一种木质乙酸纤维纳米原丝的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化工材料制备技术领域，涉及一种木质乙酸纤维纳米原丝的制备方法。
【背景技术】
[0002]静电纺丝技术是指聚合物熔体或者溶液在高压静电场作用下喷射、拉伸、劈裂、固化或者溶剂挥发，最终形成纤维状物质的过程，是一种聚合物为纳米纤维制备的常用方法。具有技术简单、易于操控，纺丝效率高等特点。研究通过静电纺丝法制备微米乃至于纳米级木质液化物纳米原丝，通过分析电场电压、纺丝液粘度、接收距离、导电率等参数，实现减小木质液化物纳米原丝直径，提高纺丝效率，弥补现有熔融纺丝技术制备木质液化物纳米原丝的不足，以实现提高木质液化物纳米原丝质量的目的。
[0003]现在，国内大气污染严重，利用静电纺丝技术制备的木质液化物原丝可以制作成纳米纤维膜，吸附大气中的PM2.5，用于口罩的生产。国内曾有利用木质液化物制备碳纤维原丝的相关专利(公开号CN 101074498A)，该专利采用木粉为原材料制成木质液化物纺丝液，利用熔融纺丝法制备木质液化物原丝。本专利技术采用乙酸纤维素为原材料，利用静电纺丝法制备木质液化物纳米原丝。具有无环境污染，纺丝效率高，纳米原丝直径小、质量高等特点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是以乙酸纤维素液化物为原料，提供一种新型环保的木质液化物纳米原丝合成技术，以改善熔融纺丝法制备木质液化物纳米原丝的缺陷，开发木质生物质资源纤维化利用的新技术；同时还提供木质液化物纳米原丝制成纳米纤维膜的用途，用于口罩的生产，更好的保护人们的生命安全。
[0005]本发明具体通过以下技术方案实现:
[0006]一种木质乙酸纤维纳米原丝的制备方法，具体包括以下步骤:
[0007]I)取乙酸纤维素与苯酚按照重量比1: 1.5?6混合，加入苯酚重量3?10%的催化剂，在150°C?180°C条件下反应90min?120min，得到木质液化物；
[0008]2)添加溶剂至木质液化物中充分溶解得纺丝液，溶剂占液化物重量的40%?50% ；
[0009]3)将纺丝液通过电压为20?30kv，接收距离为20?30cm的静电纺丝装置制备得到乙酸纤维纳米原丝。
[0010]优选的，步骤(I)中所述的乙酸纤维素与苯酚按照重量比1:1.5，反应条件为160°C 反应 90min。
[0011]优选的，步骤(2)中溶剂占液化物重量的40%。
[0012]优选的，步骤(3)中所述的接收距离为25cm。
[0013]所述的乙酸纤维素的用量为40?80g，优选为60g。
[0014]所述的纺丝液粘度为90?120mpa.s导电率为10?15us/cm。
[0015]所述的催化剂为硫酸、盐酸或磷酸中一种。
[0016]所述的溶剂为丙酮、乙醇或乙醇与二甲基甲酰胺的混合物，其中优选为丙酮。
[0017]本发明的木材液化物纳米原丝合成方法，通过将难溶的固态木质生物质材料，在苯酚中，在酸催化条件下液化为具有反应活性的溶液化木质材料，加入溶剂在一定条件下反应生成可拉丝的纺丝液，利用纺丝液通过静电纺丝法制备木质液化物纳米原丝。具有操作简单、纺丝效率高、无污染、原料利用率高等优点，并改善了现有纺丝技术纺丝效率低、纺丝质量差的问题。同时，纺丝液还可根据实际需要纺制出不同直径的木质液化物纳米原丝，原丝具有很好的弹性，加工性能好。
[0018]本发明的乙酸纤维素液化物制备的纺丝液，利用其制备出木质液化物纳米纤维平均直径300?800nm，拉伸强度68?138Mpa，拉伸模量9.8?26Gpa，断裂伸长率3.52?
