【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海藻酸盐类纤维制备，具体涉及一种新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维的方法。
技术介绍
1、传统湿法纺丝技术的发展过程中，主要聚焦于提升丝织品的抗拉强度和柔韧性，海藻酸盐类纤维因其来源广泛、无毒无害且易生物降解而广泛应用于纺织行业。该方法的基本流程通过注射泵将海藻酸盐纺丝液流股与提供附加功能的其他流股精确汇合形成海藻酸盐混合液后注射到充满交联剂的凝固浴中，利用凝固浴进行液相限域逐渐将海藻酸盐混合液固化得到凝胶态纤维，再经过干燥工段得到最终产品。纺丝过程操作简便、成本低廉及易于规模化生产的优势，是制备海藻酸钠纤维的常用技术之一。
2、尽管湿法纺丝在纤维制备中具有诸多优势，但在凝固浴中进行液相限域凝固的过程也面临一些挑战。为了维持凝固浴的稳态，湿法纺丝在凝固浴进行液相限域的过程通常需要远超所需的交联剂的用量。不仅增加了生产成本，还易造成大量废液污染环境。随着交联过程不断进行，凝固浴内交联剂浓度逐渐下降。这一变化不仅会导致交联反应的速率降低，还会对水凝胶纤维的强度、柔韧性和抗拉性能等产生影响，导致产品的整体质量不稳定。同时，交联剂浓度的降低可能使得凝固浴的稳定状态易被打破，造成凝固浴沉淀和局部相分离进而导致注射入口堵塞，影响正常的生产过程。这种堵塞不仅会影响生产的连续性，还可能导致设备的损坏，增加了维护和修理的成本。
技术实现思路
1、常规的湿法纺丝着重于解决赋予水凝胶纤维高附加值功能并维持机械性能稳定，但是无法克服凝固浴试剂的大量使用造成生产成本增加、
2、本专利技术为达到上述目的，通过下述技术方案实现：
3、一种新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维，包括水凝胶纤维外壳和包覆在水凝胶外壳表面的粉体包覆物；所述水凝胶纤维外壳由阴离子海藻酸盐和交联剂结合制备。
4、所述阴离子海藻酸盐类含量为0.5％～10％；阳离子交联剂含量为0.5％～20％；水性增韧剂含量为0.2％～5％；外层粉体包覆物含量为0.1％～5％；余量为水。
5、进一步地，所述阴离子海藻酸盐类和水性增韧剂制备的混合水溶液粘度应小于5000mpa·s。
6、进一步地，所述阴离子海藻酸盐类溶质包含海藻酸、海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸钙或海藻酸镁中的一种或几种溶质。
7、进一步地，所述阳离子交联剂均为二价及以上的金属离子，包括ca2+、mg2+、zn2+、sr2+、cu2+、al3+或fe3+中的一种或几种，若采用多种阳离子形成交联剂，所有阳离子物质的量浓度应为0.2～3mol/l。
8、进一步地，所述水性增韧剂应包含琼脂、黄原胶、葡聚糖、丝素蛋白、丝胶蛋白、聚乙烯醇或聚氨基甲酸酯中的一种或几种，固含量低于5％。
9、进一步地，所述粉体包覆物为金属粉体、金属氧化物粉体、无机非金属粉体或有机聚合物粉体的一种或多种，并且粒径在0.1μm～100μm之间。其中：
10、所述金属粉体包括铁粉、铜粉、金粉中的至少一种；
11、所述无机盐粉体包括氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化银中的至少一种；
12、所述金属氧化物粉体包括四氧化三铁、氧化铜、二氧化钛粉的至少一种；
13、所述无机非金属粉体包括二氧化硅、滑石粉、云母粉、高岭土、石墨烯、碳纳米管中的至少一种；
14、所述有机聚合物粉体包括聚丙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯中的至少一种。
15、一种新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维的制备方法，包括如下步骤：
16、1)将海藻酸盐与水形成的海藻酸盐溶液，等到海藻酸盐与水完全形成稳定的混合溶液后，将水性增韧剂添加到混合水溶液中。
17、2)在混合水溶液表面，连续均匀地滴加一定浓度的阳离子交联剂后，在气相限域的条件下进行匀速提拉牵引成丝状水凝胶纤维。
18、3)在水凝胶纤维表面附着一种或多种粉体包覆物。
19、4)通过热对流与热辐射的方式对水凝胶纤维进行干燥。
20、5)通过绕线机将干燥后水凝胶纤维收集。
21、在步骤1)所述水性增韧剂应当不与阳离子交联剂反应或者反应速率显著低于海藻酸盐水溶液，并与海藻酸盐质量分数应优选相近比例。
22、进一步地，步骤2)所述气相限域应为直接与混合水溶液表面接触的气相，包括空气、氮气、氧气或稀有气体中的一种或者多种。
23、进一步地，步骤3)所述使用多种粉体包覆物时，可将粉体预混均匀后包覆；若外包覆粉体因浸润性不同而不便于同时包覆，可将亲水性粉体与阳离子交联剂混合后在提拉牵引时包覆。
24、进一步地，步骤4)所述热对流固化方法，包括自然对流、烘箱干燥、传送带式干燥、流化床干燥、热空气干燥或空气循环干燥方法的至少一种。所述热辐射固化方法，包括红外辐射、紫外线辐射、激光辐射、微波辐射、蓝光照射或可见光热辐射固化方法的至少一种。
25、进一步地，步骤5)所述水凝胶纤维收集是由单相电机控制的旋转绕线装置一组或多组实现，所述旋转绕线装置转速控制范围是5～500r/min。其旋转方式包括磁力旋转、机械臂旋转、滚轮旋转或转盘旋转中的一种。
26、进一步地，采用多组旋转绕线装置时，绕线装置之间的最大转速差应在0.5～3倍之间。
27、相对于传统湿法纺丝过程，本专利技术技术方案取得的有益效果是：
