一種卡拉膠纖維及其複合纖維的製備方法

2023-08-04 22:22:46 1

專利名稱：一種卡拉膠纖維及其複合纖維的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種新型海藻纖維的製備方法，尤其是涉及一種採用K -和^ -
卡拉膠作為紡絲原料，並添加聚乙烯醇(PVA)、海藻酸鈉，通過溼法紡絲及拉伸熱定型技術製備卡拉膠纖維及其複合纖維的方法，屬於高分子材料領域。
背景技術：
纖維材料是人類生活的必需品，也是工業、交通運輸及公共場所的必須材料。生產纖維的基本途徑一方面是來源於土地(棉、麻、毛、絲等天然纖維)，另一方面是來源於石油(合成纖維)。天然纖維由於受到土地資源的制約，不可能無限制地擴大種植面積和飼養數量，而化學纖維雖然產量大，使用方便，但穿著遠不如天然纖維舒適，而且化學纖維工業原料受到石化資源的制約。為此，人類不得不研究尋找新的纖維材料。
海藻纖維是利用海藻多糖製備的一種天然纖維材料，屬再生資源，具有生物相容性好、生物可降解等特性，是一種良好的環境友好材料，其製品具有良好的保健和醫用功能。
目前，國內學者在海藻纖維的製備與應用方面做了大量的研究工作，夏延
致等通過凝膠紡絲工藝製備了一種強度較高的海藻纖維(CN1986921),通過調
節海藻酸鈉中的G鏈段與M鏈段的比例，製備了一種阻燃海藻纖維新材料，具
有阻燃、斷裂強度高和生物可降解等特點，可用於通過純紡或混紡的方法製造
阻燃紡織品(CN101037814);潘躍進等發明了一種用甲殼素纖維、海藻纖維和
天絲纖維製成的混紡紗線(CN1995512)，產品具有抑菌、消炎、防臭、止癢、
護膚及柔軟滑爽、吸溼透溼、舒適健康的保健作用，製成的混紡紗線及製品為
環保型及可降解性材料；張瑞文等將粘膠活性海藻與海藻酸鈉共混，製得粘膠
活性海藻纖維(CN1544727)，具有抗菌、止癢、美容、抗衰老的保健作用。從以上研究結果可以看出，目前大多數的研究集中於由褐藻提取的海藻酸
鹽纖維的製備與應用研究，而對紅藻多糖-卡拉膠纖維的製備研究則很少涉及。卡拉膠是從紅藻的角叉菜屬(Chondrus)、麒麟菜屬(Eucheuma)、杉藻屬(Gigartma)及沙菜屬(Hypnea)等品種海藻中提取的海藻多糖的統稱，是世界三大海藻膠工業產品(瓊膠、卡拉膠、褐藻膠)之一。卡拉膠是半乳聚糖的硫酸酯,不同的來源有不同的精細結構，其化學結構是由硫酸基化或非硫酸基化的半乳糖和3， 6-脫水半乳糖通過a-l， 3-糖苷鍵和P-l， 4糖苷鍵交替連接而成線形多糖化合物。大多數糖單位有一或兩個硫酸酯基，多糖鏈中總硫酸酯基含量為15% 40%，而且硫酸酯基數目與位置同卡拉膠的膠凝性密切相關。根據其半乳糖殘基上硫酸酯基團的不同可分為K-型、t-型、入-型、/3-型、『型等13種，其中主要的是k-型、「型、X-型。K -和t -卡拉膠通過雙螺旋交聯形成熱可逸凝膠多糖在溶液中呈無規線團結構，當多糖溶液冷卻時，足夠數量的交聯區形成了連續的三維網狀凝膠結構。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種利用紅藻多糖-卡拉膠溶
液紡絲製成纖維的方法。為解決卡拉膠溶液自身的凝膠行為以及脫水過程的困
難，較難形成高強度纖維的問題，本發明通過研究分析不同類型卡拉膠的結構
