专利名称：一种用多组分凝固浴液生产高强度壳聚糖纤维的制备方法
技术领域：
本发明属于生物纤维材料的制备技术领域，具体涉及一种壳聚糖纤维的制备方法，特别是一种关于用多组分凝固浴液生产纺织用高强度壳聚糖纤维的制备方法
背景技术：
壳聚糖纤维是以壳聚糖粉末或絮状片剂为主要原料，采用适当的溶剂，制备合适的纺丝液，经过喷丝、凝固、拉伸、洗涤、干燥等工序制得。因纤维本身具有良好的生理保健和抗菌消毒功能，近年来开始应用在高端功能性纺织品研制方面，国内有些大学、科研院所以及相关企业陆续作了不少研发及中试，取得了许多成果，其制备技术是当今新材料技术领域的研究热点和前沿。中国专利CN94116666. X、CN95119358. 9、CN96103888. 8、CN01131634. 9.CN200810015053. 5等都是关于壳聚糖纤维及其制备方法的专利。在这些发明中，都涉及到壳聚糖溶液制备、喷丝、凝固浴、拉伸、水洗等工序，但是都没有明确提出制备高强度、适合纺织用的壳聚糖纤维需要多组分凝固浴液，也没有提及凝固浴液各组分在纤维凝固过程的作用以及对纤维强度的影响。然而这是产业化生产中必须解决的问题，在浴液制备时加入一定比例的缓释剂、盐析剂、增塑剂等功能性组分可以有效控制纺丝液在凝固浴槽中溶胀、扩散、中和、盐析、塑化的反应过程以及成纤分子取向，制得高强度、适合纺织用的壳聚糖纤维。凝固液的基础组分是5%左右的NaOH溶液，其与纺丝原液细流中的酸的中和作用致使纤维析出而凝固，普通凝固浴液只有NaOH，因而凝固较快，结构松散，强度差。缓释凝固浴液中加入具有稀释作用的药剂，譬如乙醇在凝固浴中不参与化学反应，仅起稀释作用，影响壳聚糖分子溶胀、扩散过程，延缓凝固时间，有利于形成较细密的纤维结构。盐析凝固浴中加入具有盐析功能的药剂，譬如Na2S04，一种强电解质，它能使原液细流中的大分子因脱溶剂化而凝固，凝固作用较缓慢。当Na2S04加入适量时，盐析作用增强，使凝固条件变得较为温和，固化时间延长，拉伸时，凝胶丝条虽已溶剂化，但尚未固化完全，具有较大的拉伸塑性，在拉伸过程中能获得较好分子取向，使纤维的力学性能提高。增塑凝固浴中加入具有增塑功能的药剂，譬如DBP，其分子插入到聚合物分子链之间，削弱了聚合物分子链间的应力，增加了聚合物分子链的移动性，降低了聚合物分子链的结晶度，改变了聚合物的化学结构和物理结构，从而使聚合物的塑性增加，即拉伸强度提闻。
发明内容
针对实际生产过程中存在的问题，本发明提出了一种壳聚糖纤维的制备方法，使用该方法能有效控制纺丝液在凝固浴槽中溶胀、扩散、中和、盐析、塑化的反应过程以及成纤分子取向，制得高强度、适合纺织用的壳聚糖纤维。。其实施步骤包括纺丝液配制、溶解、过滤、脱泡、计量泵计量、喷丝、凝固成丝、拉伸、水洗、醇洗、上油、干燥。具体实施如下
第一步，壳聚糖溶液的溶解，壳聚糖纤维的纺丝原料中，高纯度壳聚糖粉(或絮片料)占重量百分比3-30%、溶剂冰醋酸水溶液重量为2-4%，增溶剂、降粘剂、消泡剂适量，原料依次投入脱离子水中，启动搅拌机，搅拌速度40-200转/分钟，搅拌1-8小时。第二步，中压过滤，反应釜压力控制在IMPa以下，两级过滤，过滤器用不锈钢材质400-800 目。第三步，真空搅拌脱泡，真空罐真空度95%，搅拌速度40-200转/分钟，纺丝液高位入罐,脱泡时间2-8小时。第四步，计量喷丝，用计量泵控制喷丝速度及初始纤度，喷丝液浸入凝固浴槽。第五步，固化，纺丝液在凝固浴槽中固化并初步拉伸。第六步及以后步骤，采用成熟的湿法纺丝的拉伸、水洗、干燥等处理工艺，可制得 高强度壳聚糖纤维。本发明与现有技术相比具有以下优点I、壳聚糖分子间交链度高、纤维强度大，单纤干断裂强度高于2. 5cn。2、纤维均匀，一致性好，线密度偏差率小于6%。3、纤维塑性提高弹性好，断裂伸长率大于20%。实施方式实施例I取600KG去离子水加入反应釜，启动搅拌，投入20KG壳聚糖粉末，依次投入适量冰醋酸、尿素、醋酸锌、硅油，在20°C搅拌4小时，即得溶解均匀的壳聚糖纺丝液；利用过滤器加压过滤，压力控制在IMPa以下，过滤器用不锈钢材质600目。滤液自罐顶进入真空脱泡罐，真空罐真空度95%，搅拌脱泡时间4小时；脱泡后的浆液用计量泵送至喷丝头，喷丝头4000孔，凝固浴为氢氧化钠、硫酸钠与乙醇的水溶液，氢氧化钠的含量为4%，硫酸钠的含量为2%，乙醇的含量为4%，DBP含量约为万分之五，凝固浴温度为20°C，纤维的拉伸倍率
