本發(fā)明屬于生物質(zhì)纖維技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小分子液晶改性纖維素纖維的紡絲工藝。

背景技術(shù)：

纖維素纖維具有吸濕性好、透氣性強(qiáng)、染色性好、可生物降解等優(yōu)點，是替代傳統(tǒng)石油基纖維最好的原料，可廣泛應(yīng)用于非織布、工業(yè)織布、服用、家紡、造紙業(yè)以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等。但是由于纖維素每個葡萄糖單元環(huán)上有三個羥基，導(dǎo)致纖維素具有獨特的強(qiáng)氫鍵結(jié)構(gòu)和高結(jié)晶度，使其不能直接通過熔融紡絲。目前工業(yè)上大多采用纖維素通過溶液紡絲法生產(chǎn)粘膠纖維，其生產(chǎn)流程長、能源消耗大，而且對環(huán)境會造成嚴(yán)重污染。因此，開發(fā)環(huán)境友好型的纖維素熔體紡絲對降低生產(chǎn)成本、提高紡絲速度、改善產(chǎn)品性能和保護(hù)環(huán)境等都有非常重要的意義。

大部分天然多糖，如纖維素、木質(zhì)素、甲殼素、殼聚糖等，由于含有大量羥基及其它極性基團(tuán)，易形成分子內(nèi)和分子間氫鍵，溶解后得到的溶液粘度較大、加工困難，并且具有強(qiáng)烈的極性和親水性，導(dǎo)致其與非極性樹脂間的界面潤濕性和界面粘合性很差，而且在高溫下直接分解，不能像熱塑性塑料那樣熔融擠出或熔融紡絲，從而限制了纖維素等天然多糖在材料領(lǐng)域的應(yīng)用。為了提高纖維素的流動性能和加工性能，需要對纖維素進(jìn)行改性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的問題是高濃度纖維素紡絲液的粘度較大，不利于過濾、脫泡、紡絲牽伸等各道工序。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種小分子液晶改性纖維素纖維的紡絲工藝，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)：將纖維素真空干燥；

步驟2)：將干燥后的纖維素加入離子復(fù)合溶劑中溶解，同時加入流變助劑，溶解后紡絲液經(jīng)過過濾和脫泡后由噴絲板噴出，經(jīng)過空氣層間隙后進(jìn)入凝固浴，得到初生絲；

步驟3)：將初生絲經(jīng)過水浴槽加熱拉伸，最后熱定型后卷繞成纖維素纖維。

優(yōu)選地，所述步驟1)中纖維素的聚合度為350～650，干燥溫度為50～90℃，干燥時間為12～36h，真空度為90～130Pa。

優(yōu)選地，所述步驟2)中離子復(fù)合溶劑由離子液體與非質(zhì)子溶劑組成，所述離子液體為1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽([AMIM]Cl)、1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽([BMIM]Cl)、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽([EMIM]Ac)或1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯鹽([EMIM][DEP])；所述非質(zhì)子溶劑可以是二甲基亞砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)；離子液體與非質(zhì)子溶劑質(zhì)量比為20∶80-40∶60。

優(yōu)選地，所述步驟2)中流變助劑為脂肪族類小分子液晶、芳香族類小分子液晶和雜環(huán)類小分子液晶中至少一種。

更優(yōu)選地，所述脂肪族類小分子液晶為丙烯酸酯或硬脂酸；芳香族類小分子液晶為4-甲氧基-4’-芐氧基偶氮苯、二-(4-甲氧苯基)-對苯二甲酸酯、二-(4-(乙酯基)苯基)-對苯二甲酸酯、二聯(lián)苯基對苯二甲酸酯或六烷基硫醚苯并菲；雜環(huán)類小分子液晶為[1，2，3]-三氮唑雜環(huán)或7-烷氧基苯并吡喃[2，3-c]吡唑-3-酮。

優(yōu)選地，所述步驟2)中流變助劑的添加量為纖維素質(zhì)量的１-10wt％。

優(yōu)選地，所述步驟2)中纖維素的溶解溫度為40-100℃，溶解時間為0.5-2h，溶解度為25-40％。溶解過程中纖維素分子鏈段的纏結(jié)程度降低，同時在小分子液晶的作用下進(jìn)行動態(tài)解纏結(jié)，使纖維素分子鏈段的解纏結(jié)狀態(tài)固定下來。

