一种双网络水凝胶纤维的制备方法及其产品技术

本发明专利技术公开了一种双网络水凝胶纤维的制备方法及其产品，该吸水凝胶纤维的制备方法主要步骤包括：（1）纺丝原液的制备：将一种或多种水溶性天然聚多糖与水溶性丙烯酰胺聚合物溶解于水中，搅拌均匀，然后经过滤、脱泡，制得含有天然聚多糖及丙烯酰胺聚合物的混合纺丝原液；（2）含水初生凝胶纤维的制备：将步骤（1）所制得的混合纺丝原液通过湿法纺丝或干-湿法纺丝或者凝胶纺丝，按照预定的速度进行喷丝处理，将所述混合纺丝原液混入凝固浴，制得含水初生凝胶纤维；（3）辐射交联：将步骤（2）所得初生纤维集束牵伸导入电离辐射装置进行辐射交联，然后经过后续牵伸、热定型、卷绕以及切丝的工序制得双网络水凝胶纤维。

【技术实现步骤摘要】
一种双网络水凝胶纤维的制备方法及其产品
本专利技术涉及高分子材料加工领域，更具体地说，涉及一种双网络水凝胶纤维的制备方法及其产品。
技术介绍
目前，水凝胶纤维主要有两类，一类是以丙烯酸聚合物等乙烯类亲水聚合物为主体的超吸水纤维；另一类是天然生物质为主体的单组份或多组分亲水纤维，这两类水凝胶纤维均只包含一种交联网络结构。国内外实现超吸水纤维工业化生产的公司及其主要产品主要包括：英国TechnicalAbsorbents公司采用英国考陶尔（COURTAULD）和英国联合胶体公司技术生产的商品名“Oasis”超吸水纤维；加拿大阿尔伯达省加尔卡利市CamelotSuperabsorbents有限公司采用美国阿科(ARCO)化学公司技术（USP5026784）生产的商品名“Fibersorb”超吸水纤维；日本东洋纺(TOYOBO)公司采用日本东洋纺和其集团旗下的日本埃克斯兰公司技术生产的商品名“Lanseal-F”超吸水纤维，日本钟纺(KANEBO)合纤公司采用钟纺和TechnicalAbsorbents公司技术开发的商品名为“BELLOASIS”超吸水纤维以及国内南通江潮纤维制品有限公司采用中国纺织科学研究院的技术（CN1330801C）生产的商名“白兰”超吸水纤维等。上述超吸水纤维制备过程中都采用高温化学交联技术或者高温水解技术，对设备要求高，能量消耗大，生产成本高，易造成环境污染。且采用聚丙烯酸系聚合物制备的超吸水纤维力学性能较差，需与其他支撑纤维混纺才能达到使用要求。专利CN101787105B采用点击化学和原子转移自由基聚合同步反应制备网络互穿功能性水凝胶，将含有三个或三个以上端炔基的聚乙二醇单体与至少含有两个端叠氮基的聚乙二醇单体点击反应生成第一聚合物网络，再由带有功能基团的含双键单体通过原子转移自由基聚合得到第二聚合物网络。专利CN101608006B以阴离子型乙烯基单体为第一单体，紫外光照得到单网络水凝胶，该单网络水凝胶在含有丙烯酰胺类乙烯基单体、交联剂和引发剂的水溶液中溶胀至平衡，再次紫外光照得到双网络水凝胶。上述文献和专利所述双网络水凝胶主要采用自由基引发的活性单体聚合以及共价交联，所得凝胶受到模板的形状和尺寸限制，均为块状水凝胶，无法加工成纤维，生产效率低下，很难产业化应用。本专利技术利用现有的制备生物质纤维的成熟技术和设备，通过湿法、干湿法纺丝或者凝胶纺丝技术结合快速高效电离辐射交联技术，制备一类新型的高韧性双网络水凝胶纤维。进一步拓宽生物质聚多糖原料及丙酰胺聚合物的深加工和利用方向。所得产品可广泛应用于医用纺织品，产业用纺织品等领域。本专利技术采用连续性辐照交联技术，未添加任何化学交联剂，交联速度快，操作简单，生产效率高，容易实现连续性生产，生产过程无污染。