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您当前的位置： 一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维及其制备方法与流程
2021-01-21 10:01:29|
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起点商标网 本发明属于生物质再生纤维
技术领域：
，涉及一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维及其制备方法。
背景技术：
：再生纤维素纤维是以纤维素为原料，通过湿法纺丝制备的化学纤维。再生纤维素纤维具有资源可持续、穿着舒适性好、可降解等诸多优点，是不可或缺的纤维材料。但是，再生纤维素纤维存在着易燃的缺点。为了提高再生纤维素纤维的综合性能，可通过后整理、溶液添加等方法制成阻燃再生纤维素纤维。通过后整理法制备阻燃再生纤维素纤维，存在耐洗牢度不足的问题。通过溶液添加法制成的阻燃再生纤维素纤维，阻燃剂添加量大且与纤维素的相容性差，纤维的力学强度大幅降低。海藻酸、海藻酸钠、海藻酸钙等海藻酸及其金属盐是另一类产量巨大的天然高分子。海藻酸、海藻酸钙不溶于水，海藻酸钠易溶于水。采用海藻酸钠溶液，以氯化钙溶液为凝固浴，通过湿法纺丝的方法可以制备海藻酸钙纤维。海藻酸钙纤维具有优良的阻燃特性，极限氧指数达到34.4％，属于难燃纤维(海藻酸钙纤维的结构与性能[j].合成纤维工业,2009(06):5-8.)。海藻酸钙纤维存在的问题是力学性能低，耐化学稳定性差，并不适用于服用。纤维素和海藻酸都属于天然高分子多糖，将两者混合可制成纤维素/海藻酸钙复合纤维或共混纤维。德国smartfiber公司生产的seacell海藻纤维，是将成分为海藻酸钙的天然海藻细颗粒加入纤维素/nmmo纺丝液中，通过干喷湿法纺丝制备含有海藻酸钙的lyocell纤维。中国专利zl201610848098.5(一种纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法)是将海藻酸钠与氯化钙加入纤维素/nmmo纺丝液中，制备含有质量分数少于5％的纤维素/海藻酸钙共混纤维。上述两种方法制成的纤维素/海藻酸钙纤维，海藻酸钙含量少，无法阻止纤维素的燃烧，纤维不具有阻燃特性。因此，研究一种兼具良好的力学性能与阻燃特性的纤维素/海藻酸钙共混纤维具有十分重要的意义。技术实现要素：为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维及其制备方法。为达到上述目的，本发明采用的方案如下：一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法：分别将纤维素溶液ⅰ与纤维素/海藻酸共混溶液供料给皮芯复合纺丝组件，其中，纤维素溶液ⅰ进入皮层通道，纤维素/海藻酸共混溶液进入芯层通道，经喷丝孔挤出后，依次进入空气段、第一凝固浴和第二凝固浴，再经水洗和干燥，制得皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维；流经皮层通道的纤维素溶液ⅰ与流经芯层通道的纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:0.9～1.1。作为优选的技术方案：如上所述的一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，纤维素溶液ⅰ由纤维素溶于离子液体制得；纤维素溶液ⅰ中纤维素的质量分数为4～10％，离子液体的质量分数为90～96％；纤维素/海藻酸共混溶液是由纤维素溶液ⅱ与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液ⅱ由纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体制得，纤维素溶液ii与海藻酸溶液的粘度比为500～1000:1；纤维素/海藻酸共混溶液中纤维素的质量分数为6～12％，纤维素与海藻酸的质量比为3～1:1，离子液体的质量分数为83.5～90％；第一凝固浴为离子液体水溶液。如上所述的一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，纤维素/海藻酸共混溶液中纤维素的聚合度比纤维素溶液ⅰ中纤维素的聚合度低100～200。如上所述的一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，纤维素/海藻酸共混溶液中纤维素的聚合度为300～600，纤维素溶液ⅰ中纤维素的聚合度为400～800。如上所述的一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，空气段的长度为3～10mm，温度为5～25℃。(空气段长度，温度，主要使溶液中高分子取向，对纤维的取向度和结晶度产生影响)。如上所述的一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，离子液体水溶液的质量分数为0～10％，(当该溶液中以水为主要组分时，不具有溶解纤维素的能力。因为水与离子液体的相互作用强于纤维素与离子液体的相互作用，纤维素溶液中的离子液体会进入水溶液，称为双扩散)第一凝固浴的温度为5～15℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为4～7倍，停留时间为3～6s；第二凝固浴为质量分数为1～5％的氯化钙水溶液，第二凝固浴的温度为5～15℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为1～2倍，停留时间为2～5s。如上所述的一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，离子液体为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐或者1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐。本发明还提供如上所述的方法制得的皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维：皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维主要由纤维素组分和分散在其中的海藻酸钙组分组成；纤维素组分由皮层纤维素组分和芯层纤维素组分构成，且皮层纤维素组分和芯层纤维素组分界面存在氢键相互作用；海藻酸间通过二价金属钙离子交联，形成海藻酸钙，不具有水溶性；皮层与芯层的质量比为1:1～2(其中，皮层是指处于皮层的纤维素组分和海藻酸钙组分质量之和，芯层是指处于芯层的纤维素组分和海藻酸钙组分质量之和)，分散在芯层纤维素组分中的海藻酸钙含量低于分散在皮层纤维素组分中的海藻酸钙含量，且由芯层至皮层海藻酸钙含量逐渐增加，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的百分比为30～45％。本发明制备的纤维素/海藻酸钙共混纤维，皮层的质量比小于或等于芯层质量比，海藻酸钙主要存在于皮层纤维素中。因为皮层中含有一定量的海藻酸钙就可以使纤维具有阻燃特性，对于内部芯层海藻酸钙含量无要求。作为优选的技术方案：如上所述的皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维，芯层纤维素组分的结晶度为45～65％，取向度为75～85％；皮层纤维素组分的结晶度为46～67％，取向度为73～88％。纤维素/海藻酸钙共混纤维以纤维素为连续相，因此纤维素结晶和取向度与纤维断裂强度等性能密切相关。结晶、取向度与纤维素浓度、聚合度、纤维素/海藻酸/组分比、空气段拉伸倍速成正相关。本发明芯层纤维素浓度高于皮层纤维素浓度，但是，皮层纤维素聚合度高于芯层纤维素，且皮层纤维素溶液不含海藻酸，空气段溶液拉伸过程能够有效诱导纤维素取向，避免海藻酸的干扰。综合上述多因素的影响，皮层纤维素和芯层纤维素纤维的结晶和取向度相近。如上所述的皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维，皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的纤度为2.5～4.5dtex(按照gb/t14335测得)，干态断裂强度为2.5～3.5cn/dtex，湿态断裂强度为1.9～2.9cn/dtex，干态断裂伸长率为7～11％(干态断裂强度、湿态断裂强度和干态断裂伸长率按照gb/t14337测得)，标准回潮率为11～16％(按照gb/t6503测得)；成形过程(这个过程具体是指从双组分纺丝组件至水洗、干燥结束)中海藻酸的质量流失率为3～10％；皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的极限氧指数为27～30％，离火自熄时间为3～5s。