專利名稱：一種纖維素纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維制備技術(shù)，特別是涉及一種纖維素纖維的制備方法。該制備方法采用熔融紡，并以離子液體為增塑 劑。
背景技術(shù)：
纖維素是自然界賜予人類最豐富的天然高分子物質(zhì)。它不僅來源豐富，而且是可再生的資源。加工和利用纖維素材料對世界循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。由于未改性的纖維素不能熔融，因此溶液加工一直是制備再生纖維素纖維材料的主要手段。目前纖維素纖維的生產(chǎn)主要是粘膠法。但該方法能耗高，在生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的廢氣和廢水，對環(huán)境造成重大污染。離子液體是指在室溫附近很大溫度范圍內(nèi)均為液體的離子化合物。由于其具有液體溫度區(qū)間大、溶解范圍廣、蒸氣壓極低、熱穩(wěn)定性好等特性，是各種有機(jī)物、有機(jī)金屬化合物、無機(jī)物的一種理想溶劑。離子液體還是一種可設(shè)計(jì)溶劑，在催化反應(yīng)中，可以根據(jù)具體的需求將離子液體設(shè)計(jì)為酸性的或堿性的、親水的或親油的，甚至可以針對某一個(gè)具體的化合物設(shè)計(jì)為高溶解度的或低溶解度的；離子液體的另一特點(diǎn)就是可以重復(fù)利用。近年來， 用離子液體制備纖維素材料的新工藝引起了人們的重視。關(guān)于纖維素溶液的制備及紡絲方法的專利已有所報(bào)道。例如，CN1491974A報(bào)道了一種溶解工藝，即把溶劑離子液體和纖維素成批加入容器中，然后一邊攪拌一邊加熱，直至形成均勻溶液。這種方法的缺點(diǎn)是溶解時(shí)間長，效率低。又例如，CN1596282A中報(bào)道了一種使用微波輻射技術(shù)來提高溶解效率的方法。雖然該方法有較好的效果，但是在工業(yè)生產(chǎn)中使用會增加工藝復(fù)雜性和大量設(shè)備投資，并且該方法是非連續(xù)溶解，也不利于實(shí)際工業(yè)推廣。還例如，CN101085838A報(bào)道了一種連續(xù)制備纖維素/離子液體溶液的方法，該方法將纖維素和離子液體先混合成軟泥狀，然后加入螺桿擠出機(jī)進(jìn)行連續(xù)溶解，該發(fā)明中的纖維素/ 離子液體溶液不自流、不分層，能制備質(zhì)量穩(wěn)定的纖維素溶液。但是該方法制得的纖維素濃度不超過30%，效率較低。再例如，CN1851063A報(bào)道了一種以離子液體為溶劑制備纖維素纖維的方法，但是該方法中同樣采用了 CN1491974A中的纖維素溶解方法，使得溶解時(shí)間過長，從而使整個(gè)紡絲工藝效率低下。綜上所述，目前使用的纖維素加工方法主要存在溶解時(shí)間長，連續(xù)性較差等缺點(diǎn)，更重要的是得不到高纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(如大于30%)的紡絲溶液，難以用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種纖維素纖維的制備方法，該制備方法以適當(dāng)?shù)碾x子液體為增塑劑，制備效率高，能滿足連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)需要，且工藝簡單，環(huán)境污染少。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種纖維素纖維的制備方法，該制備方法以離子液體為增塑劑，包括下列步驟
