[发明专利]一种改性纳米纤维素增强聚丙烯腈纤维及其制法与应用

说明书

本发明属于高分子材料领域，公开了一种改性纳米纤维素增强聚丙烯腈纤维及其制备方法与应用。所述的改性纳米纤维素增强聚丙烯腈纤维的制备方法为：以植物纤维素为原料，经过特定的选择性氧化和化学处理制备含有氰基的纳米纤维素，然后将氰基的纳米纤维素掺杂于聚丙烯腈纺丝原液，经过湿法纺丝、牵伸、水洗和干燥处理后得到改性纳米纤维素增强聚丙烯腈纤维。所述改性纳米纤维素增强聚丙烯腈纤维不仅具有良好的拉伸强度，且弹性模量有了很大的提高，可以应用到扁平聚丙烯腈纤维、高模量聚丙烯腈纤维、耐摩擦腈纶纤维等纺丝材料和纺织品领域。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种改性纳米纤维素增强聚丙烯腈纤维及其制备方法与应用。

背景技术

腈纶纤维有人造羊毛之称，具有柔软、膨松、易染、色泽鲜艳、耐光、抗菌、不怕虫蛀等优点，根据不同用途的要求，可纯纺或与天然纤维混纺，其纺织品被广泛地用于服装、装饰、产业等领域。腈纶在内部大分子有序排列结构上很独特，呈不规则的螺旋形构象，且没有严格的结晶区。纯的聚丙烯腈纤维吸湿性较差，染色困难。

纳米纤维素可分为纤维素纳米晶须和纤维素纳米纤丝，由于其独特的物理化学性质和特性，已经成为广泛研究和应用的一维纳米材料。纤维素纳米晶须一般通过酸水解的方法制备，具有高度取向结构，但是尺寸较小(直径为2-20nm，长度为100-600nm，长径比10-100)，制备过程需要用强酸处理，制备工艺复杂，成本较高，环境负荷较大。纤维素纳米纤丝是纤维素原料经过酶解法或者机械法处理，将纤维素纤丝化的产物，具有较高的长径比(直径10-40nm，长度大于1μm，长径比大于100)(Siro,I.,Plackett,D.(2010).Microfibrillated cellulose and new nanocomposite materials:areview.Cellulose,17(3),459-494.)。相比于纤维素纳米晶须，纤维素纳米纤丝制备方法简单且成本更低，更容易实现在工业化中的应用。

目前已公开的腈纶相关专利报道大多集中在腈纶纤维的功能化方面，如阻燃性(中国专利申请号2015101883251)、抗起球性(中国专利申请号2012103590942)、抗菌性(中国专利申请号2016104843744)、抗紫外性(中国专利申请号2015104585036)和导电性(中国专利申请号2008100742254)等；但是，目前鲜有关于改性纤维素纳米纤丝直接增强腈纶纤维的专利报道。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种改性纳米纤维素增强聚丙烯腈纤维；

本发明的另一目的在于提供上述改性纳米纤维素增强聚丙烯腈纤维的制备方法；

本发明的再一目的在于上述改性纳米纤维素增强聚丙烯腈纤维的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种改性纳米纤维素增强聚丙烯腈纤维，其结构式如式(1)所示：

式(1)：

上述的改性纳米纤维素增强聚丙烯腈纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)以植物纤维为原料，用超微粒粉碎机处理数次后得到纳米纤维素；

(2)用高碘酸盐氧化步骤(1)制备的纳米纤维素中吡喃式葡萄糖结构单元中的C2和C3位置，生成具有2,3-二醛基结构的纤维素；

(3)将步骤(2)制备的具有2,3-二醛基结构的纤维素用盐酸羟胺处理一段时间后得到含有醛肟结构的纤维素，用水离心洗涤至中性，备用；

(4)将步骤(3)中得到的含有醛肟结构的纤维素在一定量的酸酐以及一定温度下脱水回流一段时间，得到2,3-二氰基纳米纤维素；