本发明涉及一种原液着色制备再生纤维的方法，具体涉及一种以姜黄素、纤维素、角蛋白、壳聚糖为原料，离子液体为溶剂制备抗菌功能性复合纤维的方法。
背景技术：
姜黄素是从姜科、天南星科植物的根茎中提取的一种植物多酚，是植物界很稀少的具有二酮的天然色素，为二酮类化合物。姜黄素为橙黄色结晶粉末，味稍苦，不溶于水和乙醚，溶于乙醇、丙二醇，为脂溶性色素。
医学研究表明姜黄素具有降血脂、抗肿瘤、抗菌、抗氧化等作用，且毒副作用小，使用安全，有良好的临床应用前景。同时，作为一种着色力强的天然色素，在工业生产中广泛用于食品的加工着色。基于姜黄素良好的抗菌性和天然着色剂的双重功能，可用于纺织纤维的功能性染整。专利cn106758365a“姜黄素对棉织物的染色方法”和专利cn106758361a“姜黄素对羊毛织物的染色方法”，采用苯酚和二甲基亚砜/四氯化碳混合有机溶剂溶解姜黄素，同时加入十二烷基苯磺酸钠等表面活性剂，分别对棉织物和羊毛织物进行染色，尽管解决了姜黄素水不溶性的问题，但是染色过程产生大量的有机废液，不符合当下清洁绿色发展的理念。专利cn105040137a“一种原液着色法制备载姜黄素聚丙烯腈纤维的方法”，用聚丙烯腈、姜黄素、透皮吸收促进剂及二甲基亚砜组成的纺丝液进行纺丝制成亮黄色抗菌纤维，通过在纺丝原液中直接加入姜黄素着色剂，不仅得到功能性的有色纤维，而且这种原液着色法可以解决传统染色工艺带来的高污染和高能耗问题，为纺织纤维的清洁绿色化染整提供了新的思路。除了聚丙烯腈等化学纤维原料，姜黄素也可以和纤维素等其他天然高分子复合制备功能性再生纤维。专利cn102330167a“一种姜黄素抗菌纤维及其制备方法”，以姜黄素、植物抗菌液及粘胶纤维溶液混合湿纺得到姜黄素抗菌纤维，但是姜黄素采用乙醇、甘油酯等有机溶剂进行分散溶解，而且采用黏胶纤维工艺，带来大量的试剂污染和环境危害。
离子液体具有稳定性高、可设计性强、可回收利用等优点，已应用于纤维素、角蛋白、壳聚糖等天然高分子的溶解及制备再生纤维的研究。同时有研究发现，姜黄素可以很好地溶解在离子液体中，为制备功能性再生纤维提供了新的路线。
基于以上研究，本发明提出，将姜黄素和天然高分子纤维素、角蛋白、壳聚糖溶解在离子液体中，进行湿法或干喷湿法纺丝，通过原液着色法制备姜黄抗菌再生纤维。
技术实现要素：
本发明针对传统纺织染整工艺生产过程中污染大、能耗高的问题，同时针对姜黄素在水中难溶解、难分散的问题，提出采用离子液体实现姜黄素的良好溶解，结合离子液体高效溶解纤维素、角蛋白和壳聚糖的优势，采用原液着色法对纤维素、角蛋白和壳聚糖纺丝液进行纺丝制备再生纤维。
本发明的内容如下：
将天然高分子和姜黄素加入到离子液体中溶胀，然后将溶胀好的原料加热溶解，在真空条件下脱泡得到纺丝液，采用湿法或干喷湿法纺丝制备姜黄抗菌再生纤维。
所述天然高分子为纤维素、角蛋白、壳聚糖中的至少一中；所述姜黄素为提取自姜科或天南星科植物根茎中的橙黄色结晶粉末，纯度高于95％；所加天然高分子的量为离子液体质量的1～20％，所加姜黄素的量为天然高分子总质量1％～80％。
所述纤维素为棉桨、木浆、玉米芯、秸秆、麻纤维、竹纤维、短棉绒中的天然纤维素和微晶纤维素中的至少一种；所述角蛋白来源于猪毛、兔毛、牦牛毛、山羊毛、棉羊毛以及无纺织利用价值的废弃羊毛中的至少一种；所述壳聚糖来源于甲壳纲动物的甲壳，脱乙酰化度大于80％。
所述离子液体选自1-r2-3-r1-咪唑氯盐，1-r2-3-r1-咪唑醋酸盐，1-r2-3-r1-咪唑磷酸二甲(或乙，丁)酯，1-r2-吡啶氯盐，1-r2-3-甲基吡啶氯盐，1-r2-1，5-二氮杂双环[4.3.0]-5壬烯磷酸二甲(或乙，丁)酯，1-r2-1，5-二氮杂双环[4.3.0]-5壬烯醋酸盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯，1-乙(或丁)基-3-甲基咪唑乙酰丙酸盐中的任意1种或至少2种的组合；其中r1＝cnh2n+1，n取值1～20；r2＝cmh2m+1,m取值1～20(n,m均取正整数)。