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述吸水凝胶纤维韧性差，弹性低，拉伸易断，压缩易碎，需与其他支撑纤维混纺使用，给纤维的后续加工带来困难的缺陷，本专利技术采用离子交联及电离辐射交联相结合的技术在纤维内部原位构建一个均匀分布的双网络结构，制备一种高韧性双网络水凝胶纤维，其干态韧性好，可单独纺纱，具有很强的吸水及保水能力，且生物相容性好，耐盐性强。吸水溶胀后的凝胶纤维韧性和弹性都很好。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双网络水凝胶纤维的制备方法，包括以下步骤：（1）纺丝原液的制备：将一种或多种水溶性天然聚多糖与水溶性丙烯酰胺聚合物溶解于水中，搅拌均匀，然后经过滤、脱泡，制得含有天然聚多糖及丙烯酰胺聚合物的混合纺丝原液；（2）含水初生凝胶纤维的制备：将步骤（1）所制得的混合纺丝原液通过湿法纺丝或干-湿法纺丝或者凝胶纺丝，按照预定的速度进行喷丝处理，将所述混合纺丝原液混入凝固浴，制得含水初生凝胶纤维；（3）辐射交联：将步骤（2）所得初生纤维集束牵伸导入电离辐射装置进行辐射交联，然后经过后续牵伸、热定型、卷绕以及切丝的工序制得双网络水凝胶纤维。在本专利技术所述的双网络水凝胶纤维的制备方法中，其中，所述步骤（3）具体为，采用钴源或者电子束对所述初生凝胶纤维进行辐射交联加工，辐射总剂量为0.5kGy-50kGy。在本专利技术所述的双网络水凝胶纤维的制备方法中，其中，所述混合纺丝原液中所述天然聚多糖的含量为1-8%；所述丙烯酰胺聚合物的含量为4-30%；其中，天然聚多糖与丙酰胺聚合物质量比为1:1-1:10。在本专利技术所述的双网络水凝胶纤维的制备方法中，其中，所述凝固浴为温度为0℃-50℃，且含有0-10%的金属阳离子的50-100%乙醇水溶液，所述金属阳离子包括钙离子、钾离子、锌离子、银离子、钡离子、铁离子中的至少一种。在本专利技术所述的双网络水凝胶纤维的制备方法中，其中，所述天然聚多糖为海藻酸盐、卡拉胶、琼脂或魔芋粉中任意一种。在本专利技术所述的双网络水凝胶纤维的制备方法中，其中，所述丙烯酰胺聚合物的数均分子量为50000-6000000；所述丙烯酰胺聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺或两性聚丙烯酰胺中任意一种。在本专利技术所述的双网络水凝胶纤维的制备方法中，其中，所述阴离子型聚丙烯酰胺为以丙烯酰胺为主体的丙烯酰胺/阴离子型乙烯基单体二元或多元共聚物。在本专利技术所述的双网络水凝胶纤维的制备方法中，其中，所述阳离子型聚丙烯酰胺为以丙烯酰胺为主体的丙烯酰胺/阳离子型乙烯基单体二元或多元共聚物。在本专利技术所述的双网络水凝胶纤维的制备方法中，其中，所述非离子型聚丙烯酰胺为丙烯酰胺类单体的均聚物及以丙烯酰胺为主体的丙烯酰胺/非离子型乙烯基单体二元或多元共聚物。在本专利技术所述的双网络水凝胶纤维的制备方法中，其中，所述两性聚丙烯酰胺为以丙烯酰胺为主体的丙烯酰胺/阳离子型乙烯基单体/阴离子型乙烯基单体三元共聚物。本专利技术还提供一种双网络水凝胶纤维材料，该双网络水凝胶纤维材料采用上述制备方法制成。实施本专利技术所述的双网络水凝胶纤维的制备方法及其产品，具有以下有益效果：1.本方法以资源丰富的天然聚多糖和已经实现规模化生产的丙烯酰胺聚合物为原料，原料易得，价格低廉，产品成本较低，并进一步扩大天然聚多糖及丙烯酰胺聚合物的产业化应用范围。2.本方法采用连续性辐照交联技术，未添加任何化学交联剂，交联速度快，操作简单，生产效率高，容易实现连续性生产，过程无污染。