[发明专利]一种超强韧纳米组装纤维素长丝及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超强韧纳米组装纤维素长丝及其制备方法，属于材料科学技术领域。本发明采用纺丝模具制备纤维素长丝，通过三通道注射泵将纳米纤维素纺丝液和壳聚糖溶液分别注入纺丝模具的收敛流道和两个侧边的鞘流道，在收敛微流体的拉伸作用和三流道交汇处的聚电解质络合作用下，形成连续的纤维，将收集到的纤维素长丝洗涤后在拉伸状态下干燥，获得超强韧纳米组装纤维素长丝。本发明利用收敛微流体的拉伸作用调控纳米纤维素高度取向组装，并通过纺丝过程中聚电解质的原位离子交联作用，构筑高取向纳米纤维素与聚电解质的交联结构，解决纤维素长丝的强度和韧性矛盾性的问题，制备得到超强韧的纤维素长丝。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种超强韧纳米组装纤维素长丝及其制备方法。

背景技术

高性能、功能化纤维产品的发展极大地丰富了人们的日常生活，但在带来便捷的同时，难以降解的化纤织物也造成了严重的环境污染。因此，寻找和研发可替代的生物可降解纤维具有重要意义。纤维素是地球上存在最丰富的天然高分子材料，是工业可持续材料的关键来源。纤维素主要存在于绿色植物细胞壁中，成高度取向的层级结构。近年来，研究学者通过物理或化学方法剥离制备了天然纤维素层级结构中最基本的形态单元-纳米纤维素，基于其优异的机械性能、高比表面积、高亲水性及生物相容性，纳米纤维素在生物医学、复合材料、组织工程以及过滤膜等领域具有良好的应用前景。其中，TEMPO氧化制备的纳米纤维素具有较高的长径比，且尺寸分布均匀，该纳米纤维素表面负电荷间排斥作用不仅促进了纳米纤维素的剥离，同时有利于其在水中的均匀分散，均匀的纳米纤维素水分散液具有高分子溶液相当的粘性和流动性，具备良好的可纺性。

由纳米纤维素组装制备纤维素长丝的方法主要包括湿法纺丝、干法纺丝、微流体纺丝、聚电解质络合纺丝。湿法纺丝过程中较弱的拉伸和剪切作用难以实现纳米纤维素高度取向重排，并且，湿法纺丝初生纤维在凝固浴中固化及空气中干燥过程中存在解取向过程，因此，制备的纤维素长丝的拉伸强度较低，而且纺丝过程需要使用有机溶剂。用于干法纺丝的纳米纤维素水凝胶粘性较高，纳米纤维素具有较强的缠结作用，导致纤维素长丝中纳米纤维素的取向度较低，而且，在纺丝过程中，流动性较低的纺丝液中的气泡难以除去，导致制备的长丝中产生大量的空穴等缺陷，大大降低了纤维素长丝的机械性能。收敛微流道拉伸作用可有效诱导纳米纤维素取向组装，因此通过收敛微流体纺丝制备了纤维素长丝拉伸强度较高，但韧性较低。由于纳米纤维素排列密实程度较低，通过聚电解质络合纺丝制备的纤维素长丝力学性能较差。

目前，纳米纤维素长丝强韧化的相关研究工作，主要集中在如何提高长丝的取向度，进而增强其拉伸强度，如在湿法或干法纺丝过程中，调节纺丝速率、纺丝液浓度、纺丝针头的形状和长度，亦或通过收敛微流体纺丝引入较强的拉伸力场。然而，由于刚性的纳米纤维素间氢键相互作用，通过提高取向度制备的长丝韧性较差。在纳米纤维素纺丝液中引入柔性聚合物分子可有效提高纤维素长丝的韧性，但其强度大大降低。并且，由于纳米纤维素排列密实程度和取向度低，单一聚电解质络合纺丝制备的纤维素长丝力学性能较低。因此，寻求一种能够克服纤维素长丝强度和韧性之间的矛盾性，制备超强韧纤维素长丝的方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服纤维素长丝强度和韧性的矛盾性，提供一种超强韧纳米组装纤维素长丝及其制备方法。利用收敛微流体的拉伸作用调控纳米纤维素高度取向组装，并通过纺丝过程中聚电解质的原位离子交联作用，构筑高取向纳米纤维素与聚电解质的交联结构，制备超强韧纤维素长丝。本发明所制备的纤维素长丝主要用于手术缝合线，生物敷料等医用材料领域。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超强韧纳米组装纤维素长丝的制备方法，包括以下步骤：

（1）纳米纤维素纺丝液的制备

（2）壳聚糖溶液的配制

（3）纤维素长丝的制备