專利名稱：細菌纖維素/海藻酸鈉復合纖維及其制備方法
技術領域：
本發明涉及復合纖維及其制備技術領域，尤其涉及以細菌纖維素與海藻酸鈉為原料制備 的復合纖維，以及該復合纖維的制備方法。
背景技術：
纖維素是地球上最豐富的生物聚合物，主要分布于植物如樹木、棉花、麻等之中，是形 成植物體最主要的成分，然而一些微生物也具有高效地合成纖維素的能力。為了與植物來源 的纖維素相區別，將來源于微生物的纖維素稱之為"細菌纖維素(bacterial cellulose)" 或"微生物纖維素(microbial cellulose)"。細菌纖維素最早由英國科學家Brown在1986 年發現，他在靜置條件下培養醋酸桿菌時，發現培養基的氣液表面形成一層白色的凝膠狀薄 膜，經化學與物理方法分析，確定其成分是纖維素。
細菌纖維素和植物纖維素具有相同的化學組成和化學結構，均是由吡喃型葡萄糖單體(6 -D-葡萄糖)通過e-i，4糖苷鍵連接形成的一種直鏈大分子化合物。與植物纖維素相比，細 菌纖維素不但合成速度快，產率高，而且具有如下優良的特性
1高化學純度。細菌纖維素是一種純凈的纖維素，不含半纖維素、不質素、果膠和其它 細胞壁分子，分子取向好，結構均一，并且以單一纖維形式存在，純度極高(99%以上)，無 需提純可直接利用。
2高結晶度和高聚合度。細菌纖維素的結晶度為95%左右，聚合度為16000左右，均高 于棉、麻等天然纖維素，使得細菌纖維素具有良好的物理機械性能。
3持水能力能強。和植物纖維素相比，細菌纖維素具有特殊的形態結構，它是由超細微 纖維組成的超微纖維網，其超微纖維直徑僅為植物纖維的1/100，使其具有較強的持水能力。
4生物可降解和生物相容性好。其制品在自然界中可生物降解，不污染環境。
5生物合成的可調控性。可以通過控制合成條件得到所需類型的纖維素，較容易實現纖 維素的改性。
細菌纖維素作為一種新型的生物合成材料受到科學界的廣泛關注，在食品工業、生物醫 用、造紙、聲學器材和石油開采等方面得到了廣泛應用。但是細菌纖維素具有較高的聚合度 和結晶度，其結晶區大分子強烈的分子內和分子間氫鍵的作用使其難以溶解，限制了細菌纖 維素的加工和應用領域。
海藻酸鈉是從褐藻類的海帶或馬尾藻中提取的一種天然高分子物質，具有良好的生物降 解性和生物相容性。在海藻生長過程中，海水中的礦物質、碳水化合物、氨基酸、脂肪、維生素等累積到其中，使得海藻具有激活細胞新陳代謝，保持皮膚嬌嫩、光滑等美容效果。另 外，海藻中的物質還具有消炎、止癢等功能，可用于皮膚病的治療。
開發出既有優異物理機械性能，又能發揮海藻酸鈉各種功效的細菌纖維素/海藻酸鈉復合 纖維，用于生產各種服裝面料以及醫用敷料等，具有十分重要的社會經濟意義。
發明內容
本發明的任務之一在于提供一種細菌纖維素/海藻酸鈉復合纖維。 本發明的任務之二在于提供一種細菌纖維素/海藻酸鈉復合纖維的制備方法。 為實現本發明的任務之一，其技術解決方案是
一種細菌纖維素/海藻酸鈉復合纖維，將海藻酸鈉微納米粉體添加到細菌纖維素溶液中并 分散均勻，然后通過濕法紡絲獲得細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維；其中，海藻酸鈉在復合 纖維中的含量為5% 20%，細菌纖維素在復合纖維中的含量為80% 95%。
為實現本發明的任務之二，其技術解決方案是
一種細菌纖維素/海藻酸鈉復合纖維的制備方法，包括如下步驟
a將適量的細菌纖維素溶解于咪唑基氯鹽離子液體中，得到質量百分比濃度為5% 10% 的細菌纖維素溶液；
b將一定量的海藻酸鈉微納米粉體加入到細菌纖維素溶液中，分散均勻并脫泡，得到混
合均勻的細菌纖維素與海藻酸鈉微納米粉體復合紡絲溶液；
C將上述復合紡絲溶液經噴絲頭擠入到凝固浴中，拉伸及烘干后得到細菌纖維素與海藻 酸鈉復合纖維。
上述步驟a中包括步驟
al將細菌纖維素在真空烘箱中80 100'C烘干1 2h，得到干燥細菌纖維素；
a2將咪唑基氯鹽離子液體在油浴中加熱到80 90'C，然后加入一定量干燥細菌纖維素，
機械攪拌3~6h;上述咪唑基氯鹽離子液體為1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體或1-n-丁
基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體。 上述步驟b中包括步驟
bl在超聲波作用下，逐漸地將海藻酸鈉微納米粉體添加到細菌纖維素溶液中，得到細菌 纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液；
b2將細菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液在超聲波作用下分散30 60min，得到分散均 勻的初級細菌纖維素與海藻酸鈉混合溶液；
