一种纤维纺丝的方法，所述纤维包含来自纤维素纳米原纤维溶致性悬浮液的沿着纤维主轴配向的纤维素纳米原纤维，所述纳米原纤维配向是通过从模头、喷丝头或针头中挤出的纤维的伸展而实现的，其中所述纤维在伸展下干燥并且使配向的纤维聚集以形成连续的结构，并且其中所述纳米的悬浮液在其挤出之前使用至少一种分配式机械混合方法如辊磨法使其均质化，所述悬浮液中固体的浓度为至少7重量％。该方法中所使用的纤维可以从如木材等富含纤维素的材料中提取。本发明专利技术还涉及根据该方法所获得的纤维素基纤维以及包含至少90重量％的结晶纤维素的纤维素纤维。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用纤维素纳米原纤维，特别是从如木浆等纤维素材料中提取的纤维素纳米原纤维来制备纤维。
技术介绍
纤维素是具有β 1-4键的脱水葡萄糖的直链聚合物。许多种类的天然材料包含高浓度的纤维素。天然形式的纤维素纤维包括如棉花和大麻的材料。合成纤维素纤维包括例如人造丝(或纤维胶)和例如天丝(lyocell)(市场上命名为TENCEL )的高强度纤维的产品O天然纤维素以非晶或结晶形式存在。在合成纤维素纤维的制造过程中，纤维素首先被转换成非晶纤维素。由于纤维素纤维的强度取决于纤维素晶体的存在和取向，所以纤 维素材料可以在凝结过程中再次结晶以形成具有特定比例的结晶纤维素。这种纤维仍然包括高含量的非晶纤维素。因此，高度期望设计一种方法，以获得具有高含量结晶纤维素的纤维素基纤维。使用纤维素制造纤维的优点包括成本低、可利用范围大、生物可降解、生物相容性、低毒性、形稳性(dimensional stability)、高拉伸强度、质轻、耐用性、高吸湿性和容易进行表面衍生。可以在木材中发现结晶形式的纤维素，与其他天然来源的纤维素基材料一起包括高强度结晶纤维素聚集体，其有助于天然材料的刚性和强度，并且被称为纳米纤维或纳米原纤维。这些结晶纳米原纤维具有高强度与重量比，约为克维拉(Kevlar)的两倍，但目前无法达到全强度电位(full strength potential),除非这些原纤维可以被熔合为更大的结晶单元。这些纳米原纤维，在与植物或木材细胞分离时，可具有高的长径比并且在合适的条件下可以形成溶致性(lyotropic)悬浮液。Song, ff. , ffindle, A. (2005) uIsotropic-nematic phase transition ofdispersions of multiwall carbon nanotube，，发表在Macromolecules, 38,6181-6188 中，描述了从碳纳米管的液晶悬浮液纺出连续纤维，其立即形成向列相(沿着单轴的长范围取向排列)。向列相的结构允许纤维内部的粒子之间的良好结合。然而，天然纤维素纳米原纤维，一旦从其天然材料中提取出来，则当纳米原纤维的浓度大于大约5%至8%时，通常形成手性向列相(周期性地扭转向列结构)，因此防止纳米原纤维完全沿着纺制纤维主轴定向。纳米原纤维结构中的扭转会导致在纤维结构中的固有缺陷。文献“Effect of trace electrolyte on liquid crystal type of cellulosemicro crystals，，，Longmuir ; (Letter) ； 17 (15) ；4493-4496, (2001), Araki, J.和 Kuga，S证明细菌纤维素可以在静态的悬浮液中在大约7天之后形成向列相。然而，这项研究无法实现用于工业基础的纤维的制造，特别地，关于细菌纤维素很难制得并且成本高。Kimura 等人(2005) “Magnetic alignment of the chiral nematic phase of acellulose microfibril suspension，，Langmuir 21, 2034-2037 报道使用旋转磁场(5T, 15小时)将纤维素纳米原纤维悬浮液中的手性扭转解开，形成类向列相配向(nematic likealignment)。