本发明的机理如下：本发明制备的共混纤维，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增，呈梯度分布。且皮层中的海藻酸钙含量高，能够起到更好的阻燃作用。即与含有同等海藻酸钙含量的共混纤维相比，本发明制得的皮芯层结构的纤维的阻燃效果更好。海藻酸钙的分散主要依靠皮芯复合纺丝、凝固过程双扩散、纺丝溶液中纤维素浓度和聚合度调控实现。为实现上述目的，本发明采用皮芯复合纺丝方法，芯层溶液为纤维素/海藻酸共混溶液，皮层溶液为纤维素溶液i，并设置两道凝固浴，其中，第一道为离子液体水溶液凝固浴，第二道为氯化钙溶液凝固浴。纺丝液经纺丝组件挤出形成纺丝细流，纺丝细流进入第一凝固浴，发生溶剂(离子液体)与非溶剂(水)的双扩散。双扩散的原因是浓度梯度，纺丝细流(即皮层和芯层的纺丝液)中离子液体含量为83.5～96％；第一凝固浴中，离子液体含量为0～10％。因此，纺丝细流进入第一凝固浴后，纺丝细流中离子液体含量高，水含量低。而第一凝固浴中离子液体含量低，水含量高。纺丝细流中的离子液体向第一凝固浴扩散，而第一凝固浴中的水向纺丝细流扩散。此外，纺丝细流的质量相比第一凝固浴的总质量，只占极小比例，在离子液体含量为0～10％的凝固浴中，纤维素会凝固成形，而不是继续呈溶液状态。皮层的纤维素溶液i首先凝固，芯层的纤维素/海藻酸共混溶液的凝固时间点晚于皮层纤维素溶液i。因此，海藻酸与凝固浴的接触时间晚于皮层纤维素与凝固浴的接触时间，不会快速与凝固浴接触而流失。第二凝固浴为氯化钙溶液，二价金属钙离子能够与海藻酸交联，将其转变为不溶于水、具有阻燃特性的海藻酸钙。由于溶剂离子液体主要进入第一凝固浴，进入第二凝固浴的溶剂量较少(因为纺丝细流进入第一凝固浴，发生双扩散，纺丝细流中的离子液体主要进入第一凝固浴，进入第二凝固浴的纤维中以纤维素、水为主，含少部分的离子液体，因此，在第二凝固浴中的离子液体的量很少)。凝固浴中溶剂的回收成本是决定纤维生产成本的重要组分部分。第一凝固浴中仅有离子液体与水，不含氯化钙。因此，回收过程只需分离离子液体与水，相比含有氯化钙的离子液体水溶液，对回收工艺要求低，溶剂离子液体回收成本也低。纺丝细流出喷丝口，进入凝固浴前，海藻酸存在于芯层共混溶液，共混溶液中纤维素是主要组分，为连续相，而海藻酸为分散相，为了使最终纤维中海藻酸实现梯度分布，本发明采用的技术及其原理是：共混溶液中，纤维素溶液ii与海藻酸溶液的粘度比为500～1000:1，离子液体进入凝固浴，由于海藻酸溶液粘度低，易于流动，会随着溶剂沿纤维外部移动并进入皮层纤维素。双扩散扩散速率如下式所示，溶剂的浓度梯度可以控制扩散速率。凝固浴中溶剂的扩散速率v的定义为：式中：d——扩散系数(cm2/s)；a——扩散物所通过的面积(cm2)；——浓度梯度(g/cm4)；∧m——扩散物质的量(g)；∧t——扩散时间(s)；由于海藻酸的粘度低，凝固过程会随着溶剂流动，因此，公式中∧m——扩散物质的量(g)，可以近似理解成海藻酸移动的量，将公式改写成：根据上述公式，影响海藻酸运动的影响因素包括扩散系数、扩散物所通过的面积、浓度梯度和扩散时间。假定扩散物所通过的面积一定，则影响海藻酸运动的因素包括：1)扩散系数，在组成一定的情况下，扩散系数与温度相关，温度越高，扩散越快，扩散系数越大。因此，提高凝固浴的温度，扩散加快，能够促进海藻酸向外迁移，提升海藻酸从皮层进入芯层的量。降低温度，则使海藻酸移动的量减少；2)调控浓度梯度，即第一凝固浴浓度(凝固浴中离子液体的含量)。在纺丝溶液中离子液体含量固定的前提下，凝固浴的离子液体含量增加，说明浓度梯度减小，纺丝溶液中的离子液体进入凝固浴的速度会变慢。由于海藻酸粘度低，会随着溶剂离子液体流动，在浓度梯度较小的情况下，海藻酸的流动驱动力和沿纤维径向的流动距离也会变小。同样的，浓度梯度变大，则可促进海藻酸流动(溶剂是出纤维的，所以溶剂沿纤维径向运动，海藻酸也会跟着沿纤维径向运动)；3)扩散时间，扩散时间越长，即纤维在凝固浴中的时间越长，则海藻酸向外迁移的量越多。本发明采用的第一凝固浴为离子液体水溶液，离子液体的质量分数、凝固浴温度与纺丝液组成等参数匹配，保证海藻酸进入皮层，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增，呈梯度分布。为了实现海藻酸钙梯度分布的效果，还需结合纺丝溶液的参数设计。因为海藻酸的粘度很低，对共混溶液粘度影响很小。因此，影响溶液粘度的主要是纤维素聚合度与纤维素浓度。在纤维素的含量相同条件下，纤维素溶液i的粘度高于纤维素/海藻酸共混溶液的粘度。为了使皮层纤维素溶液i与芯层纤维素/海藻酸共混溶液的粘度相等，本发明利用纤维素溶液的浓度、聚合度与溶液粘度呈正相关的特点，通过调节溶液中纤维素含量、纤维素聚合度，即纤维素溶液i的浓度小于纤维素/海藻酸共混溶液中纤维素的浓度，且纤维素溶液i中的纤维素的聚合度高于纤维素/海藻酸共混溶液中纤维素的聚合度，使纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度接近。而当芯层纤维素/海藻酸共混溶液粘度与皮层纤维素溶液i粘度相近时，可以避免空气段拉伸过程所受拉伸张力的不一致，在张力作用下可以被同步拉伸，(高分子溶液具有粘弹性，正是因为粘弹性，才使高分子溶液被拉伸。如果芯层溶液与皮层溶液的粘度差别很大，即粘弹性差别很大，会导致无法被同步拉伸)，使高分子(海藻酸和纤维素大分子)在纺丝张力下沿纤维轴向取向，获得较高的取向度，高分子分子链的取向度越高，则能够承受的力越大，相应地，力学性能也就越好。纤维素/海藻酸酸钙共混纤维中纤维素是连续相，纤维素的含量越高，则纤维结构越致密，纤维素含量越低，则纤维结构更疏松。本发明纤维素溶液i的浓度低于纤维素/海藻酸共混溶液中纤维素的浓度，皮层纤维素致密程度低于芯层纤维素的致密程度。因为皮层纤维素结构相对疏松，海藻酸钙更易进入，形成皮层海藻酸钙含量高于芯层海藻酸钙含量的分散状态。有益效果(1)本发明采用两道凝固浴设计，第一凝固浴水溶液与第二凝固浴氯化钙溶液，第一凝固浴中仅有离子液体与水，降低溶剂提纯的难度；(2)本发明的一种纤维素/海藻酸共混纤维，成形和使用过程海藻酸流失率低，海藻酸钙梯度分布，富集于纤维的皮层，使纤维具有良好的阻燃特性，达到阻燃纤维的标准；(3)本发明生产的纤维素/海藻酸共混纤维，海藻酸钙含量高且力学性能较高，一定程度上解决了海藻酸钙含量增加对纤维力学性能产生的负面影响。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。具体实施例中的离子液体的种类见表1。实施例1一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(质量浓度为5％的离子液体水溶液)和第二凝固浴(质量分数为1％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为400的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为300的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为600:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为10％，离子液体的质量分数为90％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为12％，离子液体的质量分数为84％；纤维素与海藻酸的质量比为3:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:1.05；空气段的长度为4mm，温度为5℃；第一凝固浴的温度为5℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为7倍，停留时间为3s；第二凝固浴的温度为10℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为1倍，停留时间为2s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:1，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为30％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为65％，取向度为85％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为67％，取向度为88％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为4dtex，干态断裂强度为3.5cn/dtex，湿态断裂强度为2.9cn/dtex，干态断裂伸长率为8％，标准回潮率为11％；成形过程中海藻酸的流失率为3％。