b3將初級細菌纖維素與海藻酸鈉混合溶液，減壓脫泡20 24h或靜止脫泡24 36h，得 到上述細菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液。上述步驟c中，凝固浴為蒸餾水，凝固浴的溫度為40 50°C，凝固時間為1 3min;拉 伸為三段式拉伸工藝，每段的拉伸倍數為1.5 2.0倍；烘干的溫度為80 90'C。 本發明的有益技術效果是
1本發明使用咪唑基氯鹽離子液體作為細菌纖維素的溶劑，直接溶解纖維素而未使其發 生衍生化和降解，使得細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維具有良好的物理機械性能，而且溶解 工藝簡單，不需要對細菌纖維素進行活化等預處理。
2海藻酸鈉微納米粉體在上述溶劑中也不會發生任何變化，使得細菌纖維素與海藻酸鈉 復合纖維能夠充分發揮對皮膚的消炎、止癢、美容等功效。
3本發明采用超聲波分散的方法分散海藻酸鈉微納米粉體，使得紡絲原液和復合纖維中 海藻酸鈉粉體的分布比較均勻。
4本發明采用的溶劑為咪唑基氯鹽離子液體，凝固浴為蒸餾水，能夠方便地實現溶劑的 回收利用，實現纖維生產工藝的綠色環保，而且可以大大降低細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖 維的生產成本。
5本發明中細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維，具有高吸濕性和優異的物理機械性能，而 且穿著過程中海藻酸鈉中的各類礦物質、氨基酸、維生素等逐漸地釋放出來，對皮膚有消炎、 止癢、美容等功效，非常適合用于生產各種貼身穿的內衣和各類高檔服裝面料以及醫用敷料 等。
此外，在本發明的創造過程中，有效地解決了細菌纖維素的溶解性對室溫離子液體溶劑 體系即咪唑基氯鹽離子液體中的水分含量特別敏感這一關鍵問題，即溶劑體系的含水量越大， 細菌纖維素的溶解性越差，提高了細菌纖維素的溶解效率。
具體實施例方式
一種細菌纖維素/海藻酸鈉復合纖維即一種細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維，將海藻酸 鈉微納米粉體添加到細菌纖維素溶液中并分散均勻，通過濕法紡絲獲得細菌纖維素與海藻酸 鈉復合纖維；其中，海藻酸鈉在復合纖維中的含量為5%-20%,細菌纖維素在復合纖維中的含 量為80%_95%。下面結合實施例對本發明作進一步說明 實施例h
一種細菌纖維素/海藻酸鈉復合纖維的制備方法，將細菌纖維素置于真空烘箱中，烘干溫 度100'C，烘干時間為lh，得到干燥細菌纖維素；將950克1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽離子 液體或l-n-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體在油浴中加熱到80'C，然后加入50克干燥細菌纖 維素，機械攪拌3h，得到質量百分比濃度為5%的細菌纖維素溶液；在超聲波作用下，逐漸地 (緩慢、連續地)將12克海藻酸鈉微納米粉體添加到細菌纖維素溶液中，得到細菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液；將細菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液在超聲波作用下分散30min， 得到初級細菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液，然后減壓脫泡20h，得到分散均勻的細菌纖維素 與海藻酸鈉紡絲原液；將細菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液經噴絲頭擠入到4(TC的蒸餾水凝固 浴中，凝固lmin，然后采用三段式拉伸工藝，每段拉伸倍數為1. 5-2倍，在80-90。C干燥， 得到細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維。 實施例2:
一種細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維的制備方法，將細菌纖維素在真空烘箱中9(TC烘干 1.5h,得到干燥細菌纖維素；將940克咪唑基氯鹽離子液體(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽離子 液體或l-n-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體)在油浴中加熱到90°C，然后加入60克干燥細菌 纖維素，機械攪拌4h，得到質量百分比濃度為6%的細菌纖維素溶液；在超聲波作用下,逐漸 地將15克海藻酸鈉微納米粉體添加到細菌纖維素溶液中，得到細菌纖維素與海藻酸鈉粉體混 合溶液；將細菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液在超聲波作用下分散40min，得到初級細菌 纖維素與海藻酸鈉紡絲原液，然后減壓脫泡22h，得到分散均勻的細菌纖維素與海藻酸鈉紡 絲原液；將細菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液經噴絲頭擠入到50。C的蒸餾水凝固浴中，凝固 2min，然后采用三段式拉伸工藝，每段拉伸倍數為1.5-2倍，然后80-9(TC干燥，得到細菌 纖維素與海藻酸鈉復合纖維。 實施例3:
