專利名稱：甲殼素與纖維素皮芯復(fù)合纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功能性纖維材料甲殼素與纖維素皮芯復(fù)合纖維 及其制備方法，特別是一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的甲殼素與纖維素復(fù)合纖維 及其制備方法。
背景技術(shù)：
甲殼素是甲殼素經(jīng)過濃堿處理后脫去乙?；漠a(chǎn)物。甲殼素是由 蝦、蟹等的外殼及菌類、藻類的細(xì)胞壁中提煉的一種天然生物高聚物。
在自然界中甲殼素的年生物合成量在ioo億噸以上，是一種僅次于纖
維素的蘊(yùn)藏量極為豐富的有機(jī)再生資源。甲殼素具有良好的生物相容 性、廣譜抗菌性以及免疫促進(jìn)活性、生物降解性等功能。我國目前有
300多個(gè)甲殼素生產(chǎn)廠家，已經(jīng)成為甲殼素生產(chǎn)和出口大國，加上甲 殼素和甲殼素的下游產(chǎn)品的生產(chǎn)，我國實(shí)際上已經(jīng)形成了一個(gè)甲殼素 和甲殼素生產(chǎn)的新興產(chǎn)業(yè)群。已有技術(shù)采用甲殼素溶液紡制成纖維， 用于可吸收手術(shù)縫紉線和人造皮膚等醫(yī)療用途，但是純甲殼素纖維缺 乏紡織后加工所需要的物理機(jī)械性能，成本很高，價(jià)格昂貴，其廣泛 普及應(yīng)用受到限制。
纖維素纖維作為一種可再生性纖維，具有良好的吸濕透氣性、穿 著舒適性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，為了滿足人們對(duì)纖維紡織品的多功能 需求，可以通過在纖維紡絲過程中添加一些功能成分來實(shí)現(xiàn)功能纖維 素纖維的生產(chǎn)。常規(guī)的粘膠纖維是一種再生纖維素纖維，但是由于在 生產(chǎn)過程中有大量的廢水及廢氣生成，污染嚴(yán)重。纖維素氨基甲酸酯 是一種纖維素酯，目前己經(jīng)作為纖維素磺酸酯的升級(jí)換代產(chǎn)品用于紡 織，解決了環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)了纖維素的充分利用。
目前，通過在纖維素纖維生產(chǎn)過程中添加甲殼素或者甲殼素來制 備具有抗菌的粘膠纖維，采用這種方法制備的纖維中甲殼素或者甲殼 素等成分在纖維內(nèi)部均勻分布，如專利CN01126469.1， 一種保健型 高濕模量粘膠纖維、制造方法及用途中公開了一種含有甲殼素的保健
型高濕模量粘膠纖維，該纖維外表面上與人體接觸部分甲殼素的濃度 很大程度上被稀釋，難以發(fā)揮甲殼素產(chǎn)品的生物活性，以致使纖維達(dá)
不到應(yīng)有的殺菌、抗菌等功能實(shí)現(xiàn)。專利CN1120198C，甲殼素/纖維 素共混膜或纖維材料及其制法和用途公開了一種敬愛殼素和纖維素 共混材料及其用途和制備方法，通過該方法制備的共混纖維中甲殼素 平均分布在纖維內(nèi)部，其抗菌等功效也受到很大影響。