共混纤维的极限氧指数为30％，离火自熄时间为5s。对比例1一种纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于采用的纺丝方法为常规单组分纺丝组件挤出，成形过程中海藻酸的流失率为90％，纤维的极限氧指数为20％，离火不自熄。将实施例1与对比例1进行对比可以看出，采用常规的单组分干喷湿法纺丝方法，共混溶液中占质量分数90％的海藻酸进入凝固浴，存在于纤维中的海藻酸量极少，这是因为常规纺丝纺丝无法阻止海藻酸随着溶剂离子液体进入凝固浴。对比例2一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于纤维素ⅰ与纤维素ii的聚合度相同，均为300。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维中处于纤维芯层的纤维素ii组分的结晶度为63％，取向度为80％，处于纤维皮层的纤维素i组分的结晶度为50％，取向度为70％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为4.0dtex，干态断裂强度为3.2cn/dtex，湿态断裂强度为2.3cn/dtex；成形过程中海藻酸的流失率为15％，共混纤维的极限氧指数为24％。将实施例1与对比例2进行对比可以看出，对比例1纤维力学性能变差，海藻酸流失率增加，这是因为皮层纤维素i聚合度与芯层纤维素ii聚合度相同，导致皮层纤维素溶液i的粘度低于芯层纤维素共混溶液粘度，拉伸对芯层纤维素ii取向的作用强于皮层纤维素ⅰ。因此，皮层纤维素ii取向度变小，结晶度降低，总体上，纤维力学性能偏低。粘度差别过大还使复合过程皮层溶液和芯层溶液发生混合，进入凝固浴前海藻酸溶液就进入皮层纤维素ii溶液，造成海藻酸流失率偏高。实施例2一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(水)和第二凝固浴(质量分数为1％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为500的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为400的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为700:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为9％，离子液体的质量分数为91％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为11％，离子液体的质量分数为83.5％；纤维素与海藻酸的质量比为2:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:0.9；空气段的长度为7mm，温度为8℃；第一凝固浴的温度为7℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为6倍，停留时间为3s；第二凝固浴的温度为7℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为1倍，停留时间为3s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:1.2，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为33％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为60％，取向度为83％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为63％，取向度为81％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为4.5dtex，干态断裂强度为2.9cn/dtex，湿态断裂强度为2.1cn/dtex，干态断裂伸长率为9％，标准回潮率为13％；成形过程中海藻酸的流失率为4％。共混纤维的极限氧指数为29％，离火自熄时间为5s。实施例3一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(质量浓度为6％的离子液体水溶液)和第二凝固浴(质量分数为2％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为600的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为450的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为800:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为8％，离子液体的质量分数为92％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为10％，离子液体的质量分数为86％；纤维素与海藻酸的质量比为2.5:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:1.1；空气段的长度为5mm，温度为10℃；第一凝固浴的温度为11℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为4倍，停留时间为4s；第二凝固浴的温度为12℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为2倍，停留时间为4s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:1.4，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为35％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为55％，取向度为82％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为54％，取向度为84％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为3.4dtex，干态断裂强度为2.7cn/dtex，湿态断裂强度为2cn/dtex，干态断裂伸长率为7％，标准回潮率为14％；成形过程中海藻酸的流失率为5％。共混纤维的极限氧指数为29％，离火自熄时间为4s。实施例4一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(质量浓度为3％的离子液体水溶液)和第二凝固浴(质量分数为3％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为550的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为400的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为700:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为6％，离子液体的质量分数为94％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为9％，离子液体的质量分数为87.4％；纤维素与海藻酸的质量比为2.5:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:0.95；空气段的长度为4mm，温度为13℃；第一凝固浴的温度为15℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为5倍，停留时间为4s；第二凝固浴的温度为15℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为1.5倍，停留时间为2s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:1.5，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为37％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为58％，取向度为80％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为60％，取向度为81％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为2.9dtex，干态断裂强度为3.1cn/dtex，湿态断裂强度为2.4cn/dtex，干态断裂伸长率为9％，标准回潮率为15％；成形过程中海藻酸的流失率为7％。