一種木質素基中空纖維及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于纖維制備方法技術領域，設及一種木質素基中孔厚壁中空纖維及其制 備方法。
【背景技術】
[0002] 中空纖維是近年來發展起來的一種新型結構材料，廣泛應用于超濾、微濾、分離、 滲析等領域，是目前研究的熱點之一。目前運方面的研究較多的集中在聚合物中空纖維，如 聚諷(CN102397760A)、聚締控化化013075084，〔化016702474，〔化029619764)、聚纖維素醋 (CN103801202A)、聚丙締臘(CN102806022A，CN103521098A)等，其他材料的中孔纖維尚比較 少見。
[0003] 木質素基中空纖維同時集中了中空纖維的優勢與木質素原料的可再生特性，與傳 統的聚合物中空纖維材料相比較，具有更廣泛的應用價值。
[0004] 目前中空纖維的制備方法較為復雜（如，CN18957 57A，CN102 107 1 21A， CN102824859A，CN103464002A，CN103111190A)，大致可分為3類，溶液紡絲、烙融紡絲和半烙 融紡絲。溶液紡絲法是一種較成熟的中空纖維膜成形方法，常采用干一濕法紡絲工藝，按制 膜液的組成和配比配置紡絲液，經熟化脫泡后，經插入管式紡絲噴頭，再經溶劑揮發、凝膠 后成膜，經牽引繞于繞絲輪上備用（如。烙融紡絲-拉伸法(MSCS)是指將聚合物在高應力下 烙融擠出，在后拉伸過程中，使聚合物材料垂直于擠出方向平行排列的片晶結構被拉開形 成微孔，然后通過熱定型工藝使孔結構得W固定。另外烙融紡絲-熱致相分離法(TIPS)即為 因溫度的改變而驅動導致相分離致孔過程。半烙融紡絲是向纖維中屯、供氣，紡絲料液從膽 桶經計量累、過濾器后，進入噴口呈環形的噴絲板，噴出的中空纖維可直接進入凝膠浴或先 進入揮發通道，使纖維冷卻(或受熱)或部分溶劑揮發后進入凝膠浴，再經漂洗干燥后，收集 在滾筒上。此方法適用于Ξ醋酸纖維素(CTA)制備中空反滲透膜或納濾膜。運些方法操作過 程繁瑣，工藝復雜，生產成本高，對聚合物纖維的要求高，選擇面窄，不利于中空纖維的廣泛 應用。開發一種操作簡便、工藝流程及設備簡單的中空纖維的制備方法，對促進中空纖維行 業的進一步發展具有重要意義。
【發明內容】
[000引本發明的目的是克服現有中空纖維制備技術中存在的操作過程繁瑣，工藝復雜， 生產成本高等不足，提供一種流程、工藝、設備簡單，操作簡便的木質素基中空纖維的制備 方法。
[0006] 本發明的中空纖維的壁厚在3-40μπι，纖維直徑在40-100WI1。
[0007] 本發明的中空纖維由木質素化ignin)/聚丙締臘(PAN)/溶劑紡絲液通過濕法紡 絲、凝固浴后處理制備得到的，然后通過干燥后得到。
[0008] 本發明的一種木質素基中空纖維的制備方法，具體按照W下步驟進行：
[0009] (1)將木質素與聚丙締臘溶解在溶劑中，制備得到紡絲液；
[0010] (2)將上述紡絲液在紡絲液溫度為30-60°C噴入一級凝固浴中，得到共混纖維；
[0011] (3)將得到的纖維在溫度為50-90°C的二級凝固浴中進行凝固后處理6-2地，經過 水洗、干燥后得到木質素基中空纖維。
[0012] 如上所述的木質素包括各類木質素，如從造紙黑夜中提取的木質素、有機溶劑木 質素、蒸汽爆破法提取的木質素。其中最優為有機溶劑木質素，尤其是高沸醇木質素。
[0013] 所述的聚丙締臘的平均分子量為50000-200000g/mol。
[0014] 所述的木質素與聚丙締臘的質量比按照80/20-50/50,紡絲液固含量為15- 30wt% 〇
[001引所述的溶劑應該是可W同時溶劑木質素和聚丙締臘的，如二甲基亞諷(DMS0)、二 甲基甲酯胺(DMF)、二甲基乙酷胺(DMAc)等。
