離子液體中接枝改性桑纖維與竹纖維的桑竹復合纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物化工的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種離子液體中接枝改性桑纖維與竹纖維的桑竹復合纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整和創(chuàng)新投入的加大，纖維的新品種日新月異。隨著人類環(huán)保意識的增強，對環(huán)境健康標準的提高，新型環(huán)保纖維的開發(fā)勢在必行。自然界中除棉花和麻類外，樹木、草類也大量生長著纖維素高分子，然而樹木、草類生長的纖維素，不是呈長纖維狀態(tài)存在，不能直接當作纖維來應用。將這些天然纖維素高分子經(jīng)過化學處理，不改變它的化學結(jié)構(gòu)，僅僅改變天然纖維素的物理結(jié)構(gòu)，從而制造出來可以作為纖維應用的而且性能更好的纖維素纖維。隨著人們對天然纖維的要求不斷提高，復合纖維逐漸被科研人員開發(fā)，利用復合纖維制造技術(shù)可以獲得兼有兩種聚合物特性的雙組分纖維，這種復合纖維更加適應人們的需求。
[0003]我國桑樹的種植面積和竹林面積位居世界第一。每年剪枝季節(jié)修剪下來的桑樹枝條和細竹枝條的儲量非常之大。它們作為一種可再生的生物質(zhì)能源廣泛存在于自然界中，成熟的桑枝和竹枝中存在著豐富的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等天然高分子材料，但人們對其利用程度還遠遠不夠，甚至對其只能當做燃料進行焚燒，不僅污染環(huán)境，更是浪費了大量的資源。因此，利用秸桿等廢棄物制備生物能源產(chǎn)品已經(jīng)成為研究的熱點問題。在桑枝和竹枝中纖維素的含量一般為30-40%左右，半纖維素含量一般為30%左右，木質(zhì)素的含量一般為10%左右。目前溶解植物秸桿的溶劑有NMM0、DMS0/PF等，但是這些對于植物秸桿的溶解效率不高，主要是由于桑枝和竹枝的成分中纖維素被半纖維素和木質(zhì)素交錯包裹，十分穩(wěn)定，不溶于水，從而形成了可發(fā)利用植物秸桿的強大障礙。
[0004]離子液體素有“綠色溶劑”之稱，它是一種由陰陽兩種離子組成的有機液體，也稱之為低溫下的熔鹽。離子液體作為溶劑具有很多優(yōu)良特性，例如其蒸汽壓近似為零，不易揮發(fā)且不產(chǎn)生污染問題，具有良好的離子導電性與導熱性，同時還具備高熱穩(wěn)定性與高熱容性。近年來開始應用于纖維素等材料的開發(fā)中，取得了初步研究進展，近年的研究表明離子液體具有較好的纖維素溶解和處理能力。因此以離子液體為溶劑將纖維素進行溶解，在離子液體中利用化學方法對纖維素進行接枝改性，使其高效轉(zhuǎn)化為纖維素衍生物，大大提高了纖維素的利用率，其綠色環(huán)保的特性對消除環(huán)境污染和推動生物質(zhì)資源工業(yè)化進程都有重要的意義。
[0005]目前接枝改性天然植物纖維已成為國內(nèi)外的研究熱點，科研人員大多通過對植物纖維進行接枝共聚的方法合成復合纖維，這種方法較為靈活，可以通過改變聚合物類型、長度、主鏈和支鏈的分散程度、接枝密度等來實現(xiàn)對材料性能的調(diào)控，克服植物纖維某些性質(zhì)的缺陷，然而該方法缺點在于制備工藝復雜，由于天然植物纖維的復雜結(jié)構(gòu)很難將植物纖維完全溶解，對植物纖維中纖維素的利用沒有達到最大化，而且合成的復合纖維很難降解，污染環(huán)境，韋珍珍等利用離子液體對小麥纖維進行溶解，反應48h后小麥纖維仍然沒有完全溶解。
[0006]桑樹枝和竹枝為可再生資源，原料豐富。桑纖維和竹纖維各有優(yōu)劣之處，桑纖維是柔韌性差，剛性強度低的長纖維，竹纖維為柔韌性和剛性強度較好的短纖維;此外，未經(jīng)處理的桑纖維和竹纖維在離子液體中較難完全溶解，導致在離子液體中制備二者的復合纖維效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中對桑纖維和竹纖維的溶解效率低和單一植物纖維材料性能差，以及制備桑纖維與竹纖維復合纖維效率低的不足，本發(fā)明提供了一種離子液體中接枝改性桑纖維與竹纖維制備桑竹復合纖維的方法。
[0008]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]—種離子液體中接枝改性桑纖維與竹纖維的桑竹復合纖維的制備方法，包括以下步驟:
[0010](I)超聲輔助NaOH處理桑纖維與竹纖維:將桑枝粉和竹枝粉分別置于燒杯(a)和(b)中，分別加入NaOH溶液并迅速攪拌均勻，將燒杯密封進行超聲輔助處理，超聲結(jié)束后先用蒸餾水進行洗滌，然后加醋酸進行中和，再用蒸餾水淋洗，最后經(jīng)抽濾分離，干燥研磨成粉；
