专利名称：一种含魔芋葡甘聚糖的长丝纤维材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种含魔芋葡甘聚糖的长丝纤维材料及制备方法，属于绿色环保型高分子纤维材料技术领域。
背景技术：
进入21世纪以来，石油、煤炭等石化资源日益减少，与之并存的是一些高分子材料的废弃物及有机溶剂的挥发日益威胁人类赖以生存的环境。随着工业发展而诞生的化学合成塑料制品，因其价格便宜，性质稳定而广泛应用于食品包装及保鲜等领域中，但缺点是使用后遗弃在环境中降解困难，造成“白色污染”。为了缓解“白色污染”给人类生存、健康与发展带来的不利影响，研究开发绿色环保的高分子纤维材料逐渐受到重视，因此寻求一种既具有化纤的优良性能又能被微生物完全降解的绿色环保高分子纤维材料是解决当前白色污染最可行的方法。淀粉由于其价格低廉，且在各种环境中都具备完全生物降解能力， 故以淀粉为原料的高分子降解材料被广泛研究，不过淀粉的成形性能和力学性能并不好， 纯的淀粉纤维很脆，不宜单独使用。魔芋精粉，是一种具有良好成型性并易被微生物降解的材料，具有较好的力学性能，缺点是原料成本较高。比如专利ZL200510018698. 0中仅公开了制备单一组分的魔芋精粉(主要成分为魔芋葡甘聚糖)的短纤维(2(T40mm)，该类纤维由于长度过短使其用途受到限制。另外，若作为消毒纸巾、香料缓释除臭、药物缓释、伤口绷带等常规用途的时候，单一组分的魔芋葡甘聚糖纤维存在原材料成本较高的问题。由此可见， 淀粉成本低性能差，魔芋精粉成本高性能好，若将两种原材料结合，不仅能够制得长度较长的纤维材料，而且得到的纤维材料力学性能较好，成本低廉，用途广泛，实现优势互补。发明内容
本发明的目的是提供一种对环境无害、废弃后可完全降解、原料丰富、成本低廉、 生产工艺简单、力学性能好的含魔芋葡甘聚糖的长丝纤维材料，纤维长度可达1千米以上。
本发明的技术方案是含魔芋甘聚糖的纤维长丝是以淀粉和魔芋粉为主要成分、 纤维单丝长度为0. 1 10000米的连续长丝纤维，其组成物及质量百分比为淀粉0. 1 75%，魔芋精粉5 80%，乳酸1 10%，由乙醇、甘油和氨水配制而成的凝固剂0. 1 5%，其余为水。
本发明含魔芋甘聚糖的纤维长丝的制备方法，采用微波预处理一湿法纺丝工艺， 具体制备步骤包括(1)配制乳酸稀溶液取纤维长丝质量百分比1 10%的乳酸量，用水稀释乳酸；(2)配制混合粉料取纤维长丝质量百分比0.1 75%的淀粉量和纤维长丝质量百分比5 80%的魔芋精粉，将两者混合均勻；(3)配制纺丝液将步骤(1)配制的乳酸稀溶液和步骤(2)配制的混合粉料再混合并搅拌均勻，经微波加热处理至沸腾后5分钟以上，再搅拌均勻并自然冷却至常温，然后经200 目筛过滤后，置于400 500毫米汞柱的负压下脱泡0. 5 1小时；(4)湿法纺丝将步骤(3)制得的纺丝液经过预热，通过现有技术湿法纺丝设备中的凝固浴处理，经卷绕后在60 90°C温度下烘干至含水质量百分比为1% 25%即得到长丝纤维材料。
上述的“微波预处理一湿法纺丝”工艺，还应具备以下条件所述步骤(1)中的乳酸浓度为90wt%，按照水与乳酸的质量比10 50 1稀释乳酸。
所述步骤(4)中湿法纺丝时，湿法纺丝前纺丝液的预热温度为30 50°C。
