一种海藻多糖复合功能纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种海藻多糖复合功能纤维的制备方法，以海藻酸钠溶液和TEOS作为反应前驱体，通过溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种海藻多糖复合功能纤维的制备方法


[0001]本专利技术涉及多孔复合纤维制备
，具体而言，涉及一种海藻多糖复合功能纤维的制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代化发展，工业污水排放及石油泄漏等问题导致水资源污染严重，对海洋和陆地的生态环境以及全球经济造成巨大危害。因此，如何高效、经济、环保地去除有机污染物是当今科学家研究的主要目标。常见的吸收剂，例如羊毛纤维、木棉纤维和沸石都存在着水油选择能力差、重复利用率低、环境不相容等缺点，无法大规模生产及应用于污水处理领域。相比之下，三维网络结构的多孔气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、低密度等优异特性，被认为是有机溶剂吸附的最佳选择。
[0003]二氧化硅气凝胶是迄今为止科学家发现的最轻的固体材料，也是最先进入气凝胶纤维研究的材料之一。二氧化硅气凝胶作为一种多孔材料，具有低密度、高孔隙率、高比表面积以及低热导率等独特性能，在环境、能源、催化、建筑等领域均得到了广泛应用。然而，二氧化硅气凝胶的骨架强度较弱、力学性能差，不足以承受在干燥过程中产生的毛细管力而出现结构坍塌，导致其商业应用受到了极大的限制。
[0004]为了改善二氧化硅气凝胶的力学性能，许多研究者致力于研究增强二氧化硅气凝胶的骨架强度。聚合物的分子链段具有较高的柔顺性，将聚合物分子引入到二氧化硅气凝胶的骨架中能够有效地改善其骨架的脆性。但目前的研究大都局限于采用合成聚合物增强二氧化硅气凝胶的骨架，采用合成聚合物增强的方法制备气凝胶通常需要较高的本体密度，且合成聚合物通常不溶于水，而硅源前驱体的水解和缩聚均需要水环境，在一定程度上会增加制备过程的复杂性和毒性。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种海藻多糖复合功能纤维的制备方法，制备得到海藻多糖
‑
二氧化硅复合气凝胶纤维，该方法选择水溶性的天然聚合物作为二氧化硅气凝胶的骨架支撑材料，通过海藻酸钠分子中含有的大量羟基与二氧化硅表面的羟基形成物理键合，逐渐形成三维网络结构。制备方法工艺简单，成本低廉，可以实现大批量生产，能够应用于有机溶剂吸附领域。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种海藻多糖复合功能纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)配置海藻酸钠的水溶液，向海藻酸钠水溶液中加入TEOS，得到分层溶液体系，所述分层溶液体系中上层为TEOS，下层为海藻酸钠溶液；
[0009]2)向所述步骤1)的分层溶液体系中滴加草酸溶液，得到酸性反应体系；
[0010]3)将所述步骤2)的酸性反应体系搅拌进行反应，至形成均匀的溶胶，脱泡处理，得到纺丝液；
[0011]4)挤出所述步骤3)的纺丝液，依次通过凝固浴固化成丝和拉伸浴定形，再依次进行洗涤分丝、疏水改性、陈化和冷冻干燥处理，得到海藻多糖复合功能纤维。
[0012]优选地，所述海藻酸钠水溶液的质量浓度为2.0％～6.0％。上述的海藻酸钠是由海洋生物质资源提取而成，所述海洋生物质资源为褐藻、马尾藻或琼胶中的一种或两种，海藻酸钠溶液的质量浓度为2.0％～6.0％。海藻酸钠溶液的粘度不会太高或者太低，避免纤维强度过低或堵孔现象的出现。
[0013]硅源选择正硅酸乙酯，分析纯，原料来源广，且成本相对低廉，可以减少杂质的引入，保证纺丝液制备过程中工艺的简便控制与纤维制品的质量品质。
[0014]优选地，步骤1)中海藻酸钠和TEOS的质量比为3:2～20。
[0015]优选地，步骤2)中草酸的摩尔浓度为0.1mol/L，所述酸性反应体系的pH值为3～6。
[0016]优选地，步骤3)中所述搅拌的时间为24h，反应的温度为40℃，搅拌的速率为500
‑
700r/min。
[0017]优选地，步骤4)中所述凝固浴为质量百分数浓度为4％～8％的氯化钙水溶液，所述凝固浴的温度为25℃～35℃。