6.12%，其力学性能优于普通的酚醛纤维，并具有非常好的韧性。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
[0020]实施例1
[0021]—种木质乙酸纤维纳米原丝通过以下方法制备:
[0022]将80g的乙酸纤维素与其1.5倍的苯酚混和，同时加入硫酸催化剂(硫酸加入量为苯酚重量的5% )到三口烧瓶中，置于预热值160 °C的油浴中，安装好冷凝装置，在转速120rpm的搅拌器中进行纤维素液化，液化时间90min，得到木质液化物。
[0023]加入木材液化物重量比为45 %的乙醇，得到具有拉丝性能的木材液化物纺丝液，该纺丝液粘度为IlOmpa.s导电率为15us/cm。
[0024]将纺丝液通过电压为25kv，接收距离为25cm的静电纺丝装置制备得到木质乙酸纤维纳米原丝。
[0025]经试验测定，纺制的纤维平均直径为400nm，拉伸强度为76?94Mpa,拉伸模量16?22GPa,断裂伸长率3.88?4.82%。
[0026]实施例2
[0027]—种木质乙酸纤维纳米原丝通过以下方法制备:
[0028]将60g乙酸纤维素与其2倍的苯酚和催化剂硫酸(硫酸加入量为苯酚重量的5 % )加入到三口烧瓶中，置于预热值160°C的油浴中，安装好冷凝装置，在120rpm搅拌器中进行木质液化，液化时间90min，得到液化物。
[0029]加入木材液化物重量比为45%的乙醇，可得到具有拉丝性能的纤维素液化物纺丝液，该纺丝液粘度为10mpa.s导电率为12us/cm。
[0030]将纺丝液通过电压为25kv，接收距离为25cm的静电纺丝装置制备得到木质乙酸纤维纳米原丝。
[0031]经试验测定，纺制的纤维平均直径为450nm，拉伸强度为70?82Mpa，拉伸模量15?20GPa,断裂伸长率4.12?5.62 %。
[0032]实施例3
[0033]—种木质乙酸纤维纳米原丝通过以下方法制备:
[0034]将40g乙酸纤维素与其2倍的苯酚和催化剂硫酸(硫酸加入量为苯酚重量的3 % )加入到三口烧瓶中，置于温度为160°C的油浴中，安装好冷凝装置，在120rpm转速的搅拌器中进行木质液化，液化时间90min,得到液化物。
[0035]加入木质液化物重量比为45%的乙醇，得到具有拉丝性能的纤维素液化物纺丝液，该纺丝液粘度为90mpa.s导电率为lOus/cm。
[0036]将纺丝液通过电压为25kv，接收距离为25cm的静电纺丝装置制备得到木质乙酸纤维纳米原丝。
[0037]经试验测定，纺制的纤维平均直径为500nm，拉伸强度为68?79Mpa,拉伸模量
9.8?14.2GPa,断裂伸长率5.29?6.12%。
[0038]实施例4
[0039]—种木质乙酸纤维纳米原丝通过以下方法制备:
[0040]将50g乙酸纤维素与其4倍的苯酚和催化剂硫酸(硫酸加入量为苯酚重量的10% )加入到三口烧瓶中，置于温度为150°c的油浴中，安装好冷凝装置，在120rpm转速搅拌器中进行木质液化，液化时间90min，得到液化物。
[0041 ] 加入木材液化物重量比为50 %的乙醇，得到具有拉丝性能的乙酸纤维素液化物纺丝液，该纺丝液粘度为10mpa.s导电率为12us/cm。
[0042]将纺丝液通过电压为25kv，接收距离为25cm的静电纺丝装置制备得到木质乙酸纤维纳米原丝。
[0043]经试验测定，纺制的纤维平均直径为300nm，拉伸强度为101?138Mpa，拉伸模量19?26GPa,断裂伸长率3.52?4.79%。
[0044]实施例5
[0045]—种木质乙酸纤维纳米原丝通过以下方法制备:
[0046]将70g乙酸纤维素与其6倍的苯酚和催化剂硫酸(硫酸加入量为苯酚重量的10% )加入到三口烧瓶中，置于温度为160°C的油浴中，安装好冷凝装置，在转速120rpm搅拌器中进行木质液化，液化时间90min,得到液化物。