1.先將纖維素粉碎成細(xì)小顆粒或粉末，所述纖維素選自聚合度為400 1000的木漿、棉漿或竹漿； 2.再將粉碎后的纖維素與增塑劑在混合器中混合攪拌均勻后，喂入雙螺桿擠出機(jī)，并在其中連續(xù)熔融增塑、脫泡，制成均一穩(wěn)定的紡絲熔體；所述纖維素與增塑劑的質(zhì)量比為3 6 7 4;所述增塑劑為咪唑型離子液體、或?yàn)楹N陰離子的咪唑型離子液體和嗎啉型離子液體組成的混合液；所述螺桿擠出機(jī)長徑比為20 50，螺桿擠出機(jī)的喂料段、熔融段、計(jì)量段及機(jī)頭的溫度分別為80 120°C，100 150°C、100 170°C及100 170°C，轉(zhuǎn)速為10 100轉(zhuǎn)/分；3.紡絲熔體經(jīng)計(jì)量后進(jìn)行熔融紡絲，紡絲速度5 lOOm/min，萃取液為質(zhì)量O 20%的離子液體水溶液，萃取液的溫度為20 90°C，拉伸倍數(shù)為0. 2 5倍，拉伸浴溫度 40 90°C，紡絲氣隙為5 20cm;所述離子液體同于第(2)步所述增塑劑使用的離子液體；4.紡絲纖維再經(jīng)水洗、漂白、上油及干燥，即得到纖維素纖維。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是采用雙螺桿擠出機(jī)熔融纖維素方法紡制出纖維素纖維，所制備出的纖維素纖維具有高質(zhì)量分?jǐn)?shù)，纖維素含量可高達(dá)30 60 %，大幅提高了纖維素纖維的生產(chǎn)效率，且纖維素纖維具有良好的機(jī)械強(qiáng)度；本發(fā)明制備方法適用于連續(xù)生產(chǎn)，采用的離子液體綠色環(huán)保，易于回收，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約資源和能源，與常規(guī)溶液法黏膠工藝相比，生產(chǎn)過程明顯縮短。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明設(shè)計(jì)的纖維素纖維的制備方法(簡稱制備方法)，該制備方法采用熔融紡方法并以離子液體為增塑劑，包括下列步驟1.先將纖維素粉碎成細(xì)小顆粒或粉末，所述纖維素選自聚合度為400 1000的木漿、棉漿或竹漿，當(dāng)然，也包括木漿、棉漿或竹漿兩種以上的混合物；所述粉碎的纖維素顆?；蚍勰┰郊?xì)小越好；2.再將粉碎后的纖維素與增塑劑在混合器中混合攪拌均勻后，喂入雙螺桿擠出機(jī)，并在其中連續(xù)熔融增塑、脫泡，制成均一穩(wěn)定的紡絲熔體；所述纖維素與增塑劑的質(zhì)量比為3 6 7 4;所述增塑劑為咪唑型離子液體、或?yàn)楹N陰離子的咪唑型離子液體和嗎啉型離子液體組成的混合液；所述的咪唑型離子液體和嗎啉型離子液體為公知的離子液體。其中，優(yōu)選的離子液體為1-烯丙基_3甲基咪唑氯鹽或1-烯丙基-1-甲基嗎啉氯鹽。所述的兩種離子液體都可以使用，但使用咪唑型離子液體、或者是在咪唑型離子液體和嗎啉型離子液體組成的混合液中咪唑型離子液體質(zhì)量含量> 50%，效果較為理想，例如，纖維素能在較少離子液體存在時(shí)即能塑化紡絲，節(jié)約了增塑劑，降低生產(chǎn)和回收成本。所述螺桿擠出機(jī)實(shí)施例采用同向的螺桿擠出機(jī)，其長徑比為20 50 ；螺桿擠出機(jī)的喂料段、熔融段、計(jì)量段及機(jī)頭的溫度分別為80 120°C，100 150°C、100 170°C及 100 170°C，擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為10 100轉(zhuǎn)/分。3.紡絲熔體經(jīng)計(jì)量后進(jìn)行熔融紡絲，紡絲速度5 lOOm/min，萃取液為質(zhì)量O 20%的離子液體水溶液，萃取液的溫度為20 90°C，拉伸倍數(shù)為0. 2 5倍，拉伸浴溫度40 90°C，紡絲氣隙為5 20cm ；所述離子液體同于第(2)步所述的離子液體；4.所得紡絲纖維再經(jīng)水洗、漂白、上油及干燥等常規(guī)工序，即得到熔融紡的纖維素纖維。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，這些實(shí)施例的意義在于舉例說明本發(fā)明的實(shí)施方法，而非限制本發(fā)明申請權(quán)利要求的保護(hù)范圍。