專利名稱：采用離子液體溶解和加工竹麻纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬竹麻共混纖維制備領(lǐng)域，特別是涉及一種采用離子液體溶解和加工竹麻纖維 的方法。
背景技術(shù)：
自然界中的所有有機(jī)物質(zhì)中，纖維素不僅儲(chǔ)備量最大，而且有巨大的恢復(fù)量(每年的 天然產(chǎn)出量有數(shù)十億噸)。目前只有極少的纖維素被制成纖維。用于制造纖維和薄膜的纖 維素量，還不及世界工業(yè)生產(chǎn)的纖維素產(chǎn)量的4%。
隨著人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的不斷深入以及石油、煤、天然氣等資源的日益短缺，合成纖 維的發(fā)展將受到限制，纖維素的利用將逐漸擴(kuò)大。纖維素纖維由于原料纖維素能被生物分 解或安全燃燒轉(zhuǎn)化成水蒸氣和二氧化碳，由廢棄物引起的破壞環(huán)境問題少。因此發(fā)展纖維
素纖維是十分必要的。其中，竹材作為一種纖維素來源，其生長周期短， 一般3 5年即可 成材砍伐，產(chǎn)量高，對(duì)生長環(huán)境要求低，使得成本較低。且不影響生態(tài)平衡，因此是未來 極佳的紡織原料。并且竹的橫截面布滿了不規(guī)則的空隙，是一種超中空纖維，可在瞬間吸 收和蒸發(fā)水分，具有極佳的透氣、透濕的毛細(xì)管效應(yīng)；因此，竹纖維吸具有吸濕性能好、 透氣性強(qiáng)、手感柔軟、織物懸垂性好、上色容易、色澤鮮艷、穿著涼爽等一系列優(yōu)點(diǎn)。同 時(shí)，竹纖維還具有抑菌性能，并且不因穿著和水洗時(shí)而降低或消失。因此開發(fā)竹纖維顯得 非常有必要，具有可持續(xù)發(fā)展功能。
我國麻類作物資源豐富，品種齊全，擁有幾乎世界所有的主要麻類作物。栽培的主要 韌皮纖維作物有苧麻、亞麻、大麻、紅麻(原稱洋麻)、黃麻、青麻(原稱苘麻)、大麻和 劍麻等。麻材具有天然的抑菌、防霉性質(zhì).在生長過程中農(nóng)藥和殺蟲劑使用少，平均產(chǎn)量 非常高。將天然麻經(jīng)過溶解再生后，得到的再生麻纖維的可紡性、織造性、可染性良好， 手感柔軟，具有吸濕性、透氣性、強(qiáng)力高等特點(diǎn)，再生麻纖維的力學(xué)性能和穿著性能與明 顯優(yōu)于天然麻纖維。在再生麻纖維的生產(chǎn)過程中極大限度地保留了天然麻的抑菌和防霉物 質(zhì)，使其架接在麻纖維大分子鏈上不受破壞，所以仍具有抑菌、防霉性能。同時(shí)紗線具有 抗靜電、高吸濕性、抗紫外線輻射等作用。
由于纖維素的熱分解溫度低于熔融溫度而不能采用熔融法進(jìn)行加工，并且其結(jié)晶度高 及分子間、分子內(nèi)存在大量氫鍵，而導(dǎo)致纖維素難溶解于常規(guī)的有機(jī)溶劑。從而使其在利 用中受到限制。
目前生產(chǎn)纖維素纖維主要采用的是粘膠法，生產(chǎn)過程冗長而復(fù)雜，能耗和操作費(fèi)用高，并存在廢氣、廢水、廢渣的污染、處理回收等多項(xiàng)問題。而離子液體為本世紀(jì)開發(fā)的一種 新型溶劑，通過合適調(diào)配同樣可作為纖維素的溶劑。該溶劑在較寬的溫度范圍內(nèi)以液態(tài)存 在，且具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、無可測(cè)蒸氣壓、不燃、無揮發(fā)性，有利于環(huán)境 保護(hù)和操作人員健康。可以通過選擇適宜的陰、陽離子組合而改變其物理化學(xué)性質(zhì)，是許 多有機(jī)物、無機(jī)物和高分子材料的良溶劑。易于循環(huán)利用等。因而離子液體有21世紀(jì)"綠 色溶劑"之美譽(yù)。許多離子液體對(duì)纖維素的溶解度很大，有些甚至達(dá)到25%;而采用纖維 素黃化法生產(chǎn)粘膠纖維所采用的纖維素濃度不超過10%，因此采用離子液體生產(chǎn)纖維素纖維可以大大提高生產(chǎn)效率。目前見于報(bào)道的竹麻共混纖維主要是采用傳統(tǒng)的粘膠法生產(chǎn)纖維。如200510002955.1、 200610020970.3、 200610083861.6、 200410046451.5。