1.本发明属于壳聚糖纤维技术领域，具体涉及一种制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法。
背景技术：
2.现有壳聚糖纺丝技术中一般采用醋酸或者复合有机溶剂溶解壳聚糖，当采用醋酸体系溶解壳聚糖时，会造成壳聚糖降解能力下降，制备得到的壳聚糖纤维力学性能差，并且纺丝液必须满足现用现配的要求，为工业生产带来麻烦；以醋酸为溶剂时，真空环境下脱泡则会导致醋酸的大量挥发，溶剂损失不仅带来了环境污染和成本升高，还会导致纺丝液组成的不稳定。当采用复合有机溶剂体系溶解壳聚糖时，存在固定多组分配比、溶剂价格昂贵、回收困难等问题，造成生产成本高。
3.壳聚糖纤维现有制备技术均采用湿法纺丝，在凝固浴中，高分子向溶剂体系扩散明显，纤维排列有序下降，且容易出现纤维并丝现象，导致最终所得纤维产品力学性能下降，纤维并丝且纤维柔软度下降。
4.现有壳聚糖纺丝技术存在的上述问题，导致壳聚糖纤维性能下降，所以需要对现有纺丝技术进行改进，优化技术方法，以生产高性能壳聚糖纤维。
技术实现要素：
5.针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法，该方法采用醋酸/聚乙烯吡咯烷酮/水为溶剂，原位构建质子型离子液体，一步制备壳聚糖纺丝原液；所得复合纤维断裂强度明显提高。
6.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
7.一种制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法，包括以下步骤：
8.(1)将壳聚糖和质子型离子液体水溶液混合后，搅拌均匀，真空脱泡，得到纺丝原液，备用；
9.(2)纺丝原液从喷丝孔喷出后经过一段空气夹层，然后进入凝固浴中，将得到的纺丝原液进行纺丝，再进行拉伸、二浴、定形、洗涤、干燥处理，得到壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维。
10.所述制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法，所述质子型离子液体水溶液的浓度为0.5％
‑
4.0％。
11.所述制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法，将聚乙烯吡咯烷酮与醋酸水溶液进行混合，原位获得了ph值为中性的质子型离子液体；所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为8
×
104‑
2.5
×
105，聚乙烯吡咯烷酮与醋酸的摩尔比为5:1
‑
1:1。
12.所述制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法，所述真空脱泡的压强为10
‑
90kpa；脱泡温度为20
‑
40℃。
13.所述制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法，纺丝原液的浓度为2％
‑
6％，
空气层的长度为0.25
‑
5cm，拉伸倍数为0.8
‑
2.2，拉伸速率为2.0
‑
5.5m/min，喷丝口孔径为0.10
‑
1.0mm。
14.所述制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法，一浴的凝固浴为水，二浴的凝固浴为乙醇水溶液；凝固浴温度为15
‑
30℃。
15.有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：
16.(1)本发明使用低成本质子型离子液体水溶液作为溶剂，替代醋酸水溶液，溶解壳聚糖制备纺丝原液：该质子型离子液体具有合成简便、蒸汽压低、操作简单、绿色环保、价格低廉等特点；在不影响现有壳聚糖溶解和纺丝的工艺路线前提下，降低了醋酸对于壳聚糖结构以及设备的强烈酸化作用，避免了现有醋酸技术易导致壳聚糖明显降解以及设备腐蚀的难题。
17.(2)本发明采用干喷湿纺法对壳聚糖/氢键高聚物复合纺丝液进行纺丝，使纺丝过程中纤维有序排列，提高纤维取向性，增强纤维强度和纺丝速度，优化了纺丝液浓度、空气层长度、拉伸倍数、拉伸速率等纺丝参数，所得纤维断裂强度明显提高。
18.(3)本发明使用聚乙烯吡咯烷酮作为离子液体的组成部分，还可以起到壳聚糖原液增强剂的作用，以此来改善壳聚糖纤维机械性能：将壳聚糖与高聚物聚乙烯吡咯烷酮进行混合，得到均匀稳定、易于纺丝加工的复合纺丝液。通过改变氢键高聚物在纺丝液中的含量，调节壳聚糖分子间的相互作用，改变纺丝液粘度及可纺性，提高纺丝过程中纤维排列有序性，增强壳聚糖纤维的断裂强度和伸长率，改善纤维柔软度。
19.(4)本发明基于醋酸与聚乙烯吡咯烷酮形成较为稳定的质子型离子液体，可以采用低负压手段，在较短时间内实现气泡的脱除，提高原液均匀性、加快壳聚糖纺丝的进程。
具体实施方式
20.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
21.实施例1
22.一种制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法，包括以下步骤：
23.(1)将分子量为8
×
104的聚乙烯吡咯烷酮与醋酸水溶液进行混合，原位获得了ph值偏中性的质子型离子液体，其中聚乙烯吡咯烷酮与醋酸的摩尔比为2:1；将壳聚糖和浓度为1.5％的质子型离子液体水溶液混合后，搅拌均匀，然后在90kpa压力、20℃条件下进行脱泡处理，得到浓度为4％的纺丝原液，备用；
24.(2)纺丝原液从孔径为0.10mm的喷丝孔喷出后经过一段长度为1.75cm的空气夹层，然后在凝固浴15℃的水中进行纺丝，再进行拉伸、二浴、定形、洗涤、干燥处理，得到壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维；其中拉伸倍数为1.2，拉伸速率为3.0m/min；二浴中的凝固浴选择温度为30℃的乙醇水溶液。
25.对制备得到的壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维进行性能测试，结果显示湿断裂强度18cn/dtex，干断裂强度20cn/dtex，干断裂伸长率31％。