3.本专利技术制备的水凝胶纤维干态韧性好，可单独纺纱，具有很强的吸水及保水能力，且生物相容性好，耐盐性强。吸水溶胀后的凝胶纤维韧性和弹性都很好。具体实施方式一种双网络水凝胶纤维的制备方法，包括以下步骤：（1）纺丝原液的制备：将一种或多种水溶性天然聚多糖与水溶性丙烯酰胺聚合物溶解于水中，搅拌均匀，然后经过滤、脱泡后，制得具有一定粘度、含有1-8%（质量百分数）天然聚多糖及4-30%（质量百分数）丙烯酰胺聚合物的混合纺丝原液，其中，天然聚多糖与丙酰胺聚合物质量比为1:1-1:10；其中，所述天然聚多糖为海藻酸盐、卡拉胶（kappa型卡拉胶，Iota卡拉胶）、琼脂或魔芋粉等。所述丙烯酰胺聚合物的数均分子量为50000-6000000；所述丙烯酰胺聚合物为阴离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺或两性聚丙烯酰胺中任意一种。所述阴离子型聚丙烯酰胺主要包括：丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双网络水凝胶纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）纺丝原液的制备：将一种或多种水溶性天然聚多糖与水溶性丙烯酰胺聚合物溶解于水中，搅拌均匀，然后经过滤、脱泡，制得含有天然聚多糖及丙烯酰胺聚合物的混合纺丝原液；（2）含水初生凝胶纤维的制备：将步骤（1）所制得的混合纺丝原液通过湿法纺丝或干‑湿法纺丝或者凝胶纺丝，按照预定的速度进行喷丝处理，将所述混合纺丝原液混入凝固浴，制得含水初生凝胶纤维；（3）辐射交联：将步骤（2）所得初生纤维集束牵伸导入电离辐射装置进行辐射交联，然后经过后续牵伸、热定型、卷绕以及切丝的工序制得双网络水凝胶纤维。

【技术特征摘要】
1.一种双网络水凝胶纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)纺丝原液的制备：将一种或多种水溶性天然聚多糖与水溶性丙烯酰胺聚合物溶解于水中，搅拌均匀，然后经过滤、脱泡，制得含有天然聚多糖及丙烯酰胺聚合物的混合纺丝原液；(2)含水初生凝胶纤维的制备：将步骤(1)所制得的混合纺丝原液通过湿法纺丝或干-湿法纺丝或者凝胶纺丝，按照预定的速度进行喷丝处理，将所述混合纺丝原液混入凝固浴，制得含水初生凝胶纤维；(3)辐射交联：将步骤(2)所得初生纤维集束牵伸导入电离辐射装置进行辐射交联，然后经过后续牵伸、热定型、卷绕以及切丝的工序制得双网络水凝胶纤维。2.根据权利要求1所述的双网络水凝胶纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为，采用钴源或者电子束对所述初生凝胶纤维进行辐射交联加工，辐射总剂量为0.5kGy-50kGy。3.根据权利要求1所述的双网络水凝胶纤维的制备方法，其特征在于，所述混合纺丝原液中所述天然聚多糖的含量为1-8％；所述丙烯酰胺聚合物的含量为4-30％；其中，天然聚多糖与丙烯酰胺聚合物质量比为1:1-1:10。4.根据权利要求1所述的双网络水凝胶纤维的制备方法，其特征在于，所述凝固浴为温度为0℃-50℃，且含有0-10％的金属阳离子的50-100％乙醇水溶液，所述金属阳离子包括钙离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：费宾，卢新昆，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81