所述凝固浴所用凝固剂为由浓度为75 99. 7wt%无水乙醇，浓度为80 99wt% 甘油和浓度为5 25wt%氨水按体积比15:5:2混合配制而成。
所述淀粉为天然淀粉、可溶性淀粉中的一种或两种，其中天然淀粉是为未经任何改性处理的纯天然淀粉，提取自马铃薯、木薯、豌豆、玉米、或红薯中的一种。
所述魔芋精粉是含魔芋葡甘聚糖70 100wt%的魔芋精粉，优选含魔芋葡甘聚糖 90 100wt%的魔芋精粉。魔芋精粉为天然魔芋精粉，包括特级、一级、二级、三级普通魔芋精粉和纯化魔芋胶粉，提取自白魔芋、花魔芋、田阳魔芋、西盟魔芋、攸乐魔芋、或勐海魔芋中的一种或任意几种。
本方法制得的长丝纤维材料水的质量百分比为1% 25%，具体数值与制备时的干燥工艺和使用时的空气湿度有关。
本发明涉及的一种含魔芋葡甘聚糖的长丝纤维材料及制备方法所依据的原理是 淀粉为葡萄糖的高聚体，而魔芋精粉(主要含魔芋葡甘聚糖)为葡萄糖和甘露糖的高聚体， 它们两者都含有大量的葡萄糖基团，故存在很好地复合的化学结构。另外，由于淀粉价格低廉，但不易成型且脆性大，而魔芋精粉易成型且力学性能好，但价格昂贵，它们两者复合能很好地实现经济价值与实用价值的平衡。最后，淀粉和魔芋精粉都是可完全降解的食品级天然高分子，其共混复合材料无毒、环保。
本发明具有以下积极效果1、所用技术方案能够很好地解决含魔芋葡甘聚糖的纤维材料所存在成型方面的问题， 可以稳定制备出1千米以上的长丝；2、用淀粉与魔芋葡甘聚糖共混后纺丝也能够解决单纯用魔芋精粉所带来的高昂的原料成本问题；3、利用乳酸(抑菌剂)增强纤维的抑菌能力，使纤维不易长霉菌；4、利用微波协同乳酸(改性剂)作用切断魔芋精粉和淀粉中的长链结构，大大降低了胶液的粘度，提高了胶液浓度范围，从而降低了纤维的加工成本；5、原料都是来源丰富的食品级的天然高分子材料，如魔芋精粉、淀粉等，对人体无害， 可在自然条件下完全降解，对环境无害，原材料成本低；6、制备工艺过程绿色无毒，纤维材料对皮肤无刺激(纤维中残留的少量乳酸和极微量的氨水、乙醇是卫生用品中常见的消毒抑菌成分，乳酸铵和甘油均为化妆品中常用的保水滋养成分，对人体无害)，该纤维可以广泛应用于食品包装、气体过滤、生化透析、一次性服饰、吸汗织物、美容面膜、香料缓释/除臭、消毒纸巾、婴儿尿布、妇女卫生巾、伤口绷带、外科敷料、药物缓释、组织工程支架等用途。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步阐述，但本发明的保护范围不限于所述内容。
实施例1 本发明含魔芋甘聚糖的纤维长丝的制备方法是(1)配制乳酸稀溶液取纤维长丝质量百分比5%的乳酸量，用水稀释乳酸，水与乳酸的质量比30 1 ；(2)配制混合粉料取纤维长丝质量百分比50%的淀粉量和纤维长丝质量百分比20%的魔芋精粉(魔芋精粉是含魔芋葡甘聚糖90wt%的魔芋精粉)，将两者混合均勻；(3)配制纺丝液将步骤(1)配制的乳酸稀溶液和步骤(2)配制的混合粉料再混合并搅拌均勻，经微波加热处理至沸腾5分钟，再搅拌均勻并自然冷却至常温，然后经200目筛过滤后，置于400毫米汞柱的负压下脱泡0. 8小时；(4)湿法纺丝，将步骤(3)制得的纺丝液经过预热，通过现有技术湿法纺丝设备中的凝固浴处理，(凝固剂由浓度为75wt%的无水乙醇，浓度为85wt%的甘油和浓度为20wt%的氨水按体积比15:5:2混合配制)，经卷绕后在60°C温度下烘干即得到长丝纤维材料。