[0016] 所述的凝固浴為鹽酸/醒/水/溶劑混合物，其中醒的來源為甲醒化CH0)、多聚甲 醒、六亞甲基四胺(歷TA)等。鹽酸化C1)與醒基的摩爾比例為5:1-1:5,水與溶劑的體積比例 為10:0-4:6,醒在水中的摩爾濃度為0.5-4m〇Vl。其中二級凝固浴和一級凝固浴的組成可 W相同也可W不同。凝固浴中的溶劑可與紡絲液的溶劑相同或者不同，但仍需要可同時溶 解木質素與聚丙締臘。凝固浴內的水是纖維的不良溶劑，但并不是唯一的不良溶劑，不同溶 劑的凝固價不同。
[0017] 如上所述的凝固浴中的溶劑是同時溶解木質素與聚丙締臘，如二甲基亞諷，二甲 基甲酯胺、二甲基乙酷胺等。
[0018] 如上所述的水洗是在恒溫或者變溫的一級或多級水浴中，用去離子水或蒸饋水洗 涂纖維，目的是為了除去纖維中的溶劑。
[0019 ] 如上所述的步驟(2)紡絲液噴絲中使用的噴絲板孔徑為0.06mm-0.1mm。
[0020] 如上所述的干燥方法是真空干燥、常壓烘箱干燥、常溫常壓自然風干、冷凍干燥、 噴霧干燥等。纖維干燥的目的是為了把纖維中多余的水分除去，在不改變纖維結構性能的 前提下，并不局限于使用某一種干燥方法。
[0021] 所述的紡絲方法為濕法紡絲。所用噴絲板的噴絲孔可根據中空纖維的直徑要求進 行調換，不同噴絲孔得到的中空纖維的直徑及壁厚是不同的。
[0022] 由于本發明提供的木質素基中空纖維由外層殼和空屯、核組成，外層殼為多孔結 構，且孔與空屯、核互相連通，因此比表面積較大，有較強的吸附能力，可作為吸附材料用于 廢水、污染物等的處理。同時運種木質素基中空纖維的多孔結構也能儲存大量氣體，用作儲 能材料和保溫絕熱材料。又因其具有空屯、核結構，所W可作為微反應器載體；用作模板材 料，用于其它纖維狀材料的合成。
[0023] 本發明的有益效果：
[0024] (1)本發明的木質素基中空纖維，制備過程簡單可靠，生產效率高，方便實現工業 化的制備與應用。
[0025] (2)本發明的木質素基中空纖維，具有較高的拉伸強度和斷裂伸長率。
[0026] (3)本發明的木質素基中空纖維為厚壁纖維，且壁上含有豐富的大中孔，可用作吸 附、存儲、通道、微反應器等方面。
[0027] (4)本發明的木質素基中空纖維的制備方法，為制備中空炭纖維提供一種有效的 制備前驅體的方法。
【附圖說明】
[0028] 圖1是實施例1中中空纖維表面形貌
[0029] 圖2是實施例1中中空纖維橫截面形貌
[0030] 圖3是實施例1中中空纖維橫截面微觀形貌。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。
[0032] 應注意，此處的實施例僅用于說明本發明而不是限制本發明的范圍。
[0033] 還應注意，在閱讀本發明的內容后，本領域技術人員對本發明所做的各種改動或 修改，運些等價形式同樣屬于所附權利要求的限定范圍內。
[0034] 實施例1
[0035] 在室溫條件下，杉木高沸醇木質素化BS)與分子量為50000g/mol的聚丙締臘按質 量比為80/20,固含量為15%溶解于二甲基亞諷中，攬拌均勻后，在空氣中脫泡處理后靜置 后備用。將紡絲液在脫泡蓋中再次脫泡，（噴絲孔為0.1mm)使30°C的紡絲液噴在30°C的凝固 浴(凝固浴中肥1/肥冊摩爾比=1/0.5，肥冊在水中摩爾濃度0.5M)中進行凝固，然后在50°C 條件下對凝固浴中的初生纖維進行凝固后處理化。紡絲牽伸比為1。把纖維放于80、70、60、 50°C的水浴中進行多級水洗，然后在6(TC環境中進行干燥化，得到木質素基中空纖維。纖維 直徑為674111，壁厚約74111。拉伸強度為6.81?3，斷裂伸長率為6.2%。
[0036] 實施例2-12:
[0037] 實施例中的工藝條件見表1，其余的操作步驟同實施例1。實施例中的結果見表2.
