[发明专利]一种采用预凝胶法制备羟乙基纤维素纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用预凝胶法制备羟乙基纤维素纤维的方法，属于材料技术领域。

背景技术

纤维素是自然界中最丰富的可再生资源，是目前分布最广的天然碳水化合物，全世界年产量约为1500亿吨。其来源主要包括棉、麻、木材、竹，以及其他高等植物，如芦苇、秸秆、甘蔗渣等。目前，纤维素主要用于生产再生材料(纤维、膜等)和加工合成纤维素衍生物。而在棉花资源日益紧缺的当今，再生纤维素纤维因具有服用性能与棉花相似、环境友好且原料(纤维素)可再生等优点，已经引起了人们的高度重视。但是由于纤维素致密的晶体结构及其复杂的分子内及分子间氢键，使其难以溶解于普通的溶剂中或进行熔融加工，直接阻碍了再生纤维素材料的发展和应用。现在大多数的再生纤维素纤维仍采用传统的粘胶法生产，但该工艺在生产过程中释放出大量的有毒H₂S和CS₂，在严重污染环境的同时还损害了人体健康。当前，许多学者在开发纤维素溶剂方面做了大量的工作，并发现了许多纤维素的新型溶剂，如LiCl/DMAc、NH₃/NH₄SCN水溶液、PF/DMSO、Ca(SCN)₂/NaSCN水溶液、ZnCl₂水溶液、离子液体系等，但这些溶剂由于溶剂昂贵、回收困难、溶解条件苛刻等缺点至今无法实现工业化。碱/脲溶剂因具有价格便宜，毒性较低，直接溶解纤维素，无衍生物生成，纤维素很少发生降解，溶解迅速，工艺简单等优点，在取代传统粘胶工艺方面具有很好应用前景。武汉大学张俐娜教授采用氢氧化钠和尿素混合水溶液、氢氧化钠和硫脲混合水溶液溶解纤维素并成功制备再生纤维素膜和纤维，但由于溶剂溶解能力有限，仅适用于聚合度不高的纤维素，溶液的固含量较低，导致制备的再生纤维素材料力学性能较差。东华大学顾利霞等以氢氧化钠、硫脲、尿素混合水溶液为溶剂，对纤维素具有更强的溶解能力，并成功制得再生纤维素膜和纤维，但同样没有解决纤维素聚合度和固含量偏低等问题，所得再生材料力学性能仍有待提升。同时，使用碱/脲溶剂制备的纤维素溶液性质不稳定，易形成不可逆凝胶，为后续的纺丝加工增加了困难，不利于工业化生产。

利用环氧乙烷对纤维素进行醚化改性，可制得低摩尔取代度的羟乙基纤维素，通过弱化纤维素大分子间氢键作用来增强溶剂分子对羟基的可及性，可实现提高溶液固含量之目的。低摩尔取代度的羟乙基纤维素具有独特的碱溶性，溶液具有良好的成膜、成纤性。专利CN101412815A中所述的氢氧化钠、硫脲、尿素混合水溶液，对羟乙基纤维素具有更强的溶解能力，可得到高溶解度(溶解度可达100％)、高固含量的羟乙基纤维素溶液，且溶液性能稳定、粘度适中、过滤性能优良，形成的凝胶热可逆，具有广泛的应用前景。但应用于湿法纺丝时，丝条水洗过程易产生润胀，影响纺丝过程的稳定性，降低了纺丝速度，不利于工业化稳定生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用预凝胶法制备羟乙基纤维素纤维的方法，以解决现有纺丝工艺中因丝条水洗时过度润胀而造成的可纺性差等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种采用预凝胶法制备羟乙基纤维素纤维的方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)：配制含有以重量百分比计的4～12wt％氢氧化钠，1～10wt％硫脲，1～15wt％尿素的水溶液(即碱/脲溶剂)，并预冷至-15～10℃；将聚合度为300～2000、摩尔取代度为0.15～0.85的羟乙基纤维素与预冷的碱/脲溶剂按质量比5∶95～20∶80混合，在-10～20℃下进行搅拌，直至完全溶解形成均匀透明的羟乙基纤维素溶液；

2)：过滤步骤1)所得的羟乙基纤维素溶液，在室温下利用高速离心机对滤液离心10-60min，脱去气泡；

3)：将步骤2)得到的离心后纺丝溶液于-5～0℃下静置10～30min进行预凝胶处理，然后升温至25℃；将纺丝溶液转移到纺丝机中真空脱泡30～200min；

4)：用氮气对纺丝溶液加压，使之通过纺丝机计量泵、鹅颈管及喷丝帽，进入凝固浴中固化成丝条；

5)：固化牵伸后的丝条经过两道水浴洗涤，然后进入带有卷绕装置的烘箱中于50～80℃下干燥，最后通过卷绕机卷绕得到白色、柔软、有光泽的纤维。

优选地，所述的步骤4)中的凝固浴为8～25wt％的醋酸水溶液、3～25wt％硫酸和3～25wt％硫酸钠的混合水溶液或3～15wt％盐酸水溶液；凝固浴温度控制在10～30℃。