實(shí)施例1將粉碎的聚合度為722的木漿粕300g與700g的1_烯丙基_3甲基咪唑氯鹽 ([AMIM1C1)離子液體在混合器中攪拌均勻，然后喂入長徑比為20的雙螺桿擠出機(jī)，制成均一穩(wěn)定紡絲熔體，擠出機(jī)喂料段、熔融段、計(jì)量段及機(jī)頭溫度分別為80°C、10(TC、13(rC及 140°C，轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/分，出料后開啟真空排氣系統(tǒng)，經(jīng)計(jì)量泵及噴絲頭紡絲，紡絲速度IOm/ min,紡絲氣隙為10cm，萃取液為水，溫度為20°C，拉伸浴溫度50°C，拉伸倍數(shù)0. 2倍，經(jīng)水洗、漂白、上油及干燥等常規(guī)工序，即得到熔融紡纖維素纖維。經(jīng)測試，該纖維的拉伸強(qiáng)度為 3.87cN/dtex。實(shí)施例2將粉碎的聚合度為800的棉漿粕400g、400g的[AMIM] Cl及200g的N-甲基，N-烯丙基嗎啉氯鹽([AMMro]Cl)在混合器中混合均勻，然后喂入長徑比為20的雙螺桿擠出機(jī)， 制成均一穩(wěn)定紡絲熔體，擠出機(jī)喂料段溫度設(shè)為100°C，熔融段、計(jì)量段及機(jī)頭溫度分別為 120°C、14(TC及140°C，轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/分，出料后開啟真空排氣系統(tǒng)，經(jīng)計(jì)量泵及噴絲頭紡絲，紡絲速度20m/min，紡絲氣隙5cm，萃取液為20% [AMIM]C1離子液體水溶液，萃取液溫度為20°C，拉伸浴溫度50°C，拉伸倍數(shù)2倍，經(jīng)水洗、漂白、上油及干燥等常規(guī)工序，即得到所述纖維素纖維。經(jīng)測試，該纖維的拉伸強(qiáng)度為3. HcN/dtex。實(shí)施例3將粉碎的聚合度為722的木漿粕400g、300g的[AMIM]C1及300g的N-甲基，N-烯丙基嗎啉氯鹽([AMMro]Cl)在混合器中混合均勻，然后喂入長徑比為25的雙螺桿擠出機(jī)， 制成均一穩(wěn)定紡絲熔體，擠出機(jī)喂料段溫度設(shè)為110°C，熔融段、計(jì)量段及機(jī)頭溫度分別為 140°C、150°C及150°C，轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/分，出料后開啟真空排氣系統(tǒng)，經(jīng)計(jì)量泵及噴絲頭，紡絲速度50m/min，紡絲氣隙為10cm，萃取液為水，其溫度為30°C，拉伸浴溫度50°C，拉伸倍數(shù) 5倍，經(jīng)水洗、漂白、上油及干燥等常規(guī)工序，即得到所述纖維素纖維。經(jīng)測試，該纖維的拉伸強(qiáng)度為 3. 92cN/dtex。實(shí)施例4將粉碎的聚合度為1000的竹漿粕1500g、1200g的1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽 ([BMIM]C1)及300g的N-甲基，N-烯丙基嗎啉氯鹽([AMMro] Cl)在混合器中混合均勻，然后喂入長徑比為40的雙螺桿擠出機(jī)，制成均一穩(wěn)定紡絲熔體，擠出機(jī)喂料段溫度設(shè)為110°C， 熔融段、計(jì)量段及機(jī)頭溫度分別為130°C、145°C及150°C，轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/分，出料后開啟真空排氣系統(tǒng)，經(jīng)計(jì)量泵及噴絲頭紡絲，紡絲速度30m/min，紡絲氣隙10cm，凝固浴為水，凝固浴溫度為20°C，拉伸浴溫度60°C，拉伸倍數(shù)3倍，經(jīng)水洗、漂白、上油及干燥等常規(guī)工序，即得到所述纖維素纖維。經(jīng)測試，該纖維的拉伸強(qiáng)度為3. 53cN/dteX。實(shí)施例5