共混纤维的极限氧指数为28％，离火自熄时间为4s。实施例5一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(质量浓度为4％的离子液体水溶液)和第二凝固浴(质量分数为3％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为550的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为500的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为900:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为6％，离子液体的质量分数为94％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为7％，离子液体的质量分数为89.5％；纤维素与海藻酸的质量比为2:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:0.97；空气段的长度为7mm，温度为20℃；第一凝固浴的温度为13℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为6倍，停留时间为5s；第二凝固浴的温度为6℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为1倍，停留时间为2s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:1.6，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为39％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为57％，取向度为79％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为59％，取向度为80％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为2.5dtex，干态断裂强度为2.9cn/dtex，湿态断裂强度为2.3cn/dtex，干态断裂伸长率为11％，标准回潮率为15％；成形过程中海藻酸的流失率为7％。共混纤维的极限氧指数为28％，离火自熄时间为3s。实施例6一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(质量浓度为8％的离子液体水溶液)和第二凝固浴(质量分数为4％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为600的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为500的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为850:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为5％，离子液体的质量分数为95％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为6％，离子液体的质量分数为90％；纤维素与海藻酸的质量比为1.5:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:1.01；空气段的长度为3mm，温度为25℃；第一凝固浴的温度为8℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为4倍，停留时间为4s；第二凝固浴的温度为5℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为2倍，停留时间为5s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:1.8，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为42％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为50％，取向度为77％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为51％，取向度为79％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为3.1dtex，干态断裂强度为3cn/dtex，湿态断裂强度为2.4cn/dtex，干态断裂伸长率为10％，标准回潮率为16％；成形过程中海藻酸的流失率为8％。共混纤维的极限氧指数为27％，离火自熄时间为3s。实施例7一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(质量浓度为10％的离子液体水溶液)和第二凝固浴(质量分数为5％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为800的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为600的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为1000:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为4％，离子液体的质量分数为96％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为6％，离子液体的质量分数为88％；纤维素与海藻酸的质量比为1:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:1；空气段的长度为10mm，温度为13℃；第一凝固浴的温度为9℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为5倍，停留时间为6s；第二凝固浴的温度为9℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为1倍，停留时间为5s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:2，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为45％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为45％，取向度为75％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为46％，取向度为73％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为3.3dtex，干态断裂强度为2.5cn/dtex，湿态断裂强度为1.9cn/dtex，干态断裂伸长率为11％，标准回潮率为16％；成形过程中海藻酸的流失率为10％。共混纤维的极限氧指数为27％，离火自熄时间为3s。表1各实施例对应的离子液体的种类实施例离子液体种类实施例11-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐实施例31-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐实施例41-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐实施例51-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐实施例61-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐实施例71-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐当前第1页1 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技术领域：