26.实施例2
27.一种制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法，包括以下步骤：
28.(1)将聚乙烯吡咯烷酮的分子量为8
×
104的聚乙烯吡咯烷酮与醋酸水溶液进行混
合，原位获得了ph值偏中性的质子型离子液体，其中聚乙烯吡咯烷酮与醋酸的摩尔比为2:1；将壳聚糖和浓度为0.5％的质子型离子液体水溶液混合后，搅拌均匀，然后在90kpa压力、20℃条件下进行脱泡处理，得到浓度为2％的纺丝原液，备用；
29.(2)纺丝原液从孔径为0.10mm的喷丝孔喷出后经过一段长度为0.25cm的空气夹层，然后在凝固浴15℃的水中进行纺丝，再进行拉伸、二浴、定形、洗涤、干燥处理，得到壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维；其中拉伸倍数为0.8，拉伸速率为2.0m/min；二浴中的凝固浴选择温度为20℃的乙醇水溶液。
30.对制备得到的壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维进行性能测试，结果显示湿断裂强度15cn/dtex，干断裂强度17cn/dtex，干断裂伸长率25％。
31.实施例3
32.一种制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法，包括以下步骤：
33.(1)将聚乙烯吡咯烷酮的分子量为1.0
×
105的聚乙烯吡咯烷酮与醋酸水溶液进行混合，原位获得了ph值偏中性的质子型离子液体，其中聚乙烯吡咯烷酮与醋酸的摩尔比为3:1；将壳聚糖和浓度为0.5％的质子型离子液体水溶液混合后，搅拌均匀，然后在50kpa压力、35℃条件下进行脱泡处理，得到浓度为3.5％的纺丝原液，备用；
34.(2)纺丝原液从孔径为0.90mm的喷丝孔喷出后经过一段长度为1.0cm的空气夹层，然后在凝固浴15℃的水中进行纺丝，再进行拉伸、二浴、定形、洗涤、干燥处理，得到壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维；其中拉伸倍数为1.6，拉伸速率为3.5m/min；二浴中的凝固浴选择温度为30℃的乙醇水溶液。
35.对制备得到的壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维进行性能测试，结果显示湿断裂强度12cn/dtex，干断裂强度15cn/dtex，干断裂伸长率25％。
36.实施例4
37.一种制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法，包括以下步骤：
38.(1)将聚乙烯吡咯烷酮的分子量为1.5
×
105的聚乙烯吡咯烷酮与醋酸水溶液进行混合，原位获得了ph值偏中性的质子型离子液体，其中聚乙烯吡咯烷酮与醋酸的摩尔比为5:1；将壳聚糖和浓度为1.5％的质子型离子液体水溶液混合后，搅拌均匀，然后在50kpa压力、35℃条件下进行脱泡处理，得到浓度为3.5％的纺丝原液，备用；
39.(2)纺丝原液从孔径为0.90mm的喷丝孔喷出后经过一段长度为4.5cm的空气夹层，然后在凝固浴30℃的水中进行纺丝，再进行拉伸、二浴、定形、洗涤、干燥处理，得到壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维；其中拉伸倍数为2.0，拉伸速率为5.5m/min；二浴中的凝固浴选择温度为15℃的乙醇水溶液。
40.对制备得到的壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维进行性能测试，结果显示湿断裂强度20cn/dtex，干断裂强度25cn/dtex，干断裂伸长率30％。
41.实施例5
42.一种制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法，包括以下步骤：
43.(1)将聚乙烯吡咯烷酮的分子量为2.5
×
105的聚乙烯吡咯烷酮与醋酸水溶液进行混合，原位获得了ph值偏中性的质子型离子液体，其中聚乙烯吡咯烷酮与醋酸的摩尔比为5:1；将壳聚糖和浓度为4.0％的质子型离子液体水溶液混合后，搅拌均匀，然后在10kpa压力、35℃条件下进行脱泡处理，得到浓度为6％的纺丝原液，备用；
44.(2)纺丝原液从孔径为0.90mm的喷丝孔喷出后经过一段长度为2.0cm的空气夹层，然后在凝固浴30℃的水中进行纺丝，再进行拉伸、二浴、定形、洗涤、干燥处理，得到壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维；其中拉伸倍数为2.2，拉伸速率为3.5m/min；二浴中的凝固浴选择温度为15℃的乙醇水溶液。
45.对制备得到的壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维进行性能测试，结果显示湿断裂强度18cn/dtex，干断裂强度21cn/dtex，干断裂伸长率28％。
46.实施例6
47.一种制备壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维的方法，包括以下步骤：
48.(1)将聚乙烯吡咯烷酮的分子量为2.5
×
105的聚乙烯吡咯烷酮与醋酸水溶液进行混合，原位获得了ph值偏中性的质子型离子液体，其中聚乙烯吡咯烷酮与醋酸的摩尔比为1:1；将壳聚糖和浓度为4.0％的质子型离子液体水溶液混合后，搅拌均匀，然后在30kpa压力、40℃条件下进行脱泡处理，得到浓度为6％的纺丝原液，备用；
49.(2)纺丝原液从孔径为1.0mm的喷丝孔喷出后经过一段长度为3.5cm的空气夹层，然后在凝固浴30℃的水中进行纺丝，再进行拉伸、二浴、定形、洗涤、干燥处理，得到壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维；其中拉伸倍数为2.2，拉伸速率为5.5m/min；二浴中的凝固浴选择温度为15℃的乙醇水溶液。
50.对制备得到的壳聚糖/聚乙烯吡咯烷酮复合纤维进行性能测试，结果显示湿断裂强度17cn/dtex，干断裂强度22cn/dtex，干断裂伸长率26％。