[0018]优选地，步骤4)中所述拉伸浴为质量百分数浓度为3％～6％氯化钙水溶液，所述拉伸浴的温度为25℃～35℃。
[0019]优选地，步骤4)中所述洗涤用洗涤剂为乙醇和二甲基硅油的混合溶液，乙醇和二甲基硅油的体积比为99:1。利用二甲基硅油的热稳定性及低的粘温系数，消除纤维表面的静电，帮助纤维分丝，提高纤维质量。
[0020]优选地，步骤4)中所述疏水改性用疏水改性剂为MTOS、叔丁醇和草酸的混合溶液。
[0021]优选地，所述疏水改性的时间为6
‑
8h。
[0022]本专利技术的有益效果如下：
[0023]1.制备得到的海藻多糖
‑
二氧化硅复合气凝胶纤维，直径为30
‑
80μm，其水接触角可达到150
°
以上，能够高效地应用于水油分离领域。
[0024]2.酸性条件下添加硅源可以得到粒径为3
‑
10nm的纳米二氧化硅颗粒，更小尺寸的纳米二氧化硅颗粒能够表现出更强的界面效应和尺寸效应。纳米二氧化硅周围包裹着大量的不同状态的羟基，且具有颗粒尺寸小，比表面积大，表面能高，活性强和表面配位不足等特点，使得纳米二氧化硅的表面价键极易与海藻多糖的分子链相结合，发生键合作用，能够均匀分散于海藻多糖分子链的空隙，有效改善海藻纤维的热稳定性和化学稳定性。
[0025]3.未改性的海藻多糖
‑
二氧化硅复合气凝胶纤维表面存在大量
[0026]–
OH基团，会吸收空气中的水分而导致结构坍塌，从而影响气凝胶纤维的性能。使用MTOS作为疏水改性剂是通过用
–
CH3取代
–
OH基团来防止水合作用的产生。MTOS具有较高的活性，在酸性条件下可以缓慢地逐渐水解。MTOS的甲氧基在草酸的催化作用下水解生成羟基，接着与二氧化硅中的羟基发生进一步的脱水缩合。疏水基团的数量较多，疏水性越好，同时有效地改善了复合气凝胶纤维在空气中的稳定性。
[0027]4.由于所用原料均为可降解材料，因而，最终制备出的海藻多糖
‑
二氧化复合气凝胶纤维保留了较好的可降解性能。
[0028]5.本专利技术相对于现有技术，具有工艺简单，所制得的海藻多糖
‑
二氧化硅复合气凝胶纤维在具有比表面积大、孔隙率高等各种良好性能指标的基础上，大幅提高了复合气凝
胶纤维的水油分离能力、阻燃性能，更适于有机溶剂吸附领域。
附图说明
[0029]图1为实施例1制备的海藻多糖复合功能纤维的实物照片图；
[0030]图2为实施例1制备的海藻多糖复合功能纤维表面扫描电子显微镜照片图；
[0031]图3为实施例1制备的海藻多糖复合功能纤维断面扫描电子显微镜照片图；
[0032]图4为实施例1制备的海藻多糖复合功能纤维透射电镜照片图；
[0033]图5为实施例4制备的海藻多糖复合气凝胶膜光学接触角及3D形貌测量测试照片图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海藻多糖复合功能纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)配置海藻酸钠的水溶液，向海藻酸钠水溶液中加入TEOS，得到分层溶液体系，所述分层溶液体系中上层为TEOS，下层为海藻酸钠溶液；2)向所述步骤1)的分层溶液体系中滴加草酸溶液，得到酸性反应体系；3)将所述步骤2)的酸性反应体系搅拌进行反应，至形成均匀的溶胶，脱泡处理，得到纺丝液；4)挤出所述步骤3)的纺丝液，依次通过凝固浴固化成丝和拉伸浴定形，再依次进行洗涤分丝、疏水改性、陈化和冷冻干燥处理，得到海藻多糖复合功能纤维。2.根据权利要求1所述的海藻多糖复合功能纤维的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠水溶液的质量浓度为2.0％～6.0％。3.根据权利要求1所述的海藻多糖复合功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤1)中海藻酸钠和TEOS的质量比为3:2～20。4.根据权利要求1所述的海藻多糖复合功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤2)中草酸的摩尔浓度为0.1mol/L，所述酸性反应体系的pH值为3～6。5.根据权利要求1所述的海藻多糖复合功能纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兵兵，龙晓静，夏延致，王甜，刘永娇，董金凤，纪全，田星，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：