制得的纤维长丝是连续的长丝纤维，纤维单丝长度为8000 10000米，其成分及质量百分比为淀粉50%，魔芋精粉20%，乳酸5%，凝固剂2%，水22%。
实施例2:本含魔芋甘聚糖的纤维长丝的制备方法是(1)配制乳酸稀溶液取纤维长丝质量百分比1%的乳酸量，用水稀释乳酸，水与乳酸的质量比10 1 ；(2)配制混合粉料取纤维长丝质量百分比0.1%的淀粉量和纤维长丝质量百分比80% 的魔芋精粉(魔芋精粉是含魔芋葡甘聚糖70wt%的魔芋精粉)，将两者混合均勻；(3)配制纺丝液将步骤(1)配制的乳酸稀溶液和步骤(2)配制的混合粉料再混合并搅拌均勻，经微波加热处理至沸腾20分钟，再搅拌均勻并自然冷却至常温，然后经200目筛过滤后，置于420毫米汞柱的负压下脱泡0. 5小时；(4)湿法纺丝，将步骤(3)制得的纺丝液经过预热，通过现有技术湿法纺丝设备中的凝固浴处理，(凝固剂由浓度为80wt%的无水乙醇，浓度为80wt%的甘油和浓度为5wt%的氨水按体积比15:5:2混合配制)，经卷绕后在65°C温度下烘干即得到长丝纤维材料。
制得的纤维长丝是连续的长丝纤维，纤维单丝长度为0. 1 2000米，其成分及质量百分比为淀粉0. 1%，魔芋精粉80%，乳酸1%，凝固剂0. 1%，水18. 8%。
实施例3:本含魔芋甘聚糖的纤维长丝的制备方法是(1)配制乳酸稀溶液取纤维长丝质量百分比10%的乳酸量，用水稀释乳酸，水与乳酸的质量比50:1 ；(2)配制混合粉料取纤维长丝质量百分比75%的淀粉量和纤维长丝质量百分比5%的魔芋精粉(魔芋精粉是含魔芋葡甘聚糖100wt%的魔芋精粉)，将两者混合均勻；(3)配制纺丝液将步骤(1)配制的乳酸稀溶液和步骤(2)配制的混合粉料再混合并搅拌均勻，经微波加热处理至沸腾10分钟，再搅拌均勻并自然冷却至常温，然后经200目筛过滤后，置于500毫米汞柱的负压下脱泡1小时；(4)湿法纺丝，将步骤(3)制得的纺丝液经过预热，通过现有技术湿法纺丝设备中的凝固浴处理，(凝固剂由浓度为99. 7wt%的无水乙醇，浓度为90wt%的甘油和浓度为25wt%的氨水按体积比15:5:2混合配制)，经卷绕后在90°C温度下烘干即得到长丝纤维材料。
制得的纤维长丝是连续的长丝纤维，纤维单丝长度为1000 7000米，其成分及质量百分比为淀粉75%，魔芋精粉5%，乳酸10%，凝固剂5%，水5%。
权利要求
1.一种含魔芋葡甘聚糖的纤维长丝，其特征在于是以淀粉和魔芋粉为主要成分的连续长丝纤维，纤维单丝的长度为0. 1 10000米。
2.根据权利要求书1所述的含魔芋葡甘聚糖的纤维长丝，其特征在于纤维长丝的组分及质量百分比为淀粉0. 1 75%，魔芋精粉5 8096，乳酸1 10%，凝固剂0. 1 5%， 其余为水。
3.根据权利要求2所述的一种含魔芋葡甘聚糖的纤维长丝，其特征在于所述的凝固剂由浓度为75 99. 7wt%的无水乙醇、浓度为80 99wt%的甘油和浓度为5 25wt%的氨水按体积比15 5 2混合配制。
4.根据权利要求2所述的一种含魔芋葡甘聚糖的纤维长丝，其特征在于魔芋精粉是含魔芋葡甘聚糖70 100wt%的未经任何改性处理的天然魔芋精粉。