優(yōu)選地，所述步驟2)中噴絲板的長徑比為20～30∶1；空氣層間隙為5-10cm。

優(yōu)選地，所述步驟2)中凝固浴的溫度為20～40℃，凝固浴由纖維素溶劑與水以質(zhì)量比為1∶3～1∶5組成。

優(yōu)選地，所述步驟3)中水浴槽加熱拉伸一級牽伸溫度為50～60℃，牽伸倍數(shù)為1～1.5倍，二級牽伸溫度為70～80℃，牽伸倍數(shù)為1～2倍，三級牽伸溫度為90～100℃，牽伸倍數(shù)為1～3倍。

優(yōu)選地，所述步驟3)中熱定型具體為：將纖維素纖維在張緊狀態(tài)下進(jìn)行熱定型，定型張力為3-5kgf//cm，熱定型溫度為130～150℃。

本發(fā)明采用小分子液晶作為流變助劑，使纖維素分子鏈段發(fā)生原位解纏結(jié)、破壞纏結(jié)再生、固定解纏結(jié)狀態(tài)，并配合高長徑比噴絲口，從而提供一種小分子液晶改性纖維素纖維的新方法，該方法可獲得易于加工成型、高效綠色清潔化的纖維素纖維，可以促進(jìn)低能耗、經(jīng)濟(jì)可行、環(huán)境友好的新型纖維素纖維的開發(fā)。

有現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

由于小分子液晶自身的高流動性，容易遷移進(jìn)入纖維素分子內(nèi)部，在纖維素溶解過程中可以原位阻隔纖維素分子鏈之間的相互作用。采用小分子液晶改善纖維素的流動性能并采用離子復(fù)合溶劑法制備纖維素纖維，可以提高纖維素纖維質(zhì)量的穩(wěn)定性，使力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品的水平，擴(kuò)大纖維素纖維在高端產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用。

具體實施方式

為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，作詳細(xì)說明如下。

實施例1

一種小分子液晶改性纖維素纖維的紡絲工藝：

(1)將聚合度為350的纖維素真空干燥；真空干燥溫度為50℃，真空干燥時間為36h，真空干燥的真空度為90Pa；

(2)配制20％[EMIM]Ac/80％DMSO離子復(fù)合溶劑，并加入25wt％纖維素與0.25wt％丙烯酸酯，在40℃下溶解1h得到纖維素紡絲液，經(jīng)過過濾和脫泡后由長徑比為20∶1的噴絲口噴出，經(jīng)過5cm的空氣層間隙后進(jìn)入溫度為20℃的凝固浴，凝固浴濃度為20％，得到初生絲；

(3)初生絲經(jīng)過水浴槽加熱拉伸，所述加熱拉伸的一級牽伸溫度50℃，牽伸倍率1.1倍，二級牽伸溫度70℃，牽伸倍率1.5倍，三級牽伸溫度90℃，牽伸倍率1.5倍；最后纖維素纖維在張緊狀態(tài)下進(jìn)行熱定型，定型張力控制在3kgf/cm，熱定型溫度為130℃。由此可獲得強(qiáng)度2.82cN/dtex、斷裂伸長率為15.3％的纖維素纖維。

實施例2

一種小分子液晶改性纖維素纖維的紡絲工藝：

(1)將聚合度為450的纖維素真空干燥；真空干燥溫度為90℃，真空干燥時間為12h，真空干燥的真空度為130Pa；

(2)配制30％[AMIM]C1/70％DMAc離子復(fù)合溶劑，并加入30wt％纖維素與0.6wt％硬脂酸，在80℃下溶解0.5h得到纖維素紡絲液，經(jīng)過過濾和脫泡后由長徑比為30∶1的噴絲口噴出，經(jīng)過7cm的空氣層間隙后進(jìn)入溫度為25℃的凝固浴，凝固浴濃度為25％，得到初生絲；

