[发明专利]一种离子液体介质中复合纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化工的技术领域，具体涉及一种离子液体介质中复合纤维的制备方法。

背景技术

近年来，纤维素复合纤维材料的制备已成为国内外的研究热点，纤维素复合纤维材料多是以化学试剂等为增强材料，以纤维素材料作基体，合成的一种复合纤维。传统的纤维复合纤维材料是由聚丙烯纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维或碳纤维等化学纤维组成的，它们一般都存在着耗能大、造价高、易污染环境等问题。与化学纤维相比，可再生的复合纤维具有价廉、可回收、可降解等优点，并具有一般纤维的强度和刚度，且比重较小，比强度、比刚度均较高。以纤维素材料为基体的复合纤维兼具化学纤维的优良的性能，随着开发绿色环保复合纤维材料这一路线的延伸，可再生复合纤维材料在复合纤维领域中扮演着越来越重要的角色，对这种材料的研究已成为当代高新技术产业研究中的一个新领域。然而相对于化学纤维复合材料的研究，可再生复合纤维材料的研究投入还是太少，关于植物复合纤维材料的报道也很少。我国纤维素资源非常丰富，其中，可再生生物质秸秆的储量非常之多。因此，开发可再生复合纤维材料必将充分利用我国的天然植物纤维资源，并且大大促进我国可再生复合纤维的发展。

纤维素是由β-1，4-糖苷键组成的大分子多糖，含有大量羟基，易形成分子内与分子间的氢键，由于纤维素内部庞大的氢键网络和致密的结晶结构，导致纤维素很难被常规溶剂所溶解，也无法进行熔融加工。因此要想充分利用纤维素材料，首先要解决其难溶解这一障碍。蚕茧通常指桑蚕茧，它是一种生物质能源，主要由纤维状蛋白质丝纤蛋白，外包以另一种蛋白质丝胶蛋白粘结而成，此外还含少量油脂类、色素、无机物等等，它不但具有很高的药用价值，目前越来越多的科研人员也将它应用于复合纤维材料的制备上，由于其物质本身的抗皱能力、耐磨性能及吸湿性能等优良特性，在未来复合纤维材料的研究中必将扮演重要的角色。

离子液体素有“绿色溶剂”之称，近年来开始应用于纤维素等材料的开发中，取得了初步研究进展，研究表明离子液体具有较好的纤维素溶解和处理能力，同时对丝素蛋白也具有较高的溶解活化能力。离子液体具有非挥发性、低熔点、高稳定性、不可燃性、良好的导电和导热性选择性溶解力等特点，因此我们可以将离子液体做为溶剂制备羧基纤维素溶液和丝素蛋白溶液，并在离子液体中利用酰胺反应的化学原理制备复合纤维材料。目前，科研人员大多通过将对纤维素材料与丝素蛋白等材料进行熔融状态下混合的方法制备复合纤维，或将羧基纤维材料与丝素蛋白提取液单纯进行接枝反应，这些方法操作简单，较为灵活，然而制备的复合纤维材料接枝率较低，拉伸强度也明显下降。文章《羧基化棉织物的丝素蛋白接枝改性》表明：对棉织物进行羧基化改性接枝丝素蛋白，在70℃下接枝反应2h，接枝率为10.8％。

发明内容

发明目的：针对现有技术中针对目前复合纤维材料可再生、可降解能力低和现有技术中纤维素材料和丝素蛋白制备复合纤维的接枝率较低的不足，本发明提供一种离子液体介质中复合纤维的制备方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种离子液体介质中复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)离子液体中羧基纤维素溶液的制备：取离子液体和硝酸先后加入至玻璃瓶中，再加入纤维素，最后加入NaNO₂混合均匀，进行第一次油浴加热并辅助以磁力搅拌，恒温反应一段时间后，用去离子水进行抽滤洗涤，烘干，制得羧基纤维素，将制得的羧基纤维素与离子液体混合，进行第二次油浴加热并辅助以磁力搅拌，恒温反应一段时间后，制得羧基纤维素溶液；

(2)离子液体中丝素蛋白溶液的制备：将蚕茧剪碎，先后经脱胶、溶解、透析、冷冻干燥处理后制得丝素蛋白，所得丝素蛋白溶解于离子液体中，恒温反应一段时间后制得丝素蛋白溶液；

(3)离子液体中复合纤维的制备：将步骤(1)得到的羧基纤维素溶液与步骤(2)制得的丝素蛋白溶液在碘量瓶中混合，油浴加热并辅助以磁力搅拌，恒温反应一段时间后，用蒸馏水进行多次洗涤，最后经过干燥处理，得到复合纤维。

优选地，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐[EMIM][DEP]或1-丁基-3-甲基咪唑氯盐[BMIM][Cl]，所述离子液体的质量百分比浓度为90wt％-100wt％。