一種細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維的制備方法，將細菌纖維素在真空烘箱中80'C烘干 2h，得到干燥細菌纖維素;將920克l-n-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體在油浴中加熱到85°C， 然后加入80克干燥細菌纖維素，機械攪拌5h，得到質量百分比濃度為8%的細菌纖維素溶液； 在超聲波作用下，逐漸地將15克的海藻酸鈉微納米粉體添加到細菌纖維素溶液中，得到細菌 纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液；將細菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液在超聲波作用下分 散50min，得到初級細菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液，然后減壓脫泡24h，得到分散均勻的細 菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液；將細菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液經噴絲頭擠入到50'C的蒸 餾水凝固浴中，凝固3min，然后采用三段式拉伸工藝，每段拉伸倍數為1.5-2倍，然后8CTC 或者9(TC干燥，得到細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維。 實施例4:
一種細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維的制備方法，將細菌纖維素在真空烘箱中85'C烘干 2h，得到干燥細菌纖維素;將910克1-n-丁基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體在油浴中加熱到90。C， 然后加入90克干燥細菌纖維素，機械攪拌5h，得到質量百分比濃度為9%的細菌纖維素溶液; 在超聲波作用下，逐漸地將20克的海藻酸鈉微納米粉體添加到細菌纖維素溶液中，得到細菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液；將細菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液在超聲波作用下分 散60min，得到初級細菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液，然后減壓脫泡24h，得到分散均勻的細 菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液；將細菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液經噴絲頭擠入到50'C的蒸 餾水凝固浴中，凝固3min，然后采用三段式拉伸工藝，每段拉伸倍數為1.5-2倍，然后80-90。C 干燥，得到細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維。 實施例5
一種細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維的制備方法，將細菌纖維素在真空烘箱中80'C烘干 2h，得到干燥細菌纖維素；將900克適宜的咪唑基氯鹽離子液體離子液體在油浴中加熱到 85'C，然后加入100克干燥的細菌纖維素，機械攪拌6h，得到質量百分比濃度為10%的細菌 纖維素溶液；在超聲波作用下,逐漸地將25克海藻酸鈉微納米粉體添加到細菌纖維素溶液中， 得到細菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液；將細菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液在超聲波 作用下分散60min，得到初級細菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液，然后減壓脫泡24h，得到分散 均勻的細菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液；將細菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液經噴絲頭擠入到 50'C的蒸餾水凝固浴中，凝固3min，然后采用三段式拉伸工藝，每段拉伸倍數為1. 5-2倍， 然后80-9(TC干燥，得到細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維。