歸結(jié)起來， 現(xiàn)有的制備含有甲殼素的纖維技術(shù)及其產(chǎn)品存在抗菌功效低，功能性 差，制備技術(shù)復(fù)雜，生產(chǎn)工藝不合理等突出缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，尋求提供一種甲 殼素與纖維素復(fù)合纖維及其制備方法，該纖維具有皮芯型復(fù)合結(jié)構(gòu)， 所述皮層為甲殼素與纖維素的混合物，芯層為纖維素，具有優(yōu)良的物 理機(jī)械性能，其復(fù)合纖維由于采用皮芯復(fù)合結(jié)構(gòu)，皮層中甲殼素含量 較高而具有良好的抗菌、止癢、消臭等保健功能，由于芯層中纖維素 成份保持了纖維素纖維本身的優(yōu)良紡織服裝服用性能，可以用來制備 各種具有保健功能的織物，尤其是內(nèi)衣保健紡織品材料；其制備方法 工藝沒有污染，適宜于人們對(duì)甲殼素與纖維素復(fù)合纖維大規(guī)模的生 產(chǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的甲殼素與纖維素復(fù)合纖維是由甲殼 素和纖維素所組成的具有皮層和芯層結(jié)構(gòu)的皮芯型復(fù)合纖維，甲殼素 的重量百分含量比2-50%，較好為6-30%;其中復(fù)合纖維的芯層為纖 維素，纖維采用皮層和芯層結(jié)構(gòu)的皮芯型；甲殼素的分子量為20-40 萬，脫乙酰度為75%-95%;所述纖維素為聚合度400-800的棉纖維素、 木纖維素中的一種或者兩種。
本發(fā)明甲殼素與纖維素復(fù)合纖維的制備方法是將甲殼素溶于稀 氫氧化鈉溶液制備出1-10%濃度的甲殼素紡絲原液，纖維素溶于氫氧 化鈉和尿素混合水溶液體系中制備濃度為4-20%的纖維素紡絲原液， 將兩種溶液混合制備共混皮層紡絲原液，纖維素紡絲原液作為芯層紡 絲原液；將纖維素紡絲原液通過皮芯復(fù)合紡絲機(jī)的芯層入口、將纖維 素和甲殼素共混皮層紡絲原液通過皮芯復(fù)合紡絲機(jī)的皮層入口進(jìn)入
凝固浴紡絲成型，并經(jīng)過后處理工序得到皮芯結(jié)構(gòu)的甲殼素與纖維素 復(fù)合纖維；其中的凝固采用濃度為1%-7%的氯化鈣水溶液和濃度為 2%-10%的硫酸水溶液兩次凝固；后處理工序包括水洗、上油、漂白、 烘干等。
甲殼素紡絲原液的制備將分子量為20-40萬的甲殼素按1:2-1: 10的比例浸泡在40%的氫氧化鈉水溶液中，低溫反應(yīng)得到堿化甲殼 素，經(jīng)過過濾、脫泡等工藝，并利用冰水調(diào)節(jié)得到1.0-10.0%的甲殼 素紡絲原液；脫乙酰度為75%-95%。
纖維素紡絲原液的制備將聚合度400-800的棉纖維素、木纖維
素中的一種或兩種按照氫氧化鈉尿素纖維素為3-6: 1-10: 0.5-10 的重量百分配比制備1-10%的纖維素溶液，經(jīng)過低溫反應(yīng)溶解、過濾、 脫泡等工藝得到纖維素紡絲原液。
共混皮層紡絲原液的制備采用甲殼素紡絲原液與纖維素紡絲原 液按體積比為1-1.5: 1混合得到共混皮層紡絲原液，并且控制共混紡 絲原液中甲殼素的重量百分比含量為10-80%;將重量百分比為1-10%
的甲殼素的氫氧化鈉(NaOH)溶液與重量百分比為1-10%的纖維素 的NaOH和尿素的溶液按照l: l-10的重量比進(jìn)行混合，經(jīng)過濾、脫 泡工藝制得皮層紡絲原液；芯層紡絲液為重量百分比為1-10%纖維素 的NaOH和尿素的水溶液經(jīng)過過濾、脫泡工藝制得。
甲殼素與纖維素復(fù)合纖維的制備將甲殼素與纖維素共混皮層紡 絲原液輸送至皮層入口計(jì)量泵，而另一路則將纖維素紡絲原液輸送至 芯層入口計(jì)量泵，經(jīng)皮芯型復(fù)合紡絲進(jìn)入凝固浴中經(jīng)第一、第二凝固 浴紡絲成型，再經(jīng)凝固、水洗、上油、漂白、烘干等后處理，即得到 成品甲殼素與纖維素皮芯型復(fù)合纖維；調(diào)整皮層和芯層兩種紡絲原液 在皮層入口和芯層入口的計(jì)量比可調(diào)整皮層芯層比和甲殼素的含量。