所述溶胀，是将天然高分子和姜黄素与离子液体加入高速分散机中进行混合，温度为20～30℃，时间为5～30min，转速为600～1500r/min。
所述溶解，是采用机械搅拌或双螺杆挤出机溶解，温度为50～150℃，时间为2min～24h。
所述真空条件下脱泡，真空度为89kpa～98kpa，时间为2min～24h。
所述双螺杆挤出机为螺杆直径为20mm的同向啮合型双螺杆挤出机；螺杆机喂料的方式是失重喂料，喂料量为30～80g/min；所述螺杆机长径比为40:1；所述螺杆机机筒共由8个区组成，1～4区为混炼、溶解区，5～7区为真空排气区，8区为压缩区，机筒各区温度分别设置为35℃、55℃、75℃、95℃、95℃、100℃、100℃、100℃；所述螺杆机真空排气区真空度为89～98kpa；所述螺杆机转速为40～200r/min，物料停留时间为3～10min。
所述湿法或干喷湿法纺丝时，以水为凝固浴，从而实现姜黄素的原液着色和离子液体的进一步回收。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点和有益效果：
1.本发明采用离子液体同时溶解天然高分子和姜黄素制备纺丝液，不仅解决了传统染整工艺的高污染问题，同时实现了姜黄素的良好溶解，原料采用天然高分子，生产过程简单，离子液体可回收，无三废产生。
2.本发明采用先溶胀后溶解的生产工艺，实现了纺丝液的高效制备；同时采用螺杆挤压机进行溶解、脱泡，大幅度缩减了溶解、脱泡时间，提高了生产效率。
3.本发明通过湿法或干喷湿法纺丝的方法，以水为凝固浴再生制备复合纤维，可以实现姜黄素对纤维的原液着色，有利于离子液体的进一步回收利用。
4.本发明制备的再生纤维为亮黄色，染色牢度高，为4～5级，可直接作为着色纤维进行后续编织应用。
5.本发明制备的再生纤维对白色念珠菌、大肠杆菌、金色葡萄球菌的抗菌率达到90％以上，具有良好的抗菌效果。
具体实施方式
实施例1
称取2g棉浆纤维素和0.2g姜黄素，加入到50g1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐离子液体中，然后加入到高速分散机中进行分散、溶胀，其中温度为20℃,时间为30min,转速为800r/min；将分散、溶胀好的物料于90℃油浴中机械搅拌3h，得到复合纺丝液；纺丝液于89kpa真空度下静置脱泡1h，采用湿法纺丝制备亮黄色的再生纤维，所得复合纤维色牢度为5级，大肠杆菌抑菌率为90.7％。
实施例2
称取20g木浆纤维素、20g绵羊毛角蛋白和6g姜黄素，加入到500g1,5-二氮杂双环[4.3.0]-5壬烯磷酸二乙酯盐离子液体中，然后加入到高速分散机中进行分散、溶胀，其中温度为25℃,时间为20min,转速为1200r/min；将分散、溶胀好的物料，加入到双螺杆挤出机料仓中溶解、脱泡，真空度为90kpa，螺杆机转速为150r/min，物料停留时间为3min，得到复合纺丝液。纺丝液采用干喷湿法纺丝制备亮黄色的再生纤维，所得复合纤维色牢度为5级，金黄色葡萄球菌抑菌率为92.3％。
实施例3
称取2g虾壳中提取的壳聚糖和0.8g的姜黄素，加入到50g1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体中，然后加入到高速分散机中进行分散、溶胀，其中温度为30℃,时间为10min,转速为1000r/min；将分散、溶胀好的物料于100℃油浴中机械搅拌2h，得到复合纺丝液；纺丝液于95kpa真空度下静置脱泡2h，采用干喷湿法纺丝制备亮黄色的再生纤维，所得复合纤维色牢度为5级，白色念珠菌抑菌率为96.1％。
实施例4