，涉及一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维及其制备方法。
背景技术：
：再生纤维素纤维是以纤维素为原料，通过湿法纺丝制备的化学纤维。再生纤维素纤维具有资源可持续、穿着舒适性好、可降解等诸多优点，是不可或缺的纤维材料。但是，再生纤维素纤维存在着易燃的缺点。为了提高再生纤维素纤维的综合性能，可通过后整理、溶液添加等方法制成阻燃再生纤维素纤维。通过后整理法制备阻燃再生纤维素纤维，存在耐洗牢度不足的问题。通过溶液添加法制成的阻燃再生纤维素纤维，阻燃剂添加量大且与纤维素的相容性差，纤维的力学强度大幅降低。海藻酸、海藻酸钠、海藻酸钙等海藻酸及其金属盐是另一类产量巨大的天然高分子。海藻酸、海藻酸钙不溶于水，海藻酸钠易溶于水。采用海藻酸钠溶液，以氯化钙溶液为凝固浴，通过湿法纺丝的方法可以制备海藻酸钙纤维。海藻酸钙纤维具有优良的阻燃特性，极限氧指数达到34.4％，属于难燃纤维(海藻酸钙纤维的结构与性能[j].合成纤维工业,2009(06):5-8.)。海藻酸钙纤维存在的问题是力学性能低，耐化学稳定性差，并不适用于服用。纤维素和海藻酸都属于天然高分子多糖，将两者混合可制成纤维素/海藻酸钙复合纤维或共混纤维。德国smartfiber公司生产的seacell海藻纤维，是将成分为海藻酸钙的天然海藻细颗粒加入纤维素/nmmo纺丝液中，通过干喷湿法纺丝制备含有海藻酸钙的lyocell纤维。中国专利zl201610848098.5(一种纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法)是将海藻酸钠与氯化钙加入纤维素/nmmo纺丝液中，制备含有质量分数少于5％的纤维素/海藻酸钙共混纤维。上述两种方法制成的纤维素/海藻酸钙纤维，海藻酸钙含量少，无法阻止纤维素的燃烧，纤维不具有阻燃特性。因此，研究一种兼具良好的力学性能与阻燃特性的纤维素/海藻酸钙共混纤维具有十分重要的意义。技术实现要素：为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维及其制备方法。为达到上述目的，本发明采用的方案如下：一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法：分别将纤维素溶液ⅰ与纤维素/海藻酸共混溶液供料给皮芯复合纺丝组件，其中，纤维素溶液ⅰ进入皮层通道，纤维素/海藻酸共混溶液进入芯层通道，经喷丝孔挤出后，依次进入空气段、第一凝固浴和第二凝固浴，再经水洗和干燥，制得皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维；流经皮层通道的纤维素溶液ⅰ与流经芯层通道的纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:0.9～1.1。作为优选的技术方案：如上所述的一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，纤维素溶液ⅰ由纤维素溶于离子液体制得；纤维素溶液ⅰ中纤维素的质量分数为4～10％，离子液体的质量分数为90～96％；纤维素/海藻酸共混溶液是由纤维素溶液ⅱ与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液ⅱ由纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体制得，纤维素溶液ii与海藻酸溶液的粘度比为500～1000:1；纤维素/海藻酸共混溶液中纤维素的质量分数为6～12％，纤维素与海藻酸的质量比为3～1:1，离子液体的质量分数为83.5～90％；第一凝固浴为离子液体水溶液。如上所述的一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，纤维素/海藻酸共混溶液中纤维素的聚合度比纤维素溶液ⅰ中纤维素的聚合度低100～200。如上所述的一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，纤维素/海藻酸共混溶液中纤维素的聚合度为300～600，纤维素溶液ⅰ中纤维素的聚合度为400～800。如上所述的一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，空气段的长度为3～10mm，温度为5～25℃。(空气段长度，温度，主要使溶液中高分子取向，对纤维的取向度和结晶度产生影响)。如上所述的一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，离子液体水溶液的质量分数为0～10％，(当该溶液中以水为主要组分时，不具有溶解纤维素的能力。因为水与离子液体的相互作用强于纤维素与离子液体的相互作用，纤维素溶液中的离子液体会进入水溶液，称为双扩散)第一凝固浴的温度为5～15℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为4～7倍，停留时间为3～6s；第二凝固浴为质量分数为1～5％的氯化钙水溶液，第二凝固浴的温度为5～15℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为1～2倍，停留时间为2～5s。如上所述的一种皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，离子液体为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐或者1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐。本发明还提供如上所述的方法制得的皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维：皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维主要由纤维素组分和分散在其中的海藻酸钙组分组成；纤维素组分由皮层纤维素组分和芯层纤维素组分构成，且皮层纤维素组分和芯层纤维素组分界面存在氢键相互作用；海藻酸间通过二价金属钙离子交联，形成海藻酸钙，不具有水溶性；皮层与芯层的质量比为1:1～2(其中，皮层是指处于皮层的纤维素组分和海藻酸钙组分质量之和，芯层是指处于芯层的纤维素组分和海藻酸钙组分质量之和)，分散在芯层纤维素组分中的海藻酸钙含量低于分散在皮层纤维素组分中的海藻酸钙含量，且由芯层至皮层海藻酸钙含量逐渐增加，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的百分比为30～45％。本发明制备的纤维素/海藻酸钙共混纤维，皮层的质量比小于或等于芯层质量比，海藻酸钙主要存在于皮层纤维素中。因为皮层中含有一定量的海藻酸钙就可以使纤维具有阻燃特性，对于内部芯层海藻酸钙含量无要求。作为优选的技术方案：如上所述的皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维，芯层纤维素组分的结晶度为45～65％，取向度为75～85％；皮层纤维素组分的结晶度为46～67％，取向度为73～88％。纤维素/海藻酸钙共混纤维以纤维素为连续相，因此纤维素结晶和取向度与纤维断裂强度等性能密切相关。结晶、取向度与纤维素浓度、聚合度、纤维素/海藻酸/组分比、空气段拉伸倍速成正相关。本发明芯层纤维素浓度高于皮层纤维素浓度，但是，皮层纤维素聚合度高于芯层纤维素，且皮层纤维素溶液不含海藻酸，空气段溶液拉伸过程能够有效诱导纤维素取向，避免海藻酸的干扰。综合上述多因素的影响，皮层纤维素和芯层纤维素纤维的结晶和取向度相近。