本發(fā)明采用2-8%的氯化鈣水溶液作為第一凝固浴，4-12%硫酸水 溶液作為第二凝固浴，并經(jīng)過水洗、上油、漂白、烘干等后處理，即 得到成品甲殼素與纖維素皮芯型復(fù)合纖維。
本發(fā)明產(chǎn)品的皮層中及整個(gè)纖維中的甲殼素含量以及調(diào)整復(fù)合 纖維的皮層和芯層比例，以盡可能的增大復(fù)合纖維皮層內(nèi)甲殼素的含
量而降低甲殼素在整個(gè)復(fù)合纖維內(nèi)的含量，不僅便復(fù)合纖維內(nèi)與人體 接觸的皮層內(nèi)具有較高濃度的甲殼素，從而使本復(fù)合纖維具有較強(qiáng)的 甲殼素生物活性功能和保健作用，有效的提高了復(fù)合纖維的生物活性 作用，降低了復(fù)合纖維的生產(chǎn)成本；本發(fā)明工藝路線合理，生產(chǎn)效率 高，成本低，產(chǎn)品抗菌作用明顯，是理想的內(nèi)衣原料。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的內(nèi)容。
實(shí)施例1:
將分子量為30萬的甲殼素100克按1: 4的比例浸泡在400克 40%的氫氧化鈉水溶液中，低溫反應(yīng)得到堿化甲殼素，經(jīng)過過濾、脫 泡工藝，并利用冰水調(diào)節(jié)得到2%的甲殼素紡絲原液。
將聚合度600的棉纖維素1000克，尿素1200克，氫氧化鈉1500 克溶于183000克去離子水中，經(jīng)過充分?jǐn)嚢?、低溫反?yīng)得到22000 克4.5%的纖維素紡絲原液。
將甲殼素紡絲原液/纖維素紡絲原液以1.5: 1.0 (V/V)比例混合 作為皮層紡絲液，經(jīng)預(yù)過濾器進(jìn)入皮層入口計(jì)量泵。纖維素紡絲原液 通過預(yù)過濾器直接進(jìn)入芯層入口計(jì)量泵。皮層入口計(jì)量泵與芯層入口 計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速為1.0: 1.25。經(jīng)過皮芯型復(fù)合噴絲板擠出的復(fù)合紡絲 原液進(jìn)入35°03%氯化鈣水溶液，然后進(jìn)入35°06%的硫酸水溶液進(jìn) 行兩次凝固，再通過水洗、上油、漂白、烘干等后處理，即得到成品 甲殼素與纖維素皮芯型復(fù)合纖維。
纖維的干斷裂強(qiáng)度為1.80cN/dtex，干斷裂伸長率為15.3%，白度 為65.3%，抗大腸桿菌率為99.8%。
實(shí)施例2:
重復(fù)上述溶解過程，將甲殼素紡絲原液/纖維素紡絲原液以1.4: 1.0 (V/V)比例混合作為皮層紡絲原液，經(jīng)預(yù)過濾器進(jìn)入皮層入口計(jì) 量泵。纖維素紡絲原液通過預(yù)過濾器直接進(jìn)入芯層入口計(jì)量泵。皮層 入口計(jì)量泵與芯層入口計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速為1.0: 1.25。經(jīng)過皮芯型復(fù)合 噴絲板擠出的復(fù)合紡絲原液進(jìn)入35'C3。/。氯化鈣水溶液，然后進(jìn)入 35°。6%的硫酸水溶液進(jìn)行兩次凝固，進(jìn)一步通過水洗、上油、漂白、
烘干等后處理，即得到成品甲殼素與纖維素皮芯型復(fù)合纖維。
