一種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲技術(shù)是指聚合物熔體或者溶液在高壓靜電場作用下噴射、拉伸、劈裂、固化或者溶劑揮發(fā)，最終形成纖維狀物質(zhì)的過程，是一種聚合物為納米纖維制備的常用方法。具有技術(shù)簡單、易于操控，紡絲效率高等特點(diǎn)。研究通過靜電紡絲法制備微米乃至于納米級(jí)木質(zhì)液化物納米原絲，通過分析電場電壓、紡絲液粘度、接收距離、導(dǎo)電率等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)減小木質(zhì)液化物納米原絲直徑，提高紡絲效率，彌補(bǔ)現(xiàn)有熔融紡絲技術(shù)制備木質(zhì)液化物納米原絲的不足，以實(shí)現(xiàn)提高木質(zhì)液化物納米原絲質(zhì)量的目的。
[0003]現(xiàn)在，國內(nèi)大氣污染嚴(yán)重，利用靜電紡絲技術(shù)制備的木質(zhì)液化物原絲可以制作成納米纖維膜，吸附大氣中的PM2.5，用于口罩的生產(chǎn)。國內(nèi)曾有利用木質(zhì)液化物制備碳纖維原絲的相關(guān)專利(公開號(hào)CN 101074498A)，該專利采用木粉為原材料制成木質(zhì)液化物紡絲液，利用熔融紡絲法制備木質(zhì)液化物原絲。本專利技術(shù)采用乙酸纖維素為原材料，利用靜電紡絲法制備木質(zhì)液化物納米原絲。具有無環(huán)境污染，紡絲效率高，納米原絲直徑小、質(zhì)量高等特點(diǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是以乙酸纖維素液化物為原料，提供一種新型環(huán)保的木質(zhì)液化物納米原絲合成技術(shù)，以改善熔融紡絲法制備木質(zhì)液化物納米原絲的缺陷，開發(fā)木質(zhì)生物質(zhì)資源纖維化利用的新技術(shù)；同時(shí)還提供木質(zhì)液化物納米原絲制成納米纖維膜的用途，用于口罩的生產(chǎn)，更好的保護(hù)人們的生命安全。
[0005]本發(fā)明具體通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲的制備方法，具體包括以下步驟:
[0007]I)取乙酸纖維素與苯酚按照重量比1: 1.5?6混合，加入苯酚重量3?10%的催化劑，在150°C?180°C條件下反應(yīng)90min?120min，得到木質(zhì)液化物；
[0008]2)添加溶劑至木質(zhì)液化物中充分溶解得紡絲液，溶劑占液化物重量的40%?50% ；
[0009]3)將紡絲液通過電壓為20?30kv，接收距離為20?30cm的靜電紡絲裝置制備得到乙酸纖維納米原絲。
[0010]優(yōu)選的，步驟(I)中所述的乙酸纖維素與苯酚按照重量比1:1.5，反應(yīng)條件為160°C 反應(yīng) 90min。
[0011]優(yōu)選的，步驟(2)中溶劑占液化物重量的40%。
[0012]優(yōu)選的，步驟(3)中所述的接收距離為25cm。
[0013]所述的乙酸纖維素的用量為40?80g，優(yōu)選為60g。
[0014]所述的紡絲液粘度為90?120mpa.s導(dǎo)電率為10?15us/cm。
[0015]所述的催化劑為硫酸、鹽酸或磷酸中一種。
[0016]所述的溶劑為丙酮、乙醇或乙醇與二甲基甲酰胺的混合物，其中優(yōu)選為丙酮。
[0017]本發(fā)明的木材液化物納米原絲合成方法，通過將難溶的固態(tài)木質(zhì)生物質(zhì)材料，在苯酚中，在酸催化條件下液化為具有反應(yīng)活性的溶液化木質(zhì)材料，加入溶劑在一定條件下反應(yīng)生成可拉絲的紡絲液，利用紡絲液通過靜電紡絲法制備木質(zhì)液化物納米原絲。具有操作簡單、紡絲效率高、無污染、原料利用率高等優(yōu)點(diǎn)，并改善了現(xiàn)有紡絲技術(shù)紡絲效率低、紡絲質(zhì)量差的問題。同時(shí)，紡絲液還可根據(jù)實(shí)際需要紡制出不同直徑的木質(zhì)液化物納米原絲，原絲具有很好的彈性，加工性能好。
[0018]本發(fā)明的乙酸纖維素液化物制備的紡絲液，利用其制備出木質(zhì)液化物納米纖維平均直徑300?800nm，拉伸強(qiáng)度68?138Mpa，拉伸模量9.8?26Gpa，斷裂伸長率3.52?