28、1、本专利技术提供的一种新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维，是一种以微纳米级材料为外包覆粉体以及海藻酸盐为凝胶结构的水凝胶纤维。该水凝胶采用半包覆结构调控表面粉体，凝胶表面的外包覆粉体在水凝胶固化阶段可以随着凝胶外壳膨胀或者收缩发生迁移和重排，防止局部粉末结块影响水凝胶纤维的均匀性。
29、2、以微纳米级粉体作为外包覆材料，因而在微观尺度上可以对所得到的海藻酸盐水凝胶纤维赋予高附加值应用。例如，水凝胶表面负载吸光性粉体可赋予纤维光热转换性能，负载亲水性粉体可赋予纤维吸湿性能以及负载相变材料可赋予纤维相变储能应用。
30、3、海藻酸类材料源自于天然海藻，利用海藻酸作为制备水凝胶纤维的主要原料，具有无毒性、生物相容性良好、资源丰富和可降解等优势。制备出的成品纤维能够有效地吸收和释放水分，有助于调节湿度。
31、4、本专利技术提供的一种新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维，其核心优势在于气相限域方法将传统的液相溶剂凝固浴转变为空气，从而显著减少交联剂的使本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维，其特征在于，包括水凝胶外壳和包覆在水凝胶外壳表面的粉体包覆物；所述水凝胶纤维外壳由阴离子海藻酸盐和交联剂接触后在气相形成水凝胶纤维，按质量百分比计包括以下组分：阴离子海藻酸盐类溶质0.5％～10％；阳离子交联剂0.5％～20％；水性增韧剂0.2％～5％；外层粉体包覆物0.1％～5％；余量为水。
2.根据权利要求1所述的新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维，其特征在于，所述阴离子海藻酸盐类溶质包含海藻酸、海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸钙或海藻酸镁的一种或几种溶质。
3.根据权利要求1所述的新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维，其特征在于，所述阳离子交联剂为二价及以上的金属离子，Ca2+、Mg2+、Zn2+、Sr2+、Cu2+、Al3+或Fe3+中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维，其特征在于，所述水性增韧剂为琼脂、黄原胶、葡聚糖、丝素蛋白、丝胶蛋白、聚乙烯醇或聚氨基甲酸酯一种或几种，固含量低于5％。
5.根据权利要求1所
6.根据权利要求1所述的新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维，其特征在于，水凝胶纤维制备的气相条件为空气、氮气、氧气、或稀有气体中的一种或者多种。
7.权利要求1-6任一项所述的新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维的方法，其特征在于，包括水凝胶气相限域步骤、水凝胶固化步骤以及水凝胶批量收集步骤，其中，水凝胶气相限域步骤包括：
8.根据权利要求7所述的新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维的方法，其特征在于，所述的热对流固化方法，为自然对流、烘箱干燥、传送带式干燥、流化床干燥、热空气干燥或空气循环干燥方法的至少一种；所述的热辐射固化方法，为红外辐射、紫外线辐射、激光辐射、微波辐射、蓝光照射、可见光热辐射固化方法的至少一种。
9.根据权利要求7所述的新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维的方法，其特征在于，所述旋转绕线装置的旋转方式包括磁力旋转、机械臂旋转、滚轮旋转或转盘旋转中的一种；所述旋转绕线装置转速控制范围是5～500r/min。
10.根据权利要求7所述的新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维的方法，其特征在于，采用多组旋转绕线装置时，绕线装置之间的最大转速差应在0.5～3倍之间。
...【技术特征摘要】
1.一种新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维，其特征在于，包括水凝胶外壳和包覆在水凝胶外壳表面的粉体包覆物；所述水凝胶纤维外壳由阴离子海藻酸盐和交联剂接触后在气相形成水凝胶纤维，按质量百分比计包括以下组分：阴离子海藻酸盐类溶质0.5％～10％；阳离子交联剂0.5％～20％；水性增韧剂0.2％～5％；外层粉体包覆物0.1％～5％；余量为水。
2.根据权利要求1所述的新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维，其特征在于，所述阴离子海藻酸盐类溶质包含海藻酸、海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸钙或海藻酸镁的一种或几种溶质。
3.根据权利要求1所述的新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维，其特征在于，所述阳离子交联剂为二价及以上的金属离子，ca2+、mg2+、zn2+、sr2+、cu2+、al3+或fe3+中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维，其特征在于，所述水性增韧剂为琼脂、黄原胶、葡聚糖、丝素蛋白、丝胶蛋白、聚乙烯醇或聚氨基甲酸酯一种或几种，固含量低于5％。
5.根据权利要求1所述的新型气相限域方法批量制备海藻酸盐类水凝胶纤维，其特征在于，所述外层粉体包覆物包括金属粉体、无机盐粉体、金属氧化物粉体、无机非金属粉...
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