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種采用離子液體溶解和加工竹麻纖維的方法，利用竹、麻纖維 的不同纖維特性及它們作為一種天然纖維素，可以溶解在共同溶劑中進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)生態(tài) 安全生產(chǎn)，解決目前采用粘膠法生產(chǎn)纖維素纖維所帶來的環(huán)境污染問題，滿足生產(chǎn)需要。本發(fā)明的一種采用離子液體溶解和加工竹麻纖維的方法，以離子液體為溶劑來溶解竹 漿和麻、制備竹麻共混纖維，具體步驟包括(1) 將粉碎的竹、麻漿粕與離子液體混合均勻，在35 160'C溫度下溶解、脫泡1 120小 時(shí)，形成總固含量為3~50%的均一穩(wěn)定紡絲溶液，其中竹、麻的質(zhì)量比為1~99%:99~1%， 微波輻射、施加一定的真空度等有利于漿粕的溶解；(2) 經(jīng)過濾、脫泡后，采用濕法紡絲、干噴濕紡法或熔噴濕紡法進(jìn)行紡絲，凝固浴固化， 其中凝固浴為水或0~60%的離子液體水溶液，凝固浴溫度為0~90°C，紡絲速度為5~150 米/分；(3) 再經(jīng)拉伸、水洗、漂白，以徹底除去纖維中的各種雜質(zhì)，再經(jīng)過上油、干燥等工序， 得到竹麻共混復(fù)合纖維。所述粉碎的竹、麻漿粕是將纖維素聚合度為300-2500、 a-纖維素含量90%~100%的竹、 麻漿粕經(jīng)機(jī)械粉碎，漿粕活化處理或不處理，麻種類可以是苧麻、亞麻、大麻、紅麻(原 稱洋麻)、黃麻、青麻、劍麻、蕉麻、菠蘿麻、椰殼麻等或它們的混合物。所述離子液體是由陽離子和陰離子組成，陽離子為取代基是氫、C廣Q的烷基、乙烯 基、丙烯基、丁烯基、羥乙基、羥丙基、烷氧基中的一種或幾種的垸基季銨離子、垸基季 磷離子、烷基咪唑離子或垸基吡啶離子；所述的陰離子為鹵素離子、BF4—、 PF4—、 SCN—、CN-、 OCN-、 CNCT、 CF3S03—、 CF3CO(y、 (CF3S02)2N-、 (CF3S02)2Cr中的一種。所述拉伸是纖維經(jīng)過緊張拉伸、噴頭拉伸、塑化拉伸、空氣浴后拉伸或回縮等一種或幾種組合進(jìn)行拉伸，總拉伸率為3~200%。所述復(fù)合纖維包括共混短纖維和長絲，纖維強(qiáng)度是2~5 cN/dtex，纖維的截面形狀有常 規(guī)和異形，得到的纖維不僅可作為紡織原料，而且可作為炭纖維的原絲。 本發(fā)明的有益效果-(1) 我國幅員廣闊，竹麻資源豐富，為竹麻纖維提供了廣泛的資源；(2) 采用離子液體制備纖維，避免了粘膠法冗長而復(fù)雜的生產(chǎn)過程，生產(chǎn)過程明顯縮短， 能耗和操作費(fèi)用低，而離子液體作為一種新型的纖維素溶劑，無毒無害、無揮發(fā)性，有利 于環(huán)境保護(hù)和操作人員健康，離子液體的水溶液還可用做凝固浴，且易于回收，符合綠色 生產(chǎn)的要求；(3) 本發(fā)明所制備得到的竹麻共混纖維具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，其機(jī)械性能明顯高于相應(yīng) 的采用粘膠法生產(chǎn)的常規(guī)粘膠纖維；(4) 共混纖維制成的織物具涼爽的感覺等優(yōu)點(diǎn)，竹麻共混纖維具有吸濕性能好、透氣性 強(qiáng)、手感柔軟、織物懸垂性好、上色容易，還有一定的抑菌能力，作為服裝對(duì)人體健康有 一定邦助，還可制成口罩、護(hù)墊、襯墊材料、衛(wèi)生巾、包裝袋等用于醫(yī)療衛(wèi)生部門。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限 定的范圍。每個(gè)實(shí)施例中的份數(shù)是重量份數(shù)。實(shí)施例1將粉碎的9份竹漿粕、l份紅麻、90份[BMIM]C1 (l-丁基-3-甲基咪唑鹽酸鹽)離子液 體混合均勻，在45'C下攪拌24小時(shí)，得到紡絲溶液。紡絲溶液經(jīng)過濾、脫泡后，經(jīng)多孔噴絲板進(jìn)入到含5%離子液體的凝固浴中，凝固浴 溫度為25°C。經(jīng)過10%的拉伸后，再經(jīng)水洗、漂白、上油、干燥等程序，紡絲速度為5 米/分，得到強(qiáng)度為3.2cN/dtex的纖維。實(shí)施例2將粉碎的1份竹漿粕、1份黃麻、6份[C2MIM]C1 (l-乙基-3-甲基咪唑鹽酸鹽)離子液體混合均勻，在IO(TC下攪拌120小時(shí)，得到紡絲溶液。紡絲溶液經(jīng)過濾、脫泡后，經(jīng)多孔噴絲板進(jìn)入到水凝固浴中，凝固浴溫度為15'C。