如上所述的皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维，皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的纤度为2.5～4.5dtex(按照gb/t14335测得)，干态断裂强度为2.5～3.5cn/dtex，湿态断裂强度为1.9～2.9cn/dtex，干态断裂伸长率为7～11％(干态断裂强度、湿态断裂强度和干态断裂伸长率按照gb/t14337测得)，标准回潮率为11～16％(按照gb/t6503测得)；成形过程(这个过程具体是指从双组分纺丝组件至水洗、干燥结束)中海藻酸的质量流失率为3～10％；皮芯结构纤维素/海藻酸钙共混纤维的极限氧指数为27～30％，离火自熄时间为3～5s。本发明的机理如下：本发明制备的共混纤维，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增，呈梯度分布。且皮层中的海藻酸钙含量高，能够起到更好的阻燃作用。即与含有同等海藻酸钙含量的共混纤维相比，本发明制得的皮芯层结构的纤维的阻燃效果更好。海藻酸钙的分散主要依靠皮芯复合纺丝、凝固过程双扩散、纺丝溶液中纤维素浓度和聚合度调控实现。为实现上述目的，本发明采用皮芯复合纺丝方法，芯层溶液为纤维素/海藻酸共混溶液，皮层溶液为纤维素溶液i，并设置两道凝固浴，其中，第一道为离子液体水溶液凝固浴，第二道为氯化钙溶液凝固浴。纺丝液经纺丝组件挤出形成纺丝细流，纺丝细流进入第一凝固浴，发生溶剂(离子液体)与非溶剂(水)的双扩散。双扩散的原因是浓度梯度，纺丝细流(即皮层和芯层的纺丝液)中离子液体含量为83.5～96％；第一凝固浴中，离子液体含量为0～10％。因此，纺丝细流进入第一凝固浴后，纺丝细流中离子液体含量高，水含量低。而第一凝固浴中离子液体含量低，水含量高。纺丝细流中的离子液体向第一凝固浴扩散，而第一凝固浴中的水向纺丝细流扩散。此外，纺丝细流的质量相比第一凝固浴的总质量，只占极小比例，在离子液体含量为0～10％的凝固浴中，纤维素会凝固成形，而不是继续呈溶液状态。皮层的纤维素溶液i首先凝固，芯层的纤维素/海藻酸共混溶液的凝固时间点晚于皮层纤维素溶液i。因此，海藻酸与凝固浴的接触时间晚于皮层纤维素与凝固浴的接触时间，不会快速与凝固浴接触而流失。第二凝固浴为氯化钙溶液，二价金属钙离子能够与海藻酸交联，将其转变为不溶于水、具有阻燃特性的海藻酸钙。由于溶剂离子液体主要进入第一凝固浴，进入第二凝固浴的溶剂量较少(因为纺丝细流进入第一凝固浴，发生双扩散，纺丝细流中的离子液体主要进入第一凝固浴，进入第二凝固浴的纤维中以纤维素、水为主，含少部分的离子液体，因此，在第二凝固浴中的离子液体的量很少)。凝固浴中溶剂的回收成本是决定纤维生产成本的重要组分部分。第一凝固浴中仅有离子液体与水，不含氯化钙。因此，回收过程只需分离离子液体与水，相比含有氯化钙的离子液体水溶液，对回收工艺要求低，溶剂离子液体回收成本也低。纺丝细流出喷丝口，进入凝固浴前，海藻酸存在于芯层共混溶液，共混溶液中纤维素是主要组分，为连续相，而海藻酸为分散相，为了使最终纤维中海藻酸实现梯度分布，本发明采用的技术及其原理是：共混溶液中，纤维素溶液ii与海藻酸溶液的粘度比为500～1000:1，离子液体进入凝固浴，由于海藻酸溶液粘度低，易于流动，会随着溶剂沿纤维外部移动并进入皮层纤维素。双扩散扩散速率如下式所示，溶剂的浓度梯度可以控制扩散速率。凝固浴中溶剂的扩散速率v的定义为：式中：d——扩散系数(cm2/s)；a——扩散物所通过的面积(cm2)；——浓度梯度(g/cm4)；∧m——扩散物质的量(g)；∧t——扩散时间(s)；由于海藻酸的粘度低，凝固过程会随着溶剂流动，因此，公式中∧m——扩散物质的量(g)，可以近似理解成海藻酸移动的量，将公式改写成：根据上述公式，影响海藻酸运动的影响因素包括扩散系数、扩散物所通过的面积、浓度梯度和扩散时间。假定扩散物所通过的面积一定，则影响海藻酸运动的因素包括：1)扩散系数，在组成一定的情况下，扩散系数与温度相关，温度越高，扩散越快，扩散系数越大。因此，提高凝固浴的温度，扩散加快，能够促进海藻酸向外迁移，提升海藻酸从皮层进入芯层的量。降低温度，则使海藻酸移动的量减少；2)调控浓度梯度，即第一凝固浴浓度(凝固浴中离子液体的含量)。在纺丝溶液中离子液体含量固定的前提下，凝固浴的离子液体含量增加，说明浓度梯度减小，纺丝溶液中的离子液体进入凝固浴的速度会变慢。由于海藻酸粘度低，会随着溶剂离子液体流动，在浓度梯度较小的情况下，海藻酸的流动驱动力和沿纤维径向的流动距离也会变小。同样的，浓度梯度变大，则可促进海藻酸流动(溶剂是出纤维的，所以溶剂沿纤维径向运动，海藻酸也会跟着沿纤维径向运动)；3)扩散时间，扩散时间越长，即纤维在凝固浴中的时间越长，则海藻酸向外迁移的量越多。本发明采用的第一凝固浴为离子液体水溶液，离子液体的质量分数、凝固浴温度与纺丝液组成等参数匹配，保证海藻酸进入皮层，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增，呈梯度分布。为了实现海藻酸钙梯度分布的效果，还需结合纺丝溶液的参数设计。因为海藻酸的粘度很低，对共混溶液粘度影响很小。因此，影响溶液粘度的主要是纤维素聚合度与纤维素浓度。在纤维素的含量相同条件下，纤维素溶液i的粘度高于纤维素/海藻酸共混溶液的粘度。为了使皮层纤维素溶液i与芯层纤维素/海藻酸共混溶液的粘度相等，本发明利用纤维素溶液的浓度、聚合度与溶液粘度呈正相关的特点，通过调节溶液中纤维素含量、纤维素聚合度，即纤维素溶液i的浓度小于纤维素/海藻酸共混溶液中纤维素的浓度，且纤维素溶液i中的纤维素的聚合度高于纤维素/海藻酸共混溶液中纤维素的聚合度，使纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度接近。而当芯层纤维素/海藻酸共混溶液粘度与皮层纤维素溶液i粘度相近时，可以避免空气段拉伸过程所受拉伸张力的不一致，在张力作用下可以被同步拉伸，(高分子溶液具有粘弹性，正是因为粘弹性，才使高分子溶液被拉伸。如果芯层溶液与皮层溶液的粘度差别很大，即粘弹性差别很大，会导致无法被同步拉伸)，使高分子(海藻酸和纤维素大分子)在纺丝张力下沿纤维轴向取向，获得较高的取向度，高分子分子链的取向度越高，则能够承受的力越大，相应地，力学性能也就越好。纤维素/海藻酸酸钙共混纤维中纤维素是连续相，纤维素的含量越高，则纤维结构越致密，纤维素含量越低，则纤维结构更疏松。本发明纤维素溶液i的浓度低于纤维素/海藻酸共混溶液中纤维素的浓度，皮层纤维素致密程度低于芯层纤维素的致密程度。因为皮层纤维素结构相对疏松，海藻酸钙更易进入，形成皮层海藻酸钙含量高于芯层海藻酸钙含量的分散状态。有益效果(1)本发明采用两道凝固浴设计，第一凝固浴水溶液与第二凝固浴氯化钙溶液，第一凝固浴中仅有离子液体与水，降低溶剂提纯的难度；(2)本发明的一种纤维素/海藻酸共混纤维，成形和使用过程海藻酸流失率低，海藻酸钙梯度分布，富集于纤维的皮层，使纤维具有良好的阻燃特性，达到阻燃纤维的标准；(3)本发明生产的纤维素/海藻酸共混纤维，海藻酸钙含量高且力学性能较高，一定程度上解决了海藻酸钙含量增加对纤维力学性能产生的负面影响。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。具体实施例中的离子液体的种类见表1。实施例1一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(质量浓度为5％的离子液体水溶液)和第二凝固浴(质量分数为1％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为400的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为300的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为600:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为10％，离子液体的质量分数为90％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为12％，离子液体的质量分数为84％；纤维素与海藻酸的质量比为3:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:1.05；空气段的长度为4mm，温度为5℃；第一凝固浴的温度为5℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为7倍，停留时间为3s；第二凝固浴的温度为10℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为1倍，停留时间为2s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:1，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为30％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为65％，取向度为85％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为67％，取向度为88％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为4dtex，干态断裂强度为3.5cn/dtex，湿态断裂强度为2.9cn/dtex，干态断裂伸长率为8％，标准回潮率为11％；成形过程中海藻酸的流失率为3％。