[发明专利]一种细菌纤维素复合纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种细菌纤维素复合纤维及其制备方法。制备方法包括：将生长出的细菌纤维素膜碱处理后，水洗至中性，剪成小块机器粉碎成浆料，将浆料干燥后溶解到氯化钙/酸溶解体系中，细菌纤维素溶液和第二相溶液通过特制复合喷丝头挤出到凝固浴，两种溶液在喷丝头中来复线的作用下形成螺旋异质初生纤维，纤维干燥水浴拉伸制得细菌纤维素复合纤维。本发明的所述工艺简单、成本低，易规模化生产，所制得细菌纤维素复合纤维力学性能优异。

技术领域

本发明涉及生物基纤维技术领域，且特别涉及一种细菌纤维素复合纤维及其制备方法。

背景技术

随着经济社会的快速发展、科学技术的日新月异，石油等不可再生资源的枯竭，对可再生资源的有效利用迫在眉睫。纤维素是地球上取之不尽用之不竭的可再生资源，在替代石油产品方面具有巨大的应用潜力。细菌纤维素(BC)是通过培养细菌在气液界面上生长的一种纤维素，其形态为(不含半纤维素和木质素)的纤丝带状，结晶度高(70-89％)。BC的高结晶结构赋予了其优异的力学性能(杨氏模量高达114GPa)，同时BC已实现工业化大规模生产、成本低，并具有良好的生物相容性、天然可降解性、亲水性和无毒，广泛应用于食品、医用敷料和包装等领域。BC的水凝胶不能充分发挥其优异的力学性能，将纳米BC通过简易高效的工艺制备高性能的宏观纤维是目前BC应用领域亟待解决的问题，目前BC纤维的制备方法分为两类，一是BC凝胶拉伸加捻法，如专利CN109228421A中将BC凝胶膜在溶剂中浸泡、拉伸和加捻后制得高强BC微米纤维。此方法所制备的BC纤维强度较高，但工艺复杂，无法大规模连续化生产。二是溶解湿法纺丝法，目前采用的溶解体系主要有；NaOH/尿素溶液、N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、离子液体(ILs)、DMAc/LiCl、磷酸溶剂等，如专利CN101492837中采用上述溶解体系制备了高聚合度BC纤维。但上述溶解体系中，NaOH/尿素溶液、磷酸溶剂会引起细菌纤维素大量解聚而使制得宏观纤维力学性能较差，其他体系所用溶剂昂贵、耗时长、工艺复杂，而且现有的细菌纤维素凝胶拉伸加捻工序繁琐、难以规模化生产，湿法纺丝工艺复杂、耗时长、成本高，所制得的纤维力学性能较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种细菌纤维素复合纤维及其制备方法，生长出的细菌纤维素膜预处理后，机械粉碎成浆料，加入到氯化钙/酸溶解体系中，与第二相溶液经特制喷丝头湿法纺丝，热拉伸成具有螺旋异质结构的高性能复合BC纤维，所制得的复合纤维具有优异的力学性能、天然可降解性、生物相容性及抗菌等功能特性，可应用于生物医药、电子传感等领域。

本发明提供一种细菌纤维素复合纤维的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一、室温下将生长出的细菌纤维素膜用碱溶液浸泡处理，去离子水洗涤至中性；

步骤二、预处理后的细菌纤维素膜剪成小块，经粉碎机器粉碎成浆料，冷冻干燥；

步骤三、将冷冻干燥后的细菌纤维素加入到氯化钙/酸溶解体系中形成细菌纤维素溶液，将所述细菌纤维素溶液和第二相溶液经喷丝头挤出到凝固浴中成型得到初生复合纤维。

步骤四、将所述初生复合纤维在水浴中热拉伸定型制得细菌纤维素复合纤维；

所述喷丝头包括喷丝主管，所述喷丝主管的进料端设有两个进料支管，所述喷丝主管的内壁沿着其轴长设置有环绕其轴线的螺旋凸起，所述细菌纤维素溶液和第二相溶液分别从两个进料支管进入到喷丝主管中。

优选地，步骤一中所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种，碱溶液浓度为5～40g/L，浸泡时间为8～24小时，细菌纤维素膜与碱液的质量比为1:10～1:100。

优选地，步骤二中所述细菌纤维素膜小块大小为5～15cm。

优选地，步骤二中所述粉碎机器为均质机、细胞破碎机、超声波清洗机、纤维破碎机、家用豆浆机的一种或多种，处理时间为5～30分钟。