(3)初生絲經(jīng)過水浴槽加熱拉伸，所述加熱拉伸的一級牽伸溫度55℃，牽伸倍率1.2倍，二級牽伸溫度75℃，牽伸倍率1.8倍，三級牽伸溫度95℃，牽伸倍率2倍；最后纖維素纖維在張緊狀態(tài)下進(jìn)行熱定型，定型張力控制在5kgf/cm，熱定型溫度為150℃。由此可獲得強(qiáng)度2.78cN/dtex、斷裂伸長率為15.5％的纖維素纖維。

實施例3

一種小分子液晶改性纖維素纖維的紡絲工藝：

(1)將聚合度為550的纖維素真空干燥；真空干燥溫度為55℃，真空干燥時間為25h，真空干燥的真空度為125Pa；

(2)配制35％[BMIM]Cl/65％NMP離子復(fù)合溶劑，并加入35wt％纖維素與2.1wt％4-甲氧基-4’-芐氧基偶氮苯，在100℃下溶解2h得到纖維素紡絲液，經(jīng)過過濾和脫泡后由長徑比為26∶1的噴絲口噴出，經(jīng)過10cm的空氣層間隙后進(jìn)入溫度為30℃的凝固浴，凝固浴濃度為30％，得到初生絲；

(3)初生絲經(jīng)過水浴槽加熱拉伸，所述加熱拉伸的一級牽伸溫度60℃，牽伸倍率1.5倍，二級牽伸溫度80℃，牽伸倍率2倍，三級牽伸溫度100℃，牽伸倍率3倍；最后纖維素纖維在張緊狀態(tài)下進(jìn)行熱定型，定型張力控制在4kgf/cm，熱定型溫度為140℃。由此可獲得強(qiáng)度2.75cN/dtex、斷裂伸長率為15.3％的纖維素纖維。

實施例4

一種小分子液晶改性纖維素纖維的紡絲工藝：

(1)將聚合度為650的纖維素真空干燥；真空干燥溫度為60℃，真空干燥時間為30h，真空干燥的真空度為100Pa；

(2)配制40％[EMIM][DEP]/60％DMF離子復(fù)合溶劑，并加入28wt％纖維素與2.24wt％六烷基硫醚苯并菲，在90℃下溶解1h得到纖維素紡絲液，經(jīng)過過濾和脫泡后由長徑比為26∶1的噴絲口噴出，經(jīng)過9cm的空氣層間隙后進(jìn)入溫度為35℃的凝固浴，凝固浴濃度為35％，得到初生絲；

(3)初生絲經(jīng)過水浴槽加熱拉伸，所述加熱拉伸的一級牽伸溫度55℃，牽伸倍率1.3倍，二級牽伸溫度70℃，牽伸倍率1.6倍，三級牽伸溫度90℃，牽伸倍率2.5倍；最后纖維素纖維在張緊狀態(tài)下進(jìn)行熱定型，定型張力控制在4kgf/cm，熱定型溫度為145℃。由此可獲得強(qiáng)度2.63cN/dtex、斷裂伸長率為16.8％的纖維素纖維。

實施例5

一種小分子液晶改性纖維素纖維的紡絲工藝：

(1)將粘均分子量為400萬的超高分子量聚乙烯真空干燥；真空干燥溫度為70℃，真空干燥時間為20h，真空干燥的真空度為120Pa；

(2)配制40％[EMIM]Ac/60％DMSO離子復(fù)合溶劑，并加入40wt％纖維素與4wt％[1，2，3]-三氮唑雜環(huán)，在80℃下溶解1h得到纖維素紡絲液，經(jīng)過過濾和脫泡后由長徑比為25∶1的噴絲口噴出，經(jīng)過6cm的空氣層間隙后進(jìn)入溫度為40℃的凝固浴，凝固浴濃度為40％，得到初生絲；

(3)初生絲經(jīng)過水浴槽加熱拉伸，所述加熱拉伸的一級牽伸溫度50℃，牽伸倍率1.2倍，二級牽伸溫度75℃，牽伸倍率1.7倍，三級牽伸溫度95℃，牽伸倍率2.8倍；最后纖維素纖維在張緊狀態(tài)下進(jìn)行熱定型，定型張力控制在3.5kgf/cm，熱定型溫度為140℃。由此可獲得強(qiáng)度3.05cN/dtex、斷裂伸長率為17.8％的纖維素纖維。