6.12%，其力學(xué)性能優(yōu)于普通的酚醛纖維，并具有非常好的韌性。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，以下所述，僅是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明做其他形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更為同等變化的等效實(shí)施例。凡是未脫離本發(fā)明方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以下實(shí)施例所做的任何簡單修改或等同變化，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0020]實(shí)施例1
[0021]—種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲通過以下方法制備:
[0022]將80g的乙酸纖維素與其1.5倍的苯酚混和，同時(shí)加入硫酸催化劑(硫酸加入量為苯酚重量的5% )到三口燒瓶中，置于預(yù)熱值160 °C的油浴中，安裝好冷凝裝置，在轉(zhuǎn)速120rpm的攪拌器中進(jìn)行纖維素液化，液化時(shí)間90min，得到木質(zhì)液化物。
[0023]加入木材液化物重量比為45 %的乙醇，得到具有拉絲性能的木材液化物紡絲液，該紡絲液粘度為IlOmpa.s導(dǎo)電率為15us/cm。
[0024]將紡絲液通過電壓為25kv，接收距離為25cm的靜電紡絲裝置制備得到木質(zhì)乙酸纖維納米原絲。
[0025]經(jīng)試驗(yàn)測定，紡制的纖維平均直徑為400nm，拉伸強(qiáng)度為76?94Mpa,拉伸模量16?22GPa,斷裂伸長率3.88?4.82%。
[0026]實(shí)施例2
[0027]—種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲通過以下方法制備:
[0028]將60g乙酸纖維素與其2倍的苯酚和催化劑硫酸(硫酸加入量為苯酚重量的5 % )加入到三口燒瓶中，置于預(yù)熱值160°C的油浴中，安裝好冷凝裝置，在120rpm攪拌器中進(jìn)行木質(zhì)液化，液化時(shí)間90min，得到液化物。
[0029]加入木材液化物重量比為45%的乙醇，可得到具有拉絲性能的纖維素液化物紡絲液，該紡絲液粘度為10mpa.s導(dǎo)電率為12us/cm。
[0030]將紡絲液通過電壓為25kv，接收距離為25cm的靜電紡絲裝置制備得到木質(zhì)乙酸纖維納米原絲。
[0031]經(jīng)試驗(yàn)測定，紡制的纖維平均直徑為450nm，拉伸強(qiáng)度為70?82Mpa，拉伸模量15?20GPa,斷裂伸長率4.12?5.62 %。
[0032]實(shí)施例3
[0033]—種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲通過以下方法制備:
[0034]將40g乙酸纖維素與其2倍的苯酚和催化劑硫酸(硫酸加入量為苯酚重量的3 % )加入到三口燒瓶中，置于溫度為160°C的油浴中，安裝好冷凝裝置，在120rpm轉(zhuǎn)速的攪拌器中進(jìn)行木質(zhì)液化，液化時(shí)間90min,得到液化物。
[0035]加入木質(zhì)液化物重量比為45%的乙醇，得到具有拉絲性能的纖維素液化物紡絲液，該紡絲液粘度為90mpa.s導(dǎo)電率為lOus/cm。
[0036]將紡絲液通過電壓為25kv，接收距離為25cm的靜電紡絲裝置制備得到木質(zhì)乙酸纖維納米原絲。
[0037]經(jīng)試驗(yàn)測定，紡制的纖維平均直徑為500nm，拉伸強(qiáng)度為68?79Mpa,拉伸模量
9.8?14.2GPa,斷裂伸長率5.29?6.12%。
[0038]實(shí)施例4
[0039]—種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲通過以下方法制備:
[0040]將50g乙酸纖維素與其4倍的苯酚和催化劑硫酸(硫酸加入量為苯酚重量的10% )加入到三口燒瓶中，置于溫度為150°c的油浴中，安裝好冷凝裝置，在120rpm轉(zhuǎn)速攪拌器中進(jìn)行木質(zhì)液化，液化時(shí)間90min，得到液化物。
[0041 ] 加入木材液化物重量比為50 %的乙醇，得到具有拉絲性能的乙酸纖維素液化物紡絲液，該紡絲液粘度為10mpa.s導(dǎo)電率為12us/cm。
[0042]將紡絲液通過電壓為25kv，接收距離為25cm的靜電紡絲裝置制備得到木質(zhì)乙酸纖維納米原絲。
[0043]經(jīng)試驗(yàn)測定，紡制的纖維平均直徑為300nm，拉伸強(qiáng)度為101?138Mpa，拉伸模量19?26GPa,斷裂伸長率3.52?4.79%。
[0044]實(shí)施例5
[0045]—種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲通過以下方法制備:
[0046]將70g乙酸纖維素與其6倍的苯酚和催化劑硫酸(硫酸加入量為苯酚重量的10% )加入到三口燒瓶中，置于溫度為160°C的油浴中，安裝好冷凝裝置，在轉(zhuǎn)速120rpm攪拌器中進(jìn)行木質(zhì)液化，液化時(shí)間90min,得到液化物。
[0047]加入木材液化物重量比為45%的乙醇，得到具有拉絲性能的纖維素液化物紡絲液，該紡絲液粘度為IlOmpa.s，導(dǎo)電率為14us/cm。
[0048]將紡絲液通過電壓為25kv，接收距離為25cm的靜電紡絲裝置制備得到木質(zhì)乙酸纖維納米原絲。
[0049]經(jīng)試驗(yàn)測定，紡制的纖維平均直徑為350nm，拉伸強(qiáng)度為82?llOMpa，拉伸模量18?24GPa,斷裂伸長率4.15?5.02 %。
[0050]實(shí)施例6
[0051]—種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲通過以下方法制備:
[0052]將SOg乙酸纖維素與其4倍的苯酚和催化劑硫酸(硫酸加入量為苯酚重量的10% )加入到三口燒瓶中，置于溫度為160°C的油浴中，安裝好冷凝裝置，在轉(zhuǎn)速120rpm攪拌器中進(jìn)行木質(zhì)液化，液化時(shí)間90min,得到液化物。
[0053]加入木質(zhì)液化物重量比為45%的乙醇，得到具有拉絲性能的木材多元醇液化物紡絲液，該紡絲粘度為120mpa.s導(dǎo)電率為12us/cm。
[0054]將紡絲液通過電壓為25kv，接收距離為25cm的靜電紡絲裝置制備得到木質(zhì)乙酸纖維納米原絲。
[0055]經(jīng)試驗(yàn)測定，紡制的纖維平均直徑為450nm，拉伸強(qiáng)度為77?91Mpa,拉伸模量12.6 ?16.8GPa,斷裂伸長率 4.78 ?5.62 %。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲的制備方法，其特征在于:包括以下方法: 1)取乙酸纖維素與苯酚按照重量比1:1.5?6混合，加入苯酚重量3?10%的催化劑，在150°C?180°C條件下反應(yīng)90min?120min，得到木質(zhì)液化物；2)添加溶劑至木質(zhì)液化物中充分溶解得紡絲液，溶劑占液化物重量的40%?50%; 3)將紡絲液通過電壓為20?30kv，接收距離為20?30cm的靜電紡絲裝置制備得到乙酸纖維納米原絲。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲的制備方法，其特征在于: 1)取乙酸纖維素與苯酚按照重量比1:1.5混合，加入苯酚重量3?10%的催化劑，在160°C條件下反應(yīng)90min，得到木質(zhì)液化物； 2)添加溶劑至木質(zhì)液化物中充分溶解得紡絲液，溶劑占液化物重量的40%； 3)將紡絲液通過電壓為20?30kv，接收距離為25cm的靜電紡絲裝置制備得到乙酸纖維納米原絲。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲的制備方法，其特征在于:所述的乙酸纖維素的用量為40?80g。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲的制備方法，其特征在于:所述的乙酸纖維素的用量為60g。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲的制備方法，其特征在于:所述的紡絲液粘度為90?120mpa.s導(dǎo)電率為10?15us/cm。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲的制備方法，其特征在于:所述的催化劑為硫酸、鹽酸或磷酸中一種。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲的制備方法，其特征在于:所述的溶劑為丙酮、乙醇或乙醇與二甲基甲酰胺的混合物。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲的制備方法，其特征在于:所述的溶劑為丙酮。
【專利摘要】一種木質(zhì)乙酸纖維納米原絲的制備方法，將乙酸纖維素與苯酚按照重量比1:1.5～6混合，在催化劑的作用下制得木質(zhì)液化物，添加溶劑充分溶解得紡絲液，將紡絲液通過電壓為20～30kv，接收距離為20～30cm的靜電紡絲裝置制備得到乙酸纖維納米原絲。本發(fā)明方法制得乙酸纖維納米原絲具有原材料利用率高，原絲直徑小、品質(zhì)好的特點(diǎn)，同時(shí)該方法紡絲效率高、紡絲溫度低、無毒無害、環(huán)保、紡絲簡便易于控制，適合大規(guī)模生產(chǎn)，具有推廣使用價(jià)值。
【IPC分類】D01D1/02, D01F2/28, D01D5/00
【公開號(hào)】CN105002583
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510351265
【發(fā)明人】張文博
【申請(qǐng)人】北京林業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年6月23日