但是，此方法实际在工业水平上形成可用的纤维中是不可用的。Qizhou 等人(2006)“Transient rheological behaviour of lyotropic (acetyl)(ethyl) cellulose/m-cresol solutions, Cellulose 13 :213-223 的研究指出，当剪切力足够高时，悬浮液中的纤维素纳米原纤维会顺着剪切方向排列。手性向列相的结构变成流动配向的类向列相。然而，已经注意到手性向列相区域在悬浮液内部保持分散。并未提及关于例如形成连续纤维的现象的实际应用。Batchelor,G. (1971) “The stress generated in a non-dilute suspension ofelongated particles in pure straining motion，，，Journal of Fluid Mechanics,46,813-829的研究揭露延伸流变性对于将杆状粒子(在这种情况下为玻璃纤维)的悬浮液配向的用途。研究表明浓度的增加，但是尤其是杆状粒子的长径比的增加导致伸长粘度增加。未提及呈现在液晶悬浮液中的解开手性向列相结构的电位。1969年申请的英国专利GB1322723描述使用“原纤维”制造纤维。该专利主要是 聚焦在如二氧化硅和石棉等的无机原纤维，而且提及使用微晶纤维素作为可能(虽然是假想的)的替代物。微晶纤维素比纤维素纳米纤维具有更粗的粒子尺寸。通常由不完全水解的纤维素组成，采用不会立即形成溶致性悬浮液的纳米原纤维的聚集体。通常也使用盐酸制造微晶纤维，导致纳米原纤维上不具有表面电荷。GB 1322723总体上描述可以含有原纤维的悬浮液纺成纤维。然而，在GB 1322723中使用的悬浮液的固体含量等于或小于3%。这样的固体含量对于待进行的任何拉伸都太低。实际上，GB 1322723教导将大量的增稠剂添加到悬浮液中。应该注意增稠剂的使用会防止溶致性悬浮液的形成，并且干涉原纤维之间的氢键，这种氢键为实现高纤维强度所需。而且，1%至3%纤维素纳米原纤维的悬浮液，尤其是包含增稠剂的悬浮液，会形成各向同性相。GB 1322723未处理与使用原纤维的浓缩悬浮液有关联的问题，尤其是使用为溶致性的原纤维悬浮液。
技术实现思路
现在提供一种可以用于使用(尤其是)天然存在结晶纤维素来制造高结晶度纤维素纤维的方法。本专利技术涉及一种制造纤维素基纤维(尤其是连续纤维)的方法，所述纤维包含来自纤维素纳米原纤维溶致性悬浮液的沿着纤维主轴配向的纤维素纳米原纤维，所述纳米原纤维配向是通过从模头(die)、喷丝头(spinneret)或针头(needle)中挤出的纤维的伸展而实现的，其中所述纤维在伸展下干燥并且使配向的纤维聚集以形成连续的结构，并且其中所述纳米的悬浮液在其挤出之前使用至少一种分配式机械混合方法如辊磨法使其均质化，所述悬浮液中固体的浓度为至少7重量％。可替选地或附加地，可在纳米原纤维的悬浮液被挤出之前对其进行加热。混合通常由机械作用或者由介质的强制剪切或拉伸流而引发。通常有两种混合类型，即分散式混合和分配式混合。分散式混合定义为聚集体或团块破碎成所需最终晶粒尺寸或畴(domain)尺寸(液滴/Ic畴)的固体粒子。另一方面，分配式混合定义为给呈现在介质中的组分提供空间均匀性。这里的重点是将分配式和分散式混合二者都赋予到该悬浮液中。导致最终悬浮液没有大型液晶畴。通常，这意味着液晶畴不能在悬浮液中肉眼观察至IJ。两部分的混合都很重要，因此一般分配式混合也有贡献。分配式混合具有益处，由于溶致性悬浮液经常通过上述离心步骤提供导致在介质中的粒子不均匀地分布(重的/大粒子在底部，轻的/小粒子在顶部)，所以分配式混合用于增加介质中的离子的空间分布的均匀本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·图尔纳，祖里内·赫南德斯，卡勒姆·希尔，
申请(专利权)人：赛佩荷兰服务有限公司，
类型：发明
国别省市：
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