纖維的干斷裂強(qiáng)度為1.92cN/dtex，干斷裂伸長率為16.2%，白度 為66.0%，抗大腸桿菌率為99.8%。
實(shí)施例3:
重復(fù)上述溶解過程，將甲殼素紡絲原液/纖維素紡絲原液以1.0: 1.0 (V/V)比例混合作為皮層紡絲液，經(jīng)預(yù)過濾器進(jìn)入皮層入口計(jì)量 泵。纖維素紡絲原液通過預(yù)過濾器直接進(jìn)入芯層入口計(jì)量泵。皮層入 口計(jì)量泵與芯層入口計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速為1.0: 1.25。經(jīng)過皮芯型復(fù)合噴
絲板擠出的復(fù)合紡絲原液進(jìn)入35。C3。/。氯化f丐水溶液，然后進(jìn)入 35°。6%的硫酸水溶液進(jìn)行兩次凝固，進(jìn)一步通過水洗、上油、漂白、 烘干等后處理，即得到成品甲殼素與纖維素皮芯型復(fù)合纖維。
纖維的干斷裂強(qiáng)度為1.95cN/dtex，干斷裂伸長率為17.0%，白度 為66.1%，抗大腸桿菌率為99.6%。
對(duì)照實(shí)施例
重復(fù)上述溶解過程，將甲殼素紡絲原液/纖維素紡絲原液以0: 1.0
(V/V)比例混合作為皮層紡絲液，經(jīng)預(yù)過濾器進(jìn)入皮層入口計(jì)量泵。 纖維素紡絲原液通過預(yù)過濾器直接進(jìn)入芯層入口計(jì)量泵。皮層入口計(jì) 量泵與芯層入口計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速為1.0: 1.0。經(jīng)過皮芯型復(fù)合噴絲板擠 出的復(fù)合紡絲原液進(jìn)入35"3%氯化鈣水溶液，然后進(jìn)入同樣溫度6% 的硫酸水溶液進(jìn)行兩次凝固，進(jìn)一步通過水洗、上油、漂白、烘干等 后處理，即得到成品甲殼素與纖維素皮芯型復(fù)合纖維。
纖維的干斷裂強(qiáng)度為2.2cN/dtex，干斷裂伸長率為16.0%,白度 為67.0%，抗大腸桿菌率為0%。
權(quán)利要求
1.一種甲殼素與纖維素皮芯復(fù)合纖維，其特征在于由甲殼素和纖維素所組成的具有皮層和芯層結(jié)構(gòu)的皮芯型復(fù)合纖維，甲殼素的含量為2-50％；甲殼素的分子量為20-40萬，脫乙酰度為75％-95％；纖維素為聚合度400-800的棉纖維素、木纖維素中的一種或兩種。
2. —種甲殼素與纖維素皮芯復(fù)合纖維制備方法，其特征在于將甲 殼素溶于稀氫氧化鈉溶液制備出1-10%濃度的甲殼素紡絲原液，纖維 素溶于氫氧化鈉和尿素混合水溶液體系中制備濃度為4-20%的纖維 素紡絲原液，將兩種溶液混合制備共混皮層紡絲原液，纖維素紡絲原 液作為芯層紡絲原液；將纖維素紡絲原液通過皮芯復(fù)合紡絲機(jī)的芯層 入口、將纖維素和甲殼素共混皮層紡絲原液通過皮芯復(fù)合紡絲機(jī)的皮 層入口進(jìn)入凝固浴紡絲成型，并經(jīng)過后處理工序得到皮芯結(jié)構(gòu)的甲殼 素與纖維素復(fù)合纖維；其中的凝固采用濃度為1%-7%的氯化鈣水溶 液和濃度為2%-10%的硫酸水溶液兩次凝固；后處理工序包括水洗、 上油、漂白、烘干。