有必要指出的是，上述實施例只用于對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保 護范圍的限制，從事該領域的技術人員根據上述發明內容的指導，對本發明所做出的一些非 本質性的改進和調整仍屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1、一種細菌纖維素/海藻酸鈉復合纖維，其特征是將海藻酸鈉微納米粉體添加到細菌纖維素溶液中并分散均勻，然后通過濕法紡絲獲得細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維；其中，海藻酸鈉在復合纖維中的含量為5％～20％，細菌纖維素在復合纖維中的含量為80％～95％。
2、 一種細菌纖維素/海藻酸鈉復合纖維的制備方法，特征在于其包括如下步驟a將適量的細菌纖維素溶解于咪唑基氯鹽離子液體中，得到質量百分比濃度為5% 10% 的細菌纖維素溶液；b將一定量的海藻酸鈉微納米粉體加入到細菌纖維素溶液中，分散均勻并脫泡，得到細 菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液；c將細菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液經噴絲頭擠入到凝固浴中，拉伸及烘干后得到細菌 纖維素與海藻酸鈉復合纖維。
3、 根據權利要求2所述的細菌纖維素/海藻酸鈉復合纖維的制備方法，其特征在于所述步驟 a中包括步驟al將細菌纖維素在真空烘箱中80 100'C烘干1 2h，得到干燥細菌纖維素；a2將咪唑基氯鹽離子液體在油浴中加熱到80 9(TC，然后加入一定量干燥細菌纖維素， 機械攪拌3 6h;上述咪唑基氯鹽離子液體為l-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體或l-n-丁 基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體。
4、 根據權利要求2所述的細菌纖維素/海藻酸鈉復合纖維的制備方法，其特征在于所述步驟 b中包括步驟bl在超聲波作用下，逐漸地將海藻酸鈉微納米粉體添加到細菌纖維素溶液中，得到細菌 纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液；b2將細菌纖維素與海藻酸鈉粉體混合溶液，在超聲波作用下分散30 60min，得到分散 均勾的初級細菌纖維素與海藻酸鈉混合溶液；b3將初級細菌纖維素與海藻酸鈉混合溶液，減壓脫泡20 24h或靜止脫泡24 36h，得 到上述細菌纖維素與海藻酸鈉紡絲原液。
5、 根據權利要求2所述的細菌纖維素/海藻酸鈉復合纖維的制備方法，其特征在于所述步驟 c中，凝固浴為蒸餾水，凝固浴的溫度為40 5(TC，凝固時間為1 3min;拉伸為三段式拉 伸工藝，每段拉伸倍數為1.5 2.0倍；烘干溫度為80 90'C。
全文摘要
本發明公開了一種細菌纖維素/海藻酸鈉復合纖維及其制備方法，將海藻酸鈉微納米粉體添加到細菌纖維素溶液中并用超聲波分散均勻，然后通過濕法紡絲獲得細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維；其中，海藻酸鈉在復合纖維中的含量為5％～20％，細菌纖維素在復合纖維中的含量為80％～95％。制備方法包括步驟將適量的細菌纖維素溶解于咪唑基氯鹽離子液體中，得到質量百分比濃度為5％～10％的細菌纖維素溶液；然后加入一定量的海藻酸鈉微納米粉體，分散均勻并脫泡，得到紡絲原液；將紡絲原液經噴絲頭擠入到凝固浴中，拉伸及烘干后得到細菌纖維素與海藻酸鈉復合纖維。上述復合纖維具有高吸濕性和優異的物理機械性能，對人體皮膚有消炎、止癢、美容等功效。
文檔編號D01F8/02GK101613893SQ200910016898
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月29日 優先權日2009年7月29日
發明者張傳杰, 琪 徐, 平 朱, 柳 王, 隋淑英 申請人:武漢科技學院