與溶液性質，結合其分子結構上硫酸基的離子交換性質，選擇合適的溶解及紡
絲工藝條件，選擇合適的凝固浴，獲得一種新型紅藻膠-卡拉膠纖維及其複合纖
維的製備方法，為拓展海藻纖維的類別開闢了新的途徑。
本發明以K -或t -卡拉膠、PVA、海藻酸鈉為原料，將高溫卡拉膠(或卡拉
膠/聚乙烯醇或卡拉膠/海藻酸鈉)濃溶液經過噴絲板擠出後送入低溫含二價陽離
子((Ba2+、 Ca2+)的鹽溶液(凝固浴)屮，同時對雙螺旋結構的卡拉膠及其混
合組分實施牽拉，使卡拉膠雙螺旋體延纖維軸向排列，卡拉膠溶液即形成不溶
於水的凝膠纖維。
為改善所得纖維的力學強度和應用領域，在纖維的製備過程中加入PVA或海藻酸鈉製成卡拉膠複合纖維。
本發明解決技術問題所採用的技術方案是 一種新型海藻纖維-卡拉膠纖維及其複合纖維的具體製備方法包括溶解、攪拌、脫泡、牽伸、洗滌、烘乾等過程，具體製備歩驟如下
第一歩，卡拉膠(或卡拉膠/聚乙烯醇或卡拉膠/海藻酸鈉)紡絲液的製備將卡拉膠(或卡拉膠/聚乙烯醇或卡拉膠/海藻酸鈉)加入適量蒸餾水中，在80-90
C的水浴中加熱2小時，得到質量百分比含量為3-10%的卡拉膠(或卡拉膠/聚
乙烯醇或，拉膠/海藻酸鈉)溶液，然後過濾，脫泡並靜置，製得紡絲液。
第二歩，卡拉膠纖維及其複合纖維的紡絲工藝將以上過濾脫泡後的紡絲
液通過溼法紡絲機以10-80m/min噴絲速度噴絲進入凝固浴中凝同牽伸，凝同浴為質量百分比為5-20%的氯化鋇或氯化鈣溶液，凝固浴溫度為20-4(TC，纖維的牽伸比例為10-50%，纖維經過洗滌、烘乾得到新型海藻纖維-卡拉膠纖維及其複合纖維材料。
本發明所述的卡拉膠/聚乙烯醇紡絲溶液的製備方法，其中卡拉膠/聚乙烯醇溶液的質量百分比是以卡拉膠和聚乙烯醇的總質量計，卡拉膠與聚乙烯醇以任意比混合。
本發明所述的卡拉膠/海藻酸鈉紡絲溶液的製備方法，其屮卡拉膠/海藻酸鈉溶液的質量百分比是以卡拉膠和海藻酸鈉的總質量計，卡拉膠與海藻酸鈉以任意比混合。
用卡拉膠紡絲製成纖維，不僅原料豐富，又可為卡拉膠的深加工及利用開闢了新的方向，拓寬了海藻纖維的種類，符合環保、健康、綠色、可持續發展的戰略，不僅具有相當的經濟效益，而且還有一定的社會效益。該海藻纖維具有蠶絲般的輕柔與光澤，棉花纖維的透氣舒適，羊毛般的保暖挺擴。而且，產品具有生物相容性好、易降解等優點，加工容易、成本低、無三廢汙染，屬於環保可再生的綠色紡織材料。
具體實施例方式
下面通過具體實施例對本發明方法做進一步的說明。
實施例1:將60克i -卡拉膠加入1140克水中，在80°C的水浴中充分攪拌溶解2小時， 得到含量5% (質量百分比)的卡拉膠溶液，用150-250目過濾布過濾、脫泡並 靜置8小時製成紡絲液，將以上過濾脫泡後的紡絲液通過溼法紡絲機以25m/min 噴絲速度噴絲進入凝固浴中凝固牽伸，凝固浴為15% (質量百分比)氯化鋇溶 液，凝固浴溫度為室溫，纖維的牽伸比例為10%，纖維經過洗滌、烘乾得到本 發明的新型海藻纖維-卡拉膠纖維材料。
實施例2:
將35克k -卡拉膠和35克PVA加於630克水中，在90°C的水浴中充分攪 拌溶解2小時，得到含量10% (質量百分比)的卡拉膠/PVA溶液，用150-250 目過濾布過濾、脫泡並靜置6小時製成紡絲液，將以上過濾脫泡後的紡絲液通 過溼法紡絲機以15m/min噴絲速度噴絲進入凝固浴中凝固牽伸，凝固浴為5% 氯化鋇溶液，凝固浴溫度為3(TC，纖維的牽伸比例為30%，纖維經過洗滌、烘 幹得到本發明的新型海藻纖維-卡拉膠複合纖維材料。