称取40g微晶纤维素、10g的蟹壳中提取的壳聚糖和16g的姜黄素，加入到500g1,5-二氮杂双环[4.3.0]-5壬烯醋酸盐离子液体中，然后加入到高速分散机中进行分散、溶胀，其中温度为25℃,时间为10min,转速为1400r/min；将分散、溶胀好的物料，加入到双螺杆挤出机料仓中溶解、脱泡，真空度为98kpa，螺杆机转速为120r/min，物料停留时间为5min，得到复合纺丝液。纺丝液采用湿法纺丝制备亮黄色的再生纤维，所得复合纤维色牢度为5级，大肠杆菌抑菌率为97.3％。
实施例5
称取30g玉米芯纤维素、20g的山羊毛角蛋白和20g的姜黄素，加入到500g1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体中，然后加入到高速分散机中进行分散、溶胀，其中温度为30℃,时间为10min,转速为1500r/min；将分散、溶胀好的物料，加入到双螺杆挤出机料仓中溶解、脱泡，真空度为95kpa，螺杆机转速为150r/min，物料停留时间为3min，得到复合纺丝液。纺丝液采用干喷湿法纺丝制备亮黄色的再生纤维，所得复合纤维色牢度为5级，白色念珠菌抑菌率为95.2％。
实施例6
称取2g虾壳中提取的壳聚糖、2g的兔毛角蛋白和0.6g的姜黄素，加入到50g1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体中，然后加入到高速分散机中进行分散、溶胀，其中温度为20℃,时间为30min,转速为1200r/min；将分散、溶胀好的物料于110℃油浴中机械搅拌1h，得到复合纺丝液；纺丝液于90kpa真空度下静置脱泡2h，采用干喷湿法纺丝制备亮黄色的再生纤维，所得复合纤维色牢度为5级，金黄色葡萄球菌抑菌率为98.9％。
实施例7
称取40g短棉绒纤维素、10g的绵羊毛角蛋白和16g的姜黄素，加入到500g1,5-二氮杂双环[4.3.0]-5壬烯醋酸盐离子液体中，然后加入到高速分散机中进行分散、溶胀，其中温度为20℃,时间为20min,转速为1500r/min；将分散、溶胀好的物料，加入到双螺杆挤出机料仓中溶解、脱泡，真空度为92kpa，螺杆机转速为120r/min，物料停留时间为5min，得到复合纺丝液。纺丝液采用湿法纺丝制备亮黄色的再生纤维，所得复合纤维色牢度为5级，大肠杆菌抑菌率为92.3％。
实施例8
称取2g秸秆中提取的纤维素、1g蟹壳中提取的壳聚糖、2g的山羊毛角蛋白和0.8g的姜黄素，加入到50g1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体中，然后加入到高速分散机中进行分散、溶胀，其中温度为25℃,时间为20min,转速为800r/min；将分散、溶胀好的物料于90℃油浴中机械搅拌2h，得到复合纺丝液；纺丝液于98kpa真空度下静置脱泡1h，采用干喷湿法纺丝制备亮黄色的再生纤维，所得复合纤维色牢度为5级，白色念珠菌抑菌率为99.4％。
实施例9
称取4.5g木浆纤维素、0.5g山羊毛角蛋白和0.8g姜黄素，加入到50g1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐离子液体中，然后加入到高速分散机中进行分散、溶胀，其中温度为30℃,时间为10min,转速为1500r/min；将分散、溶胀好的物料于120℃油浴中机械搅拌3h，得到复合纺丝液；纺丝液于98kpa真空度下静置脱泡1h，采用干喷湿法纺丝制备亮黄色的再生纤维，所得复合纤维色牢度为5级，白色念珠菌抑菌率为99.4％。
实施例10
称取40g棉纤维素、5g兔毛角蛋白、5g蟹壳中提取的壳聚糖和6g姜黄素，加入到500g1-乙基-3-甲基咪唑乙酰丙酸盐离子液体中，然后加入到高速分散机中进行分散、溶胀，其中温度为25℃,时间为10min,转速为1200r/min；将分散、溶胀好的物料，加入到双螺杆挤出机料仓中溶解、脱泡，真空度为95kpa，螺杆机转速为150r/min，物料停留时间为3min，得到复合纺丝液。纺丝液采用干喷湿法纺丝制备亮黄色的再生纤维，所得复合纤维色牢度为5级，金黄色葡萄球菌抑菌率为98.5％。