5.根据权利要求2或4所述的一种含魔芋葡甘聚糖的纤维长丝，其特征在于魔芋精粉优选含魔芋葡甘聚糖90 100wt%的未经任何改性处理的天然魔芋精粉。
6.一种含魔芋葡甘聚糖的纤维长丝的制备方法，其特征在于具体步骤包括(1)配制乳酸稀溶液取纤维长丝质量百分比1 10%的乳酸量，用水稀释乳酸；(2)配制混合粉料取纤维长丝质量百分比0.1 75%的淀粉量和纤维长丝质量百分比5 80%的魔芋精粉，将两者混合均勻；(3)配制纺丝液将步骤(1)配制的乳酸稀溶液和步骤(2)配制的混合粉料再混合并搅拌均勻，经微波加热处理至沸腾5分钟以上，再搅拌均勻并自然冷却至常温，然后经200目筛过滤后，置于400 500毫米汞柱的负压下脱泡0. 5 1小时；(4)湿法纺丝，将步骤(3)制得的纺丝液经过预热，通过现有技术湿法纺丝设备中的凝固浴处理，经卷绕后在60 90°C温度下烘干至含水质量百分比为1% 25%即得到纤维长丝材料。
7.根据权利要求书6所述的含魔芋葡甘聚糖的纤维长丝的制备方法，其特征在于纤维长丝中凝固剂质量百分比为0. 1 5%。
8.根据权利要求6或7所述的一种含魔芋葡甘聚糖的纤维长丝的制备方法，其特征在于所述凝固浴中的凝固剂由浓度为75 99. 7wt %的无水乙醇，浓度为80 99 wt%的甘油和浓度为5 25wt%的氨水按体积比15:5:2混合配制。
9.根据权利要求6所述的一种含魔芋葡甘聚糖的纤维长丝的制备方法，其特征在于 魔芋精粉是含魔芋葡甘聚糖70 100wt%的未经任何改性处理的天然魔芋精粉。
10.根据权利要求6或9所述的一种含魔芋葡甘聚糖的纤维长丝的制备方法，其特征在于魔芋精粉优选含魔芋葡甘聚糖90 100wt%的未经任何改性处理的天然魔芋精粉。
11.根据权利要求书6所述的含魔芋葡甘聚糖的纤维长丝的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中的乳酸浓度为90wt%，按照水与乳酸的质量比10 50 1稀释乳酸。
12.根据权利要求书6所述的含魔芋葡甘聚糖的纤维长丝的制备方法，其特征在于所述步骤(4)中湿法纺丝时，湿法纺丝前纺丝液的预热温度为30 50°C。
全文摘要
本发明公开了一种含魔芋葡甘聚糖的长丝纤维材料及制备方法，属于绿色环保型高分子纤维材料技术领域。其组分及质量百分比为淀粉0.1～75%，魔芋精粉5～80%，水1%～25%，乳酸1～10%，由乙醇、甘油和氨水配制而成的凝固剂0.1～5%。主要原料来源为丰富的食品级天然高分子材料，如天然淀粉、魔芋精粉等，这种纤维材料对人体无害，并可以在自然条件下完全降解。通过微波预处理—湿法纺丝工艺中工艺参数的调节，可以实现纤维材料降解速率的调控，对环境无害。该纤维可以广泛应用于食品包装、气体过滤、生化透析、一次性服饰、吸汗织物、美容面膜、香料缓释或除臭、消毒纸巾、婴儿尿布、妇女卫生巾、伤口绷带、外科敷料、药物缓释、组织工程支架等用途。
文档编号D01D5/06GK102505183SQ201110337150
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者李维艳, 陈庆华, 黄明华, 黄林 申请人:昆明理工大学