實施例3:
將30克i -卡拉膠和30克海藻酸鈉加入690克水中，在9(TC的水浴中充分 攪拌溶解2小時，得到含量8%(質量百分比)的卡拉膠/海藻酸鈉溶液，用150-250 目過濾布過濾、脫泡並靜置6小時製成紡絲液，將以上過濾脫泡後的紡絲液通 過溼法紡絲機以10m/min噴絲速度噴絲進入凝固浴中凝固牽伸，凝固浴為10% 氯化鈣溶液，凝固浴溫度為4(TC，纖維的牽伸比例為50%，纖維經過洗滌、烘 幹得到本發明的新型海藻纖維-卡拉膠複合纖維材料。
權利要求
1、一種卡拉膠纖維的製備方法，其特徵在於按照如下步驟操作第一步，將K-或ι-卡拉膠溶於蒸餾水中，在80-90℃的水浴中加熱2小時，得到質量百分比含量為3-10％的卡拉膠溶液，然後過濾、脫泡並靜置，製得紡絲液；第二步，將紡絲液通過溼法紡絲機以10-80m/min噴絲速度噴絲進入凝固浴中凝固牽伸，凝固浴為質量百分比為5-20％的氯化鋇或氯化鈣溶液，凝固浴溫度為20-40℃，纖維的牽伸比例為10-50％，纖維經過洗滌、烘乾得到新型海藻纖維-卡拉膠纖維材料。
2、 一種卡拉膠複合纖維的製備方法，其特徵在於按照如下步驟操作第一步，將卡拉膠/聚乙烯醇或卡拉膠/海藻酸鈉溶於蒸餾水中，在80-90。C的水浴中加熱2小時，得到質量百分比含量為3-10%的卡拉膠/聚乙烯醇或卡拉膠/海藻酸鈉溶液，然後過濾、脫泡並靜置，製得紡絲液；第二步，將紡絲液通過溼法紡絲機以10-80m/min噴絲速度噴絲進入凝固浴中凝固牽伸，凝固浴為質量百分比為5-20%的氯化鋇或氯化鈣溶液，凝固浴溫度為20-40°C，纖維的牽伸比例為10-50%，纖維經過洗滌、烘乾得到新型海藻纖維-卡拉膠複合纖維材料。
3、 根據權利要求2所述的一種卡拉膠複合纖維的製備方法，其特徵在於卡拉膠/聚乙烯醇溶液的質量百分比是以卡拉膠和聚乙烯醇的總質量計，卡拉膠與聚乙烯醇以任意比混合。
4、 根據權利要求2所述的一種卡拉膠複合纖維的製備方法，其特徵在於卡拉膠/海藻酸鈉溶液的質量百分比是以卡拉膠和海藻酸鈉的總質量計，卡拉膠與海藻酸鈉以任意比混合。
全文摘要
本發明涉及一種卡拉膠纖維及其複合纖維的製備方法。將卡拉膠或卡拉膠/聚乙烯醇或卡拉膠/海藻酸鈉溶於水中，水浴加熱並攪拌，得到質量百分比含量為3-10％的卡拉膠或卡拉膠/聚乙烯醇或卡拉膠/海藻酸鈉溶液，過濾、脫泡製得紡絲液；然後將紡絲液通過溼法紡絲機噴絲進入氯化鋇或氯化鈣凝固浴中凝固牽伸，纖維經過洗滌、烘乾得到新型海藻纖維-卡拉膠纖維及其複合纖維。本發明方法原料豐富，加工容易、成本低、無三廢汙染，開闢了卡拉膠深加工及利用的新方向，拓寬了海藻纖維的種類。製得的纖維具有生物相容性好、易降解等優點，是環保可再生的綠色紡織材料，具有較高的經濟效益和社會效益。
文檔編號D01D1/10GK101509152SQ20091012907
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月20日 優先權日2009年3月20日
發明者夏延致, 孔慶山, 全 紀, 薛志欣 申請人:青島大學