[0011](2)離子液體中桑纖維溶液與竹纖維溶液的制備:取步驟(I)超聲輔助NaOH處理過后的桑枝粉和竹枝粉分別加入至血清瓶(a)和血清瓶(b)中，再分別向所述血清瓶(a)和(b)中加入離子液體，然后將兩個血清瓶分別進行油浴加熱并磁力攪拌，恒溫反應一段時間后制得桑纖維溶液和竹纖維溶液；
[0012](3)離子液體中桑竹復合纖維的制備:將步驟(2)得到的桑纖維溶液和竹纖維溶液按比例加入至同一血清瓶中，油浴加熱并磁力攪拌，恒溫反應一段時間后，用蒸餾水進行洗滌，最后經(jīng)過干燥處理，得到桑竹復合纖維。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟(I)中桑枝粉和竹枝粉分別由成熟的桑樹枝和竹枝洗凈去皮后烘干研磨成粉。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟(I)中NaOH溶液的濃度為120g/L，桑枝粉和竹枝粉分別與NaOH溶液的浴比為1:50?100。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟(I)中超聲輔助處理的溫度為50°C，超聲處理時間為l_2h。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟(I)中醋酸濃度為0.5g/L，中和至溶液呈中性。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟(I)中蒸餾水淋洗至纖維附著液的pH值為6?7左右，步驟(I)中干燥處理溫度為70-90°C，干燥時間為18-24h。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟(2)中離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯鹽[EMIM][DEP]或1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽([BMM] [Cl])，所述離子液體質(zhì)量百分比濃度為90wt%-1OOwt % ο
[0019]優(yōu)選地，所述步驟(2)中桑枝粉(竹枝粉)與離子液體的質(zhì)量比為1:20?25。
[0020]優(yōu)選地，所述步驟(2)和步驟(3)中恒溫反應的溫度在90_130°C條件下進行，反應時間為1.5-2h。
[0021]本發(fā)明的另一目的是提供由上述方法制備得到的離子液體中接枝改性桑纖維與竹纖維的桑竹復合纖維。
[0022]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0023]1.本發(fā)明以離子液體為溶劑，反應條件溫和易控且反應綠色環(huán)保無污染，在反應過程中避免了廢水、廢氣的產(chǎn)生，離子液體溶劑可經(jīng)過旋蒸干燥回收再利用，回收率達98%。
[0024]2.本發(fā)明采用超聲輔助NaOH處理的方法，對桑枝粉和竹枝粉進行超聲和浸潤膨脹處理后，桑枝粉失重率達到23%，處理后的桑枝粉和竹枝粉在離子液體中能夠高效溶解，在溫度為90-130°C下只需進行恒溫油浴加熱1.5-2h，桑枝纖維和竹枝纖維的溶解率可達到100%，相比離子液體溶解未處理的桑纖維的方法溶解率提高了20%。
[0025]3.本發(fā)明采用可再生的桑枝、竹枝廢棄物為原料，原料豐富，再生循環(huán)迅速，有助于解決原料短缺問題，充分利用和開發(fā)了可再生生物質(zhì)，同時實現(xiàn)了桑枝、竹枝廢棄物的高值轉(zhuǎn)化。
[0026]4.本發(fā)明是長纖維和短纖維制備成桑竹復合纖維的方法，桑竹復合纖維在自然條件下可降解，且兼具竹纖維的柔韌性和短纖維的剛性和強度，是優(yōu)質(zhì)的復合纖維。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實施例2制備的桑竹復合纖維(a)和超聲輔助NaOH處理的桑纖維(b)以及未經(jīng)超聲輔助NaOH處理的天然桑纖維(c)與竹纖維(d)的FT-1R圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明進一步解釋說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施例。
[0029]實施例1
[0030](I)取桑樹枝用小刀去除桑枝皮并截斷成2-3cm小段，取竹枝用小刀截斷成2-3cm小段，將它們用自來水洗凈，80°C烘干24h。
[0031](2)將截斷后的桑樹枝和竹枝分別用中藥粉碎機進行粉碎，粉碎后分別用行星式球磨儀以100r/min的速率球磨2h，80°C烘干2h，得到桑枝粉和竹枝粉。
[0032](3)取桑枝粉和竹枝粉各2g分別加入至10ml燒杯(a)和燒杯(b)中，按浴比1:50?100分別向兩燒杯中加入120