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的甲殼素與纖維素皮芯復(fù)合纖維制備方 法，其特征在于甲殼素紡絲原液的制備將甲殼素按1: 2-1: 10的比例浸泡在40%的氫氧化鈉水溶液中，低溫反應(yīng)得到堿化甲殼素，經(jīng) 過過濾、脫泡工藝并利用冰水調(diào)節(jié)得到1.0-10.0%的甲殼素紡絲原液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的甲殼素與纖維素皮芯復(fù)合纖維制備方 法，其特征在于纖維素紡絲原液的制備將聚合度400-800的棉纖維素、木纖維素中的一種或兩種按照氫氧化鈉尿素纖維素為3-6:1-10: 0.5-10的重量百分配比制備1-10%的纖維素溶液，經(jīng)過低溫反應(yīng)溶解、過濾、脫泡工藝得到纖維素紡絲原液。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的甲殼素與纖維素皮芯復(fù)合纖維制備方 法，其特征在于共混皮層紡絲原液的制備采用甲殼素紡絲原液與纖維素紡絲原液按體積比為1-1.5: 1混合得到共混皮層紡絲原液，控制 共混紡絲原液中甲殼素的重量百分比含量為10-80%;將重量百分比 為1-10%的甲殼素的氫氧化鈉溶液與重量百分比為1-10%的纖維素的NaOH和尿素的溶液按照1: 1-10的重量比進(jìn)行混合，經(jīng)過濾、脫泡 工藝制得皮層紡絲原液；芯層紡絲液為重量百分比為1-10%纖維素的 NaOH和尿素的水溶液經(jīng)過過濾、脫泡工藝制得。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的甲殼素與纖維素皮芯復(fù)合纖維制備方 法，其特征在于甲殼素與纖維素復(fù)合纖維的制備將甲殼素與纖維素 共混皮層紡絲原液輸送至皮層入口計(jì)量泵，將纖維素紡絲原液輸送至 芯層入口計(jì)量泵，經(jīng)皮芯型復(fù)合紡絲進(jìn)入凝固浴中經(jīng)第一、第二凝固 浴紡絲成型，再經(jīng)凝固、水洗、上油、漂白、烘干后處理，即得到成 品甲殼素與纖維素皮芯型復(fù)合纖維；調(diào)整皮層和芯層兩種紡絲原液在皮層入口和芯層入口的計(jì)量比可調(diào)整皮層芯層比和甲殼素的含量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的甲殼素與纖維素皮芯復(fù)合纖維制備方 法，其特征在于采用2-8%的氯化鈣水溶液作為第一凝固浴，4-12% 硫酸水溶液作為第二凝固浴。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功能性纖維材料甲殼素與纖維素皮芯復(fù)合纖維及其制備方法，復(fù)合纖維采用皮層和芯層結(jié)構(gòu)的皮芯型；纖維素為聚合度400-800的棉纖維素、木纖維素，將甲殼素溶于稀氫氧化鈉溶液制備甲殼素紡絲原液，纖維素溶于氫氧化鈉和尿素混合水溶液體系中制備纖維素紡絲原液，將兩種溶液混合制備共混皮層紡絲原液，纖維素紡絲原液作為芯層紡絲原液；通過皮芯復(fù)合紡絲機(jī)的芯層入口和入口進(jìn)入凝固浴紡絲成型，并經(jīng)過后處理工序得到皮芯結(jié)構(gòu)的甲殼素與纖維素復(fù)合纖維；本發(fā)明工藝路線合理，生產(chǎn)效率高，成本低，產(chǎn)品抗菌作用明顯，是理想的內(nèi)衣原料。
文檔編號(hào)D01F8/00GK101177802SQ200710114208
公開日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者斌 許 申請(qǐng)人:青島海之錦科技有限公司