[发明专利]一种纤维素静电纺丝的方法

说明书

本发明涉及天然高分子材料制备领域，特别是涉及一种纤维素静电纺丝的方法，包括如下步骤：1)将纤维素浸没于一溶剂中，使得纤维素部分溶胀，其中，溶胀后的纤维素中溶剂的质量分数为10％～80％，溶剂为甲醇和/或乙醇；2)将氯化锂溶于二甲基乙酰胺，再加入亚油酸海藻糖单酯，得到混合物；3)将步骤1)得到的溶胀后的纤维素加入步骤2)得到的混合物中，得到纤维素溶液；以及4)利用步骤3)得到的纤维素溶液进行静电纺丝。亚油酸海藻糖单酯分散在纤维素片层间，降低了纤维素分子链缠结作用，抑制了纤维素片层再生时氢键作用，促进纤维素在静电纺丝中拉伸成纤。

技术领域

本发明涉及天然高分子材料制备领域，特别是涉及一种纤维素静电纺丝的方法。

背景技术

纤维素不但具有来源广、无毒、可降解等特点，而且静电纺丝制备成的超细纤维素纤维具有可控尺度、高比表面积、高长径比(直径20-50μm，长度>100μm)、低密度和较低的热膨胀系数等性质。超细纤维素纤维可广泛应用于过滤吸附、纸张包装以及各类复合材料中。纤维素静电纺丝应用的核心问题是纺丝液的制备。文献曾报到了适于纤维素溶解的溶剂，如N-甲基氧化吗啉/水、碱/尿素/水、离子液体等，但是纤维素仍难以电纺制备超细纤维，主要是由于其纺丝液难以调控，且溶剂沸点高、溶液粘度大，纺丝再生成型困难。

聚合物溶液静电纺丝的基本过程是：处于纺丝喷头的聚合物溶液或熔体液滴由于自身的表面张力在喷头形成泰勒锥，高压下静电荷富集在泰勒锥顶端，随着静电力增大，聚合物溶液克服表面张力，形成带电细流，随后带电细流向前飞行，在静电排斥作用下发生高速弯曲或振动，液流被牵伸变细，形成直径约数十或数百纳米的纤维，同时伴随溶剂挥发。许多研究者改变各种条件，包括改变聚合物溶液性质如浓度、粘度、离子强度、电导率，以及电纺条件如电场强度、喷丝头的直径、溶液流速等，可以制备几何结构形态不同的电纺纳米纤维膜，因此可以通过控制改变聚合物组成和电纺过程参数来满足形态的、力学的、生物学的各种性能要求。

纤维素的溶解机理研究积累了大量的制备经验，氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)溶剂体系对高分子量纤维素溶解能力强，本专利权利针对氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)进行降粘促纺。

纤维素溶胀是纤维素溶解的前处理工艺，以前溶胀的方法：乙二胺溶液热处理、NaOH溶液浸泡、高温DMAc处理，然后放入高温DMAc/LiCL体系中溶解，这些方法都能改变纤维素的保水性、比表面积、结晶度，甚至能改变纤维素在C6键上形成接枝，如酰胺化，高温溶胀处理的研究表明，温度超过120℃的热溶胀会导致DMAc脱氨裂解，产生的氨对纤维素产生降解作用，容易氧化黄变；另一种常见方法是溶剂交换，将纤维素放入水中溶胀后再用乙醇或丙酮反复冲洗浸泡，然后再次与DMAc溶剂冲洗浸泡，溶剂交换后，再将纤维素脱除DMAc溶剂，溶剂交换法效果较好，但是效率太低，结晶度变化和纤维化学变化都很细微，且溶解后纤维素浓度低(1-5％wt/v)、粘度高，难以静电纺丝，另一方面DMAc/LiCl溶液是非常敏感的盐-有机溶剂体系，LiCl吸湿性强，与DMAc形成的络合盐结构极易在溶液体系中出现解离，强极性的胺基溶液都会导致纤维素凝胶，溶解破坏，使得纤维素在DMAc/LiCl溶液中自由体积较小，分子链运动困难，粘度大，纤维纺丝形貌不均匀。

发明内容

基于此，有必要提供一种纤维素静电纺丝的方法，逐步降低溶液粘度，促进纤维素在静电纺丝中拉伸成纤。

本发明是针对非衍生溶剂体系纤维素纺丝液设计的一种纤维素静电纺丝的方法，包括如下步骤：

1)将纤维素浸没于一溶剂中，使得纤维素部分溶胀，得到溶胀后的纤维素，其中，溶胀后的纤维素中溶剂的质量分数为10％～80％，溶剂为甲醇和/或乙醇；

2)将氯化锂溶于二甲基乙酰胺，再加入亚油酸海藻糖单酯，得到混合物，其中在混合物中氯化锂的质量分数为7％～10％，亚油酸海藻糖单酯的质量分数为0.5％～10％；