將粉碎的聚合度為800的棉漿粕M00g、800g的[BMIM] Cl及800g的N-甲基，N-烯丙基嗎啉氯鹽([AMMro]Cl)在混合器中混合均勻，然后喂入長徑比為50的雙螺桿擠出機(jī)， 制成均一穩(wěn)定紡絲熔體，擠出機(jī)喂料段溫度設(shè)為100°C，熔融段、計(jì)量段及機(jī)頭溫度分別為 120°C、130°C及130°C，轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分，出料后開真空排氣系統(tǒng)，經(jīng)計(jì)量泵及噴絲頭紡絲， 紡絲速度50m/min，紡絲氣隙10cm，凝固浴為水，凝固浴溫度為20°C，拉伸浴溫度90°C，拉伸倍數(shù)5倍，經(jīng)水洗、漂白、上油及干燥等常規(guī)工序，即得到所述纖維素纖維。經(jīng)測試，該纖維的拉伸強(qiáng)度為4. 17cN/dteX。實(shí)施例6將粉碎的聚合度為722的木漿粕1200g與1800g的1_乙基_3_甲基-咪唑醋酸鹽([EMIM]Ac)離子液體在混合器中混合均勻，然后喂入長徑比為35的雙螺桿擠出機(jī)，喂料段溫度設(shè)為115°C，熔融段、計(jì)量段及機(jī)頭溫度分別為135°C、145°C及150°C，轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn) /分，出料后開啟真空排氣系統(tǒng)，經(jīng)計(jì)量泵及噴絲頭紡絲，紡絲速度150m/min，紡絲氣隙為 20cm,凝固浴為水，其溫度為90°C，拉伸浴溫度50°C，拉伸倍數(shù)3倍，經(jīng)水洗、漂白、上油及干燥等常規(guī)工序，即得到所述纖維素纖維。經(jīng)測試，該纖維的拉伸強(qiáng)度為3. 57cN/dteX。
權(quán)利要求
1.一種纖維素纖維的制備方法，該制備方法包括下列步驟(1)先將纖維素粉碎成細(xì)小顆?；蚍勰隼w維素選自聚合度為400 1000的木漿、 棉漿或竹漿；(2)再將粉碎后的纖維素與增塑劑在混合器中混合攪拌均勻后，喂入雙螺桿擠出機(jī)， 并在其中連續(xù)熔融增塑、脫泡，制成均一穩(wěn)定的紡絲熔體；所述纖維素與增塑劑的質(zhì)量比為 3 6 7 4;所述增塑劑為咪唑型離子液體、或?yàn)楹N陰離子的咪唑型離子液體和嗎啉型離子液體組成的混合液；所述螺桿擠出機(jī)長徑比為20 50，螺桿擠出機(jī)的喂料段、熔融段、計(jì)量段及機(jī)頭的溫度分別為80 120°C，100 150°C、100 170°C及100 170°C， 轉(zhuǎn)速為10 100轉(zhuǎn)/分；(3)紡絲熔體經(jīng)計(jì)量后進(jìn)行熔融紡絲，紡絲速度5 lOOm/min，萃取液為質(zhì)量0 20% 的離子液體水溶液，萃取液的溫度為20 90°C，拉伸倍數(shù)為0. 2 5倍，拉伸浴溫度40 90°C，紡絲氣隙為5 20cm ；所述離子液體同于第(2)步所述增塑劑使用的離子液體；(4)紡絲纖維再經(jīng)水洗、漂白、上油及干燥，即得到纖維素纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述纖維素纖維的制備方法，其特征在于所述的離子液體為1-烯丙基-3甲基咪唑氯鹽或1-烯丙基-1-甲基嗎啉氯鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述纖維素纖維的制備方法，其特征在于所述的混合液中咪唑型離子液體的質(zhì)量含量>50%。
全文摘要
本發(fā)明公開一種纖維素纖維的制備方法，包括1.先將纖維素粉碎成細(xì)小顆粒，纖維素選自聚合度為400～1000的木漿、棉漿或竹漿；2.再將纖維素顆粒與增塑劑混合攪拌均勻后喂入雙螺桿擠出機(jī)，制成紡絲熔體；纖維素與增塑劑的質(zhì)量比為3～6∶7～4；增塑劑為咪唑型離子液體、或?yàn)楹N陰離子的咪唑型離子液體和嗎啉型離子液體組成的混合液；3.熔融紡絲，紡絲速度5～100m/min，萃取液為質(zhì)量0～20％的離子液體水溶液，溫度為20～90℃，拉伸倍數(shù)為0.2～5倍，拉伸浴溫度40～90℃，紡絲氣隙為5～20cm；4.紡絲纖維再經(jīng)水洗、漂白、上油及干燥，即得到纖維素纖維。
文檔編號D01F2/00GK102154720SQ201010599018
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者宋俊, 梁義, 程博聞, 紀(jì)秀杰, 藏洪俊, 陸飛 申請人:天津工業(yè)大學(xué)