[0047]加入木材液化物重量比为45%的乙醇，得到具有拉丝性能的纤维素液化物纺丝液，该纺丝液粘度为IlOmpa.s，导电率为14us/cm。
[0048]将纺丝液通过电压为25kv，接收距离为25cm的静电纺丝装置制备得到木质乙酸纤维纳米原丝。
[0049]经试验测定，纺制的纤维平均直径为350nm，拉伸强度为82?llOMpa，拉伸模量18?24GPa,断裂伸长率4.15?5.02 %。
[0050]实施例6
[0051]—种木质乙酸纤维纳米原丝通过以下方法制备:
[0052]将SOg乙酸纤维素与其4倍的苯酚和催化剂硫酸(硫酸加入量为苯酚重量的10% )加入到三口烧瓶中，置于温度为160°C的油浴中，安装好冷凝装置，在转速120rpm搅拌器中进行木质液化，液化时间90min,得到液化物。
[0053]加入木质液化物重量比为45%的乙醇，得到具有拉丝性能的木材多元醇液化物纺丝液，该纺丝粘度为120mpa.s导电率为12us/cm。
[0054]将纺丝液通过电压为25kv，接收距离为25cm的静电纺丝装置制备得到木质乙酸纤维纳米原丝。
[0055]经试验测定，纺制的纤维平均直径为450nm，拉伸强度为77?91Mpa,拉伸模量12.6 ?16.8GPa,断裂伸长率 4.78 ?5.62 %。
【主权项】
1.一种木质乙酸纤维纳米原丝的制备方法，其特征在于:包括以下方法: 1)取乙酸纤维素与苯酚按照重量比1:1.5?6混合，加入苯酚重量3?10%的催化剂，在150°C?180°C条件下反应90min?120min，得到木质液化物；2)添加溶剂至木质液化物中充分溶解得纺丝液，溶剂占液化物重量的40%?50%; 3)将纺丝液通过电压为20?30kv，接收距离为20?30cm的静电纺丝装置制备得到乙酸纤维纳米原丝。2.根据权利要求1所述的一种木质乙酸纤维纳米原丝的制备方法，其特征在于: 1)取乙酸纤维素与苯酚按照重量比1:1.5混合，加入苯酚重量3?10%的催化剂，在160°C条件下反应90min，得到木质液化物； 2)添加溶剂至木质液化物中充分溶解得纺丝液，溶剂占液化物重量的40%； 3)将纺丝液通过电压为20?30kv，接收距离为25cm的静电纺丝装置制备得到乙酸纤维纳米原丝。3.根据权利要求1或2所述的一种木质乙酸纤维纳米原丝的制备方法，其特征在于:所述的乙酸纤维素的用量为40?80g。4.根据权利要求3所述的一种木质乙酸纤维纳米原丝的制备方法，其特征在于:所述的乙酸纤维素的用量为60g。5.根据权利要求1或2所述的一种木质乙酸纤维纳米原丝的制备方法，其特征在于:所述的纺丝液粘度为90?120mpa.s导电率为10?15us/cm。6.根据权利要求1或2所述的一种木质乙酸纤维纳米原丝的制备方法，其特征在于:所述的催化剂为硫酸、盐酸或磷酸中一种。7.根据权利要求1或2所述的一种木质乙酸纤维纳米原丝的制备方法，其特征在于:所述的溶剂为丙酮、乙醇或乙醇与二甲基甲酰胺的混合物。8.根据权利要求7所述的一种木质乙酸纤维纳米原丝的制备方法，其特征在于:所述的溶剂为丙酮。
【专利摘要】一种木质乙酸纤维纳米原丝的制备方法，将乙酸纤维素与苯酚按照重量比1:1.5～6混合，在催化剂的作用下制得木质液化物，添加溶剂充分溶解得纺丝液，将纺丝液通过电压为20～30kv，接收距离为20～30cm的静电纺丝装置制备得到乙酸纤维纳米原丝。本发明方法制得乙酸纤维纳米原丝具有原材料利用率高，原丝直径小、品质好的特点，同时该方法纺丝效率高、纺丝温度低、无毒无害、环保、纺丝简便易于控制，适合大规模生产，具有推广使用价值。
【IPC分类】D01D1/02, D01F2/28, D01D5/00
【公开号】CN105002583
【申请号】CN201510351265
【发明人】张文博
【申请人】北京林业大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年6月23日