共混纤维的极限氧指数为30％，离火自熄时间为5s。对比例1一种纤维素/海藻酸钙共混纤维的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于采用的纺丝方法为常规单组分纺丝组件挤出，成形过程中海藻酸的流失率为90％，纤维的极限氧指数为20％，离火不自熄。将实施例1与对比例1进行对比可以看出，采用常规的单组分干喷湿法纺丝方法，共混溶液中占质量分数90％的海藻酸进入凝固浴，存在于纤维中的海藻酸量极少，这是因为常规纺丝纺丝无法阻止海藻酸随着溶剂离子液体进入凝固浴。对比例2一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于纤维素ⅰ与纤维素ii的聚合度相同，均为300。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维中处于纤维芯层的纤维素ii组分的结晶度为63％，取向度为80％，处于纤维皮层的纤维素i组分的结晶度为50％，取向度为70％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为4.0dtex，干态断裂强度为3.2cn/dtex，湿态断裂强度为2.3cn/dtex；成形过程中海藻酸的流失率为15％，共混纤维的极限氧指数为24％。将实施例1与对比例2进行对比可以看出，对比例1纤维力学性能变差，海藻酸流失率增加，这是因为皮层纤维素i聚合度与芯层纤维素ii聚合度相同，导致皮层纤维素溶液i的粘度低于芯层纤维素共混溶液粘度，拉伸对芯层纤维素ii取向的作用强于皮层纤维素ⅰ。因此，皮层纤维素ii取向度变小，结晶度降低，总体上，纤维力学性能偏低。粘度差别过大还使复合过程皮层溶液和芯层溶液发生混合，进入凝固浴前海藻酸溶液就进入皮层纤维素ii溶液，造成海藻酸流失率偏高。实施例2一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(水)和第二凝固浴(质量分数为1％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为500的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为400的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为700:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为9％，离子液体的质量分数为91％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为11％，离子液体的质量分数为83.5％；纤维素与海藻酸的质量比为2:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:0.9；空气段的长度为7mm，温度为8℃；第一凝固浴的温度为7℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为6倍，停留时间为3s；第二凝固浴的温度为7℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为1倍，停留时间为3s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:1.2，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为33％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为60％，取向度为83％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为63％，取向度为81％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为4.5dtex，干态断裂强度为2.9cn/dtex，湿态断裂强度为2.1cn/dtex，干态断裂伸长率为9％，标准回潮率为13％；成形过程中海藻酸的流失率为4％。共混纤维的极限氧指数为29％，离火自熄时间为5s。实施例3一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(质量浓度为6％的离子液体水溶液)和第二凝固浴(质量分数为2％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为600的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为450的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为800:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为8％，离子液体的质量分数为92％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为10％，离子液体的质量分数为86％；纤维素与海藻酸的质量比为2.5:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:1.1；空气段的长度为5mm，温度为10℃；第一凝固浴的温度为11℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为4倍，停留时间为4s；第二凝固浴的温度为12℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为2倍，停留时间为4s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:1.4，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为35％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为55％，取向度为82％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为54％，取向度为84％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为3.4dtex，干态断裂强度为2.7cn/dtex，湿态断裂强度为2cn/dtex，干态断裂伸长率为7％，标准回潮率为14％；成形过程中海藻酸的流失率为5％。共混纤维的极限氧指数为29％，离火自熄时间为4s。实施例4一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(质量浓度为3％的离子液体水溶液)和第二凝固浴(质量分数为3％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为550的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为400的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为700:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为6％，离子液体的质量分数为94％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为9％，离子液体的质量分数为87.4％；纤维素与海藻酸的质量比为2.5:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:0.95；空气段的长度为4mm，温度为13℃；第一凝固浴的温度为15℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为5倍，停留时间为4s；第二凝固浴的温度为15℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为1.5倍，停留时间为2s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:1.5，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为37％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为58％，取向度为80％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为60％，取向度为81％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为2.9dtex，干态断裂强度为3.1cn/dtex，湿态断裂强度为2.4cn/dtex，干态断裂伸长率为9％，标准回潮率为15％；成形过程中海藻酸的流失率为7％。