[發(fā)明專利]一種金屬離子誘導(dǎo)液晶卡拉膠纖維的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010139517.4
• 申請(qǐng)日: 2020-03-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111286813B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏延致;薛志欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島大學(xué)
• 主分類號(hào): D01F9/00
• 分類號(hào): D01F9/00;D01F1/10;D01D5/06
• 代理公司: 青島海昊知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所有限公司 37201
• 代理人: 王鐸

本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬離子誘導(dǎo)液晶卡拉膠纖維的制備方法，包括以下步驟：（1）將卡拉膠加入到濃度極低的含多價(jià)金屬離子的鹽溶液中，使金屬離子與卡拉膠硫酸酯基摩爾比在1:200?1:10之間，攪拌，溶解，得到含微量金屬離子的卡拉膠溶液；（2）在上述溶液中加入堿，使溶液中堿的濃度為2?10wt%，攪拌、過(guò)濾、脫泡，制得紡絲液；（3）將以上過(guò)濾脫泡后的紡絲液通過(guò)濕法紡絲機(jī)以適當(dāng)?shù)膰娊z速度噴絲進(jìn)入凝固浴中凝固，纖維經(jīng)過(guò)晾干，得到最終的卡拉膠纖維。本發(fā)明通過(guò)向紡絲液中添加金屬離子制備卡拉膠纖維，改變傳統(tǒng)濕法紡絲以金屬離子鹽溶液作凝固浴的工藝流程，大大減少了金屬離子的用量，同時(shí)由于金屬離子在紡絲液中預(yù)先對(duì)大分子進(jìn)行定向固定作用，纖維呈現(xiàn)液晶相排列，提高了卡拉膠纖維的結(jié)晶度和纖維強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種卡拉膠纖維的制備方法，特別是涉及一種在紡絲液中添加金屬離子制備卡拉膠纖維的方法，屬于高分子材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

卡拉膠是從紅藻中提取的一種天然線形硫酸多糖，其化學(xué)結(jié)構(gòu)是由硫酸酯化或非硫酸酯化的半乳糖和3,6-脫水內(nèi)醚半乳糖通過(guò)α-1, 3-糖苷鍵和β-1, 4糖苷鍵交替連接而成的線形多糖化合物，其多數(shù)糖單位中含有一個(gè)或兩個(gè)硫酸酯基，多糖鏈中總硫酸酯基含量為15%～40%。由于卡拉膠分子內(nèi)氫鍵、分子間氫鍵以及空間位阻阻礙了糖苷鍵的自由旋轉(zhuǎn)，限制了其構(gòu)象轉(zhuǎn)變，在溶液中通常呈螺旋結(jié)構(gòu)，同時(shí)由于分子鏈上含有帶電荷的硫酸酯基，金屬離子可以影響螺旋結(jié)構(gòu)的形成。卡拉膠分子呈半剛性，可以在適當(dāng)條件下形成液晶。

卡拉膠溶液在室溫下通常呈不能流動(dòng)的凝膠狀態(tài)，因此傳統(tǒng)上卡拉膠的應(yīng)用主要是以穩(wěn)定劑、增稠劑及凝膠劑等形式廣泛應(yīng)用于食品、化妝品及醫(yī)藥等領(lǐng)域。

近年來(lái)隨著海藻纖維的迅速崛起，與海藻酸鈉結(jié)構(gòu)類似的卡拉膠線性分子也被挖掘出其在成纖方面的特性與應(yīng)用基礎(chǔ)研究。但由于卡拉膠溶液的常溫凝膠結(jié)構(gòu)特征，需將其轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃?dòng)的溶液態(tài)，才能進(jìn)行溶液紡絲。夏延致等（CN 102304772A）利用堿溶液作溶劑，可以常溫溶解卡拉膠，常溫紡絲，為卡拉膠的工業(yè)化生產(chǎn)開(kāi)辟了一條可行道路。

通常卡拉膠纖維的制備方法是將卡拉膠配制成卡拉膠溶液，再經(jīng)含有金屬離子的凝固浴濕法紡絲來(lái)制備。薛志欣等（CN201711386375.6）公開(kāi)了一種由紅藻提取液直接制備卡拉膠纖維的方法，在卡拉膠纖維制備過(guò)程中不經(jīng)粉末狀態(tài)而直接將提取液轉(zhuǎn)換成紡絲液，大大縮短了工藝流程，可以在低能耗、低水耗狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)由海藻到卡拉膠紡絲液再到卡拉膠纖維的一體化流程。

但以上方法所制備的卡拉膠纖維強(qiáng)度不高，通常在1.2-1.6cN/dtex之間，用在服裝領(lǐng)域強(qiáng)度還需進(jìn)一步提升，而且凝固浴中含有的金屬離子對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)后續(xù)廢液處理帶來(lái)很大麻煩。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)在紡絲液中添加金屬離子誘導(dǎo)產(chǎn)生溶液型液晶卡拉膠，從而制備結(jié)晶度高、纖維強(qiáng)度高的卡拉膠纖維的方法，該方法后續(xù)減少了廢液的處理與排放，降低了生產(chǎn)成本，更加節(jié)能環(huán)保。

本發(fā)明通過(guò)在紡絲液中添加極少量金屬離子，使卡拉膠分子上的硫酸基與金屬離子結(jié)合，通過(guò)金屬鍵合相互作用，起到對(duì)卡拉膠分子固定導(dǎo)向作用，使卡拉膠分子鏈排列規(guī)整，誘導(dǎo)產(chǎn)生溶液型液晶卡拉膠，而后在拉伸過(guò)程中，卡拉膠大分子鏈得到進(jìn)一步的拉伸取向，提高了卡拉膠纖維的結(jié)晶度，從而大大提高纖維的強(qiáng)度；后續(xù)分別以50%乙醇和95%乙醇代替原含大量二價(jià)金屬離子鹽溶液的凝固浴和拉伸浴，乙醇可循環(huán)利用，大大簡(jiǎn)化了工業(yè)生產(chǎn)廢液處理過(guò)程，減少了排放量，降低了生產(chǎn)成本。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種金屬離子誘導(dǎo)液晶卡拉膠纖維的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）卡拉膠溶液的制備：將卡拉膠加入到濃度極低的含多價(jià)金屬離子的鹽溶液中，使金屬離子與卡拉膠硫酸基摩爾比在1:200-1:10之間，攪拌，溶解，得到含微量金屬離子的卡拉膠溶液；