[0038] 表1實施例中的工藝條件
[0039]
【主權項】
1. 一種木質素基中空纖維的制備方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 將木質素與聚丙烯腈溶解在溶劑中，制備得到紡絲液； (2) 將上述紡絲液在紡絲液溫度為30-60°C噴入一級凝固浴中，得到共混纖維； (3) 將得到的纖維在溫度為50-90°C的二級凝固浴中進行凝固后處理6-24h，經過水洗、 干燥后得到木質素基中空纖維。2. 如權利要求1所述的一種木質素基中空纖維的制備方法，其特征在于所述的木質素 包括從造紙黑夜中提取的木質素、有機溶劑木質素或蒸汽爆破法提取的木質素。3. 如權利要求2所述的一種木質素基中空纖維的制備方法，其特征在于所述的木質素 為有機溶劑木質素。4. 如權利要求3所述的一種木質素基中空纖維的制備方法，其特征在于所述的有機溶 劑木質素為高沸醇木質素。5. 如權利要求1所述的一種木質素基中空纖維的制備方法，其特征在于所述的聚丙烯 腈的平均分子量為50000-200000 g/mol。6. 如權利要求1所述的一種木質素基中空纖維的制備方法，其特征在于所述的木質素 與聚丙烯腈的質量比按照80/20-50/50,紡絲液固含量為15-30 wt%。7. 如權利要求1所述的一種木質素基中空纖維及其制備方法，其特征在于所述步驟（1) 溶劑為二甲基亞砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。8. 如權利要求1所述的一種木質素基中空纖維的制備方法，其特征在于所述的凝固浴 為鹽酸/醛/水/溶劑混合物，鹽酸與醛基的摩爾比例為5:1-1:5，水與溶劑的體積比例為10: 0-4:6，醛在水中的摩爾濃度為0.5-4mol/l。9. 如權利要求8所述的一種木質素基中空纖維的制備方法，其特征在于所述的醛為甲 醛、多聚甲醛或六亞甲基四胺。10. 如權利要求8所述的一種木質素基中空纖維的制備方法，其特征在于凝固浴中的溶 劑為二甲基亞砜，二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。11. 如權利要求1所述的一種木質素基中空纖維的制備方法，其特征在于所述的水洗是 在恒溫或者變溫的一級或多級水浴中，用去離子水或蒸餾水洗滌纖維。12. 如權利要求1所述的一種木質素基中空纖維的制備方法，其特征在于所述的步驟 (2 )紡絲液噴絲中使用的噴絲板孔徑為0.06mm_0.1mm。13. 如權利要求1所述的一種木質素基中空纖維的制備方法，其特征在于所述的干燥方 法是真空干燥、常壓烘箱干燥、常溫常壓自然風干、冷凍干燥或噴霧干燥。14. 如權利要求1-13任一項所述方法制備的木質素基中空纖維，其特征在于中空纖維 的壁厚在3_40μπι，纖維直徑在40-100μπι。
【專利摘要】一種木質素基中空纖維及其制備方法是將木質素與聚丙烯腈溶解在溶劑中，制備得到紡絲液；將上述紡絲液在紡絲液溫度為30-60℃噴入一級凝固浴中，得到共混纖維；將得到的纖維在溫度為50-90℃的二級凝固浴中進行凝固后處理6-24h，經過水洗、干燥后得到木質素基中空纖維。本發明具有流程、工藝、設備簡單，操作簡便的優點。
【IPC分類】D01D5/06, D01D1/02, D01D5/24
【公開號】CN105568413
【申請號】CN201510976609
【發明人】呂春祥, 賈珍, 周普查, 劉耀東, 安鋒
【申請人】中國科學院山西煤炭化學研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月22日