經(jīng) 過3%的拉伸后，再經(jīng)水洗、漂白、上油、干燥等程序，紡絲速度為20米/分，得到強(qiáng)度為 3.5cN/dtex的纖維。實(shí)施例3將粉碎的l份竹漿粕、4份紅麻，5份黃麻、30份[AMIM]C1 (l-烯丙基-3-甲基咪唑鹽 酸鹽)離子液體混合均勻，在6(TC下攪拌80小時(shí)，得到紡絲溶液。紡絲溶液經(jīng)過濾、脫泡后，經(jīng)多孔噴絲板進(jìn)入到含25%離子液體的凝固浴中，凝固浴 溫度為55。C。經(jīng)過8%的塑化拉伸后，再經(jīng)水洗、漂白、上油、干燥等程序，紡絲速度為 30米/分，得到強(qiáng)度為4.0cN/dtex的纖維。
權(quán)利要求
1.一種采用離子液體溶解和加工竹麻纖維的方法，包括步驟(1)將粉碎的竹、麻漿粕與離子液體混合均勻，在35～160℃溫度下溶解、脫泡1～120小時(shí)，形成總固含量為3～50％的均一穩(wěn)定紡絲溶液，其中竹、麻的質(zhì)量比為1～99％∶99～1％；(2)經(jīng)過濾、脫泡后，紡絲，凝固浴固化；(3)再經(jīng)拉伸、水洗、漂白，再經(jīng)過上油、干燥工序，得竹麻共混復(fù)合纖維。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用離子液體溶解和加工竹麻纖維的方法，其特征在于所述 粉碎的竹、麻漿粕是將纖維素聚合度為300-2500、 01-纖維素含量90%~100%的竹、麻漿粕 經(jīng)機(jī)械粉碎。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用離子液體溶解和加工竹麻纖維的方法，其特征在于所述離 子液體是由陽離子和陰離子組成，陽離子為取代基是氫、C廣Q的烷基、乙烯基、丙烯 基、丁烯基、羥乙基、羥丙基、烷氧基中的一種或幾種的垸基季銨離子、烷基季磷離子、 烷基咪唑離子或烷基吡啶離子；所述的陰離子為鹵素離子、BF" PF" SCN-、 CN-、 OCN-、 CNCT、 CF3S03\ CF3COCT、 (CF3S02)2N^(CF3S02)2Cr+的一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釆用離子液體溶解和加工竹麻纖維的方法，其特征在于所述 步驟(2)中的紡絲是濕法紡絲、干噴濕紡法或熔噴濕紡法進(jìn)行紡絲，其中凝固浴為水或 0 60%的離子液體水溶液，凝固浴溫度為0 9(TC，紡絲速度為5~150米/分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用離子液體溶解和加工竹麻纖維的方法，其特征在于所述 拉伸是纖維經(jīng)過緊張拉伸、噴頭拉伸、塑化拉伸、空氣浴后拉伸或回縮中的一種或幾種組 合進(jìn)行拉伸，總拉伸率為3~200%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用離子液體溶解和加工竹麻纖維的方法，其特征在于所述 復(fù)合纖維是共混短纖維或長絲，纖維強(qiáng)度是2~5 cN/dtex，纖維的截面形狀是常規(guī)或異形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用離子液體溶解和加工竹麻纖維的方法，包括步驟(1)將粉碎的竹、麻漿粕與離子液體混合均勻，在35～160℃溫度下溶解、脫泡1～120小時(shí)，形成總固含量為3～50％的均一穩(wěn)定紡絲溶液，其中竹、麻的質(zhì)量比為1～99％∶99～1％；(2)經(jīng)過濾、脫泡后，紡絲，凝固浴固化；(3)再經(jīng)拉伸、水洗、漂白，再經(jīng)過上油、干燥工序，得竹麻共混復(fù)合纖維。本發(fā)明中使用離子液體生產(chǎn)效率高且易于回收，符合綠色生產(chǎn)的要求，制得的復(fù)合纖維具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、機(jī)械性能，制成的織物具有吸濕性能好、透氣性強(qiáng)、手感柔軟、織物懸垂性好、上色容易、抗菌性能等特點(diǎn)，同時(shí)為用作醫(yī)藥、衛(wèi)生部門提供了一種材料。
文檔編號(hào)D01D5/06GK101230496SQ20081003379
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者何春菊, 孫俊芬, 王慶瑞, 陳雪英 申請(qǐng)人:東華大學(xué)