[发明专利]一种纤维素静电纺丝的方法

说明书

本发明涉及天然高分子材料制备领域，特别是涉及一种纤维素静电纺丝的方法，包括如下步骤：将纤维素浸没于甲醇或者乙醇，得到溶胀后的纤维素；2)将氯化胆碱和醋酸铜加入到二甲基乙酰胺中，制备醋酸铜与氯化胆碱的络合盐溶液；3)在步骤2)得到的醋酸铜与氯化胆碱的络合盐溶液中加入氯化锂，得到混合溶液；4)将步骤1)得到的溶胀后的纤维素加入步骤3)得到的混合溶液中，得到纤维素溶液；以及5)利用步骤4)得到的纤维素溶液进行静电纺丝。本发明提出醇活化和醋酸铜与氯化胆碱的络合盐降粘两步法，逐步降低溶液粘度，促进纤维素在静电纺丝中拉伸成纤。

技术领域

本发明涉及天然高分子材料制备领域，特别是涉及一种纤维素静电纺丝的方法。

背景技术

纤维素不但具有来源广、无毒、可降解等特点，而且静电纺丝制备成的超细纤维素纤维具有可控尺度、高比表面积、高长径比(直径20μm-50μm，长度>100μm)、低密度和较低的热膨胀系数等性质。超细纤维素纤维可广泛应用于过滤吸附、纸张包装以及各类复合材料中。

纤维素静电纺丝应用的核心问题是纺丝液的制备。文献曾报到了适于纤维素溶解的溶剂，如N-甲基氧化吗啉/水、碱/尿素/水、离子液体等，其中氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)溶剂体系对高分子量纤维素溶解能力强，是应用较多的纤维素静电纺丝体系。

然而采用氯化锂的二甲基乙酰胺溶液来溶解和电纺纤维素仍然存在以下问题：一方面,由于氯化锂在二甲基乙酰胺溶液中的溶解度较低(8％-10％wt/v)，溶解纤维素所需氯化锂浓度是8％-9％wt/v，因此配置纤维素溶解液中氯化锂电离不完全，氯离子的释放能力较弱，即游离的氯离子的浓度较低，而难以进攻纤维素表面全部羟基，导致即使低浓度的纤维素溶解，纤维素分子间作用力仍然较强，电导性较弱，出现高粘度、低电导率的问题，使得纺丝成型困难。另一方面，由于氯化锂具有强吸湿性，溶液储存过程中会导致纤维素溶解破坏，产生凝胶。

参考纤维素低粘度的溶解体系如铜氨溶液中铜离子与氨离子络合成体积较大的铜氨离子，有效进攻纤维素氢键，隔离分子链间作用；碱/尿素/水体系中碱进攻纤维素氢键，尿素作为包覆层，隔离分子链间作用。因此，针对纤维素上复杂氢键作用，降低高粘度、改善电导性能的方法是改变氯离子的阴离子结构，抑制阴离子的在溶液中移动速率，减缓环境湿度对阴离子的影响，同时增加溶液中电子数量，提高阳离子的电离能力，使得阴离子进攻纤维素氢键，阳离子有效包覆纤维素外表面，隔离分子链间作用。

发明内容

基于此，有必要提供一种纤维素静电纺丝的方法，该方法可逐步降低溶液粘度，促进纤维素在静电纺丝中拉伸成纤。

一种纤维素静电纺丝的方法，包括如下步骤：

1)将纤维素浸没于一溶剂中，使得纤维素部分溶胀，得到溶胀后的纤维素，其中，溶胀后的纤维素中溶剂的质量分数为10％～60％，所述溶剂为甲醇或者乙醇；

2)将氯化胆碱和醋酸铜加入到二甲基乙酰胺中，得到醋酸铜与氯化胆碱的络合盐溶液，其中所述氯化胆碱和醋酸铜的质量比为2:1-1:3，所述醋酸铜与氯化胆碱的络合盐溶液中醋酸铜与氯化胆碱的络合盐的质量分数为0.1％-0.8％；

3)向步骤2)得到的醋酸铜与氯化胆碱的络合盐溶液中加入氯化锂，得到混合溶液，所述混合溶液中氯化锂的质量分数为6％-10％；

4)将步骤1)得到的溶胀后的纤维素加入步骤3)得到的混合溶液中，得到纤维素溶液；以及

5)利用步骤4)得到的纤维素溶液进行静电纺丝。

在其中一个实施例中，在步骤1)中，所述甲醇或者乙醇的质量分数均大于等于95％。

在其中一个实施例中，在步骤2)中，氯化胆碱和醋酸铜的质量比为1:1-1:1.5。