I.5，拉伸后，在常温下，依次进行去离子水洗、醇洗、上油、干燥，即制成壳聚糖纤维，纤维纤度I. 8dtex,强度> 2. 5CN/dtex,,可用于纺纱、无纺布等。实施例2取300KG去离子水加入反应釜，启动搅拌，依次投入30KG壳聚糖片剂，依次投入适量冰醋酸、尿素、醋酸锌、硅油，在20°C搅拌4小时，即得溶解均匀的壳聚糖纺丝液；利用过滤器加压过滤，压力控制在IMPa以下，过滤器用不锈钢材质800目。滤液自罐顶进入真空脱泡罐，真空罐真空度95%，搅拌脱泡时间6小时；脱泡后的浆液用计量泵送至喷丝头，喷丝头6000孔，凝固浴为氢氧化钠、硫酸钠与乙醇的水溶液，氢氧化钠的含量为4%，硫酸钠的含量为3%，乙醇的含量为4%，DBP含量约为万分之五，凝固浴温度为20°C，纤维的拉伸倍率I. 6，拉伸后，在常温下，依次进行去离子水洗、醇洗、上油、干燥，即制成壳聚糖纤维，纤维纤度2. 2dtex,强度> 2. 5CN/dtex,,可用于纺纱、无纺布等。
权利要求
1.一种壳聚糖纤维的制备方法，常温下加入高纯度壳聚糖粉(或絮片料)占重量百分比3-30%、溶剂冰醋酸水溶液重量为2-4%，增溶剂、降粘剂、消泡剂适量，原料依次投入脱离子水中，启动搅拌机，搅拌速度40-200转/分钟，搅拌1-4小时，用静压将溶液挤压过滤两次，送入真空罐搅拌脱泡2-4小时，得到浓度约为3-30%的均相透明的壳聚糖纺丝液，采用纺丝机纺丝，计量泵挤出的丝进入凝固浴槽，凝固浴液为氢氧化钠、硫酸钠与乙醇的水溶液，氢氧化钠的含量为4-8 %，硫酸钠的含量为2-6 %，乙醇的含量为4-8 %，DBP含量为万分之一到万分之八，通过拉伸、水洗、醇洗、上油、干燥得到高强度壳聚糖纤维。
2.根据权利要求I所述的壳聚糖纤维的制备方法，其特征是，所述的壳聚糖粉(或絮片料)的分子量大于80万，黏度在常压20°C时> 500mpa. s,脱乙酰度> 85%，纯度大于99%。
3.根据权利要求I所述的壳聚糖纤维的制备方法，其特征是，在溶解壳聚糖粉(或絮片料)时，加入一定比例的增溶剂、降粘剂、消泡剂。
4.根据权利要求I所述的壳聚糖纤维的制备方法，其特征是，过滤壳聚糖溶液时，用空压机加压到O. 3-0. 5Mpa，使溶液带压通过过滤器，过滤器400-800目。
5.根据权利要求I所述的壳聚糖纤维的制备方法，其特征是，过滤后的壳聚糖溶液进入负压储料罐真空脱泡，罐内压力< 76mmHG。
6.根据权利要求I所述的壳聚糖纤维的制备方法，其特征是，采用纺丝机纺丝，计量泵挤出的丝进入凝固浴槽，凝固浴液以氢氧化钠为基本中和剂，加入一定比例的硫酸钠、乙醇、DBP分别作为盐析剂、稀释剂、增塑剂，调控纺丝液在凝固浴槽中溶胀、扩散、中和、盐析、塑化的反应过程以及成纤分子取向。
7.根据权利要求I所述的壳聚糖纤维的制备方法，其特征是，通过拉伸、水洗、醇洗、上油、干燥得到高强度壳聚糖纤维。
全文摘要
本发明涉及一种壳聚糖纤维的制备方法，该方法通过在配制凝固浴液时添加稀释剂，增塑剂等溶剂克服了目前制备过程中纤维凝固较快、结构松散、强度差以及质量不稳定等缺点，采用2-4％的冰醋酸溶液作溶剂，制得浓度3-30％的均相透明的壳聚糖纺丝液；采用纺丝机纺丝，计量泵挤出的丝进入凝固浴槽，凝固浴液以氢氧化钠为基本中和剂，加入一定比例的硫酸钠、乙醇、DBP分别作为盐析剂、稀释剂、增塑剂，调控纺丝液在凝固浴槽中溶胀、扩散、中和、盐析、塑化的反应过程以及成纤分子取向，通过拉伸、水洗、醇洗、干燥得到高强度壳聚糖纤维。
文档编号D01D1/02GK102912475SQ20111022208
公开日2013年2月6日 申请日期2011年8月4日 优先权日2011年8月4日
发明者周新民 申请人:周新民