[发明专利]一种以二元溶剂体系制备壳聚糖纤维素复合纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于壳聚糖纤维素复合纤维制备领域，特别涉及一种以二元溶剂体系制备壳聚糖纤维素复合纤维的方法。

背景技术

壳聚糖是脱乙酰化的甲壳素，是地球上仅次于纤维素的第二大天然有机化合物，广泛存在于虾、蟹等甲壳类动物之中，具有抗菌、除臭、吸附等一系列优点，此外，壳聚糖材料在组织工程、农作物保护、食品贮存和废水处理等方面被广泛应用。纤维素是地球上存在的数量最大的天然有机化合物，具有无毒、可再生、可生物降解等一系列优点，此外，纤维素材料应用广泛，如造纸、印刷、纺织、食品、制药等领域。然而，壳聚糖、纤维素这两种在自然界储备最为丰富的天然可再生资源，因其分子内强烈的氢键作用而很难溶解于一般溶剂之中，进而使其加工变得极其困难。就壳聚糖而言，其溶剂主要是酸体系，如冰醋酸、二氯乙酸、三氟乙酸等。目前市场上的壳聚糖纤维都是以冰醋酸为溶剂，通过湿法纺丝制得，而且其强度并不理想，进而限制了其应用。壳聚糖纤维素复合纤维集合了壳聚糖、纤维素两者的优点，使其应用范围更加广阔。然而目前关于壳聚糖纤维素复合纤维的制备方法主要有以下两种：其一，首先分别制备壳聚糖、纤维素溶液，然后以特定比例将两种溶液机械混合，再进行纺丝，制得纤维；其二，首先将壳聚糖通过特殊设备制成微纳米级粉体，然后以添加剂的形式加入到制备好的纤维素溶液之中，再进行纺丝，制得纤维。第一种方法要考虑两种溶液的混溶性，第二种方法要考虑微纳米颗粒在溶液中的分散性。因此，开发一种对壳聚糖和纤维素具有共同溶剂能力的溶剂体系将会使壳聚糖纤维素复合纤维素的制备工艺大大简化。

近年来，离子液体因其热稳定性好、不挥发、可回收利用等优点被誉为21世纪绿色溶剂而应用在有机合成、电化学等各个方面，特别要指出的是，离子液体还表现出了对多糖和蛋白质极强的溶解能力。目前关于用单个离子液体制备纤维素溶液的方法已有相关专利报道，如CN1491974A、CN101085838A等。但有关本发明所涉及的用二元离子液体溶剂体系制备壳聚糖纤维素复合纤维至今尚未见公开，其制备方法也是由本发明首次提及。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以二元溶剂体系制备壳聚糖纤维素复合纤维的方法，本发明所构建的二元离子液体溶剂体系对壳聚糖和纤维素均表现出极好的溶解性，可以一步法制得壳聚糖纤维素复合溶液，具有高效、简捷的特点，所制得的壳聚糖纤维素纺丝原液可以进行湿法纺丝和干喷湿法纺丝，且纺制的壳聚糖纤维素复合纤维具有极高的断裂强度，在生物医用材料领域具有巨大应用前景。此外，本发明所使用的溶剂可以完全回收，不污染环境，具有可持续发展的战略意义。

本发明的一种以二元溶剂体系制备壳聚糖纤维素复合纤维的方法，包括：（1）将干燥壳聚糖粉末、纤维素物质、二元离子液体溶剂体系混合，壳聚糖和纤维素的质量百分含量为3-10%，在机械搅拌下溶解制得纺丝原液；（2）通过湿法纺丝和干喷湿法纺丝制备壳聚糖纤维素复合纤维。

所述步骤（1）中的二元离子液体溶剂体系由酸性离子液体和中性离子液体组成，其中酸性离子液体为甘氨酸硫酸盐、甘氨酸盐酸盐、甘氨酸磷酸盐、谷氨酸盐酸盐、丙氨酸盐酸盐、氨基丁酸盐酸盐、氨基己酸盐酸盐等氨基酸盐中的一种或几种；中性离子液体为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐中的一种或几种，酸性离子液体在整个溶剂体系中所占质量百分比为1-50%。

所述步骤（1）中的壳聚糖脱乙酰度为50-99%，优选65-99%，粘度为50-1000cP；纤维素为棉浆粕、竹浆粕、木浆粕、棉短绒、细菌纤维素、微晶纤维素以及从麻、稻草、小麦秸秆、玉米秸秆、甘蔗渣等中提取出的纤维素物质。

所述步骤（1）中的溶解参数为：溶解温度为50-150℃，时间为10分钟到100小时，机械搅拌速率为10r/min-500r/min，优选50-300r/min，更优选100—250r/min。

所述步骤（1）中的壳聚糖纤维素复合纤维，壳聚糖与纤维素的质量比为1：100~100：1。

所述步骤（2）中的湿法纺丝工艺参数为：纺丝压力：0.2-0.3MPa；纺丝温度：100-120℃；凝固浴为水、无水乙醇、丙酮、含碱性物质的水、含碱性物质的无水乙醇、含碱性物质的丙酮中的一种或几种；凝固浴温度：0-80℃；水洗温度：20-100℃。