共混纤维的极限氧指数为28％，离火自熄时间为4s。实施例5一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(质量浓度为4％的离子液体水溶液)和第二凝固浴(质量分数为3％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为550的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为500的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为900:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为6％，离子液体的质量分数为94％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为7％，离子液体的质量分数为89.5％；纤维素与海藻酸的质量比为2:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:0.97；空气段的长度为7mm，温度为20℃；第一凝固浴的温度为13℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为6倍，停留时间为5s；第二凝固浴的温度为6℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为1倍，停留时间为2s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:1.6，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为39％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为57％，取向度为79％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为59％，取向度为80％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为2.5dtex，干态断裂强度为2.9cn/dtex，湿态断裂强度为2.3cn/dtex，干态断裂伸长率为11％，标准回潮率为15％；成形过程中海藻酸的流失率为7％。共混纤维的极限氧指数为28％，离火自熄时间为3s。实施例6一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(质量浓度为8％的离子液体水溶液)和第二凝固浴(质量分数为4％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为600的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为500的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为850:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为5％，离子液体的质量分数为95％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为6％，离子液体的质量分数为90％；纤维素与海藻酸的质量比为1.5:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:1.01；空气段的长度为3mm，温度为25℃；第一凝固浴的温度为8℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为4倍，停留时间为4s；第二凝固浴的温度为5℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为2倍，停留时间为5s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:1.8，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为42％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为50％，取向度为77％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为51％，取向度为79％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为3.1dtex，干态断裂强度为3cn/dtex，湿态断裂强度为2.4cn/dtex，干态断裂伸长率为10％，标准回潮率为16％；成形过程中海藻酸的流失率为8％。共混纤维的极限氧指数为27％，离火自熄时间为3s。实施例7一种纤维素/海藻酸共混纤维的制备方法，以纤维素溶液i为皮层组分，纤维素/海藻酸共混溶液为芯层组分，采用皮芯复合纺丝方法进行纺丝后，依次进入空气段、第一凝固浴(质量浓度为10％的离子液体水溶液)和第二凝固浴(质量分数为5％的氯化钙水溶液)，再进行水洗、干燥制得纤维素/海藻酸共混纤维；其中，纤维素溶液i由聚合度为800的纤维素溶于离子液体制得，纤维素/海藻酸共混溶液为纤维素溶液与海藻酸溶液混合制得，纤维素溶液由聚合度为600的纤维素溶于离子液体制得，海藻酸溶液由海藻酸溶于离子液体中制得，纤维素溶液与海藻酸溶液的粘度比为1000:1；纤维素溶液i中，纤维素的质量分数为4％，离子液体的质量分数为96％；纤维素/海藻酸共混溶液中，纤维素的质量分数为6％，离子液体的质量分数为88％；纤维素与海藻酸的质量比为1:1；纤维素溶液i与纤维素/海藻酸共混溶液的粘度比为1:1；空气段的长度为10mm，温度为13℃；第一凝固浴的温度为9℃，纤维在第一凝固浴中的拉伸倍率为5倍，停留时间为6s；第二凝固浴的温度为9℃，纤维在第二凝固浴中的拉伸倍率为1倍，停留时间为5s。最终制得的纤维素/海藻酸共混纤维，包括纤维素组分及海藻酸钙，海藻酸钙含量从纤维芯层向皮层逐渐递增呈梯度分布，皮层与芯层的质量比为1:2，芯层中海藻酸钙含量占纤维中海藻酸钙总质量的比为45％；处于纤维芯层的纤维素组分的结晶度为45％，取向度为75％。处于纤维皮层的纤维素组分的结晶度为46％，取向度为73％；纤维素/海藻酸共混纤维的纤度为3.3dtex，干态断裂强度为2.5cn/dtex，湿态断裂强度为1.9cn/dtex，干态断裂伸长率为11％，标准回潮率为16％；成形过程中海藻酸的流失率为10％。共混纤维的极限氧指数为27％，离火自熄时间为3s。表1各实施例对应的离子液体的种类实施例离子液体种类实施例11-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐实施例31-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐实施例41-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐实施例51-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐实施例61-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐实施例71-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐当前第1页1 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