專(zhuān)利名稱(chēng)：木材液化物紡絲液及其一步合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型紡絲液及其合成技術(shù)，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及利用木材液化物合成新型的紡絲液以及這種紡絲液的一步法合成工藝技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著化石資源的日趨短缺，生物質(zhì)資源已逐漸成為其重要的替代物。木材是四大傳統(tǒng)原材料中惟一可再生的天然材料，資源豐富，是國(guó)民生產(chǎn)建設(shè)中不可缺少的重要材料，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，也成為替代化石資源的首選。由于木材是難熔難溶的天然高分子聚合物，將其加工成纖維狀材料具有較大的困難。傳統(tǒng)的將木材加工成纖維材料主要有兩種方法一是機(jī)械熱磨；二是化學(xué)分離出纖維素，再加工成粘膠纖維。雖然這兩種方法都可以將木材加工成纖維狀材料，但都有不足之處。第一種方法加工的纖維非常短，直徑較大且不易控制，而且難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的長(zhǎng)絲；第二種方法雖然可以形成長(zhǎng)絲，但需要化學(xué)分離出纖維素再制備成漿粕，加工過(guò)程復(fù)雜，操作難度大。而且兩種方法都會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，不利于環(huán)保，同時(shí)由于在制備過(guò)程中只能利用木材的部分成分，木材資源浪費(fèi)嚴(yán)重。利用木材液化技術(shù)可以將木材在某些有機(jī)物或催化劑存在下轉(zhuǎn)化為具有反應(yīng)活性的液體，從而可作為燃料或化工原料使用。這樣就可以直接將液化后的木材產(chǎn)物通過(guò)化學(xué)方法調(diào)制成紡絲液，利用其紡絲液可直接紡制出纖維化材料。木材液化物具有獨(dú)特的性質(zhì)，其與傳統(tǒng)的生物質(zhì)紡絲液漿粕的調(diào)制具有很大的差別，且國(guó)內(nèi)外未曾發(fā)現(xiàn)相關(guān)報(bào)道和專(zhuān)利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是以木材液化物為原料，提供一種新的紡絲液及其一步法合成技術(shù)，以解決木材纖維化材料的制備的關(guān)鍵技術(shù)，降低傳統(tǒng)木材纖維化材料的加工缺陷，減小原材料的浪費(fèi)；同時(shí)由于該紡絲液可紡制成碳纖維原絲，從而緩解了化石資源短缺對(duì)碳纖維原料的影響，提高了木材的整體綜合利用價(jià)值。
本發(fā)明方法包括下步驟1)將木材粉碎后得木粉，將木粉與苯酚按照重量比1∶3～7混合，按苯酚重量5～10％加入酸性催化劑，150～180℃反應(yīng)1～3.0小時(shí)，得到木材液化物；優(yōu)選地將木粉與苯酚按照重量比1∶6混合，按苯酚重量8％加入酸性催化劑，160℃反應(yīng)2.5小時(shí)，得到木材液化物；2)紡絲液合成將合成劑按重量比3～6％加入到木材液化物中，從室溫經(jīng)過(guò)20～60min均勻加熱到110～130℃，反應(yīng)2～10min。優(yōu)選地，將合成劑按重量比5％加入到木材液化物中，從室溫經(jīng)過(guò)40min均勻加熱到120℃，反應(yīng)5min。
上述將木材步驟1)中將木材粉碎得到木粉，優(yōu)選將木材粉碎成20～80目篩的木粉，更優(yōu)選為過(guò)60目篩；將得到的木粉于105℃干燥至絕干將有助于液化處理。
上述的酸性催化劑，可以是鹽酸，也可以是硫酸或磷酸。
上述的合成劑優(yōu)選為多聚甲醛、糠醛、六次甲基四胺、三聚甲醛中的一種或多種。
本發(fā)明還包括通過(guò)上述方法得到的紡絲液。
本發(fā)明的木材液化物紡絲液一步法合成方法，通過(guò)將難熔難溶木材液化成具有一定反應(yīng)活性的液態(tài)溶液，加入合成劑在一定條件下反應(yīng)生成可拉絲的紡絲液，具有操作方便，污染較少，木材利用率較高等優(yōu)點(diǎn)，并徹底解決了無(wú)法直接利用木材進(jìn)行紡絲的難題，可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)紡絲機(jī)紡制出不同直徑的纖維材料，加工性能好。
本發(fā)明的木材液化物一步法制備的紡絲液，利用其可制備出的木材苯酚液化物纖維平均直徑為27μm，拉伸強(qiáng)度在230～356MPa，拉伸摸量在15～31GPa，斷裂伸長(zhǎng)率在2.17％～3.72％，其力學(xué)性能優(yōu)于普通的酚醛纖維。
具體實(shí)施例方式
下面實(shí)施例用于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1將木材粉碎成60目(網(wǎng)篩孔徑0.18mm)的粉末，而后將該木粉與木材重量的6倍的苯酚和催化劑磷酸(磷酸加入量為苯酚加入量的8％)加入到三口玻璃瓶中，置于預(yù)先預(yù)熱至160℃的油浴中，安裝好冷凝器，開(kāi)動(dòng)攪拌裝置(轉(zhuǎn)速1058rpm)進(jìn)行木材的液化，液化時(shí)間為2.5小時(shí)，得到木材液化物。
在液化物中加入5％的多聚甲醛40min從室溫加熱到120℃反應(yīng)5min可得到具有拉絲性能的木材液化物紡絲液，測(cè)定其紡制的纖維拉伸強(qiáng)度在39～49MPa，拉伸模量在5.6～8.8GPa，斷裂伸長(zhǎng)率在1.21～1.52％。
實(shí)施例2將木材粉碎成80目(網(wǎng)篩孔徑0.18mm)的粉末，而后將該木粉與木材重量的7倍的苯酚和催化劑鹽酸(鹽酸加入量為苯酚加入量的5％)加入到三口玻璃瓶中，置于預(yù)先預(yù)熱至150℃的油浴中，安裝好冷凝器，開(kāi)動(dòng)攪拌裝置(轉(zhuǎn)速1058rpm)進(jìn)行木材的液化，液化時(shí)間為3小時(shí)，得到木材液化物。
在液化物中加入3％的糠醛20min從室溫加熱到110℃反應(yīng)10min可得到具有拉絲性能的木材液化物紡絲液，測(cè)定其紡制的纖維拉伸強(qiáng)度在59～73MPa，拉伸模量在6.5～9.2GPa，斷裂伸長(zhǎng)率在0.9～1.11％。
實(shí)施例3將木材粉碎成20目(網(wǎng)篩孔徑0.18mm)的粉末，而后將該木粉與木材重量的5倍的苯酚和催化劑硫酸(硫酸加入量為苯酚加入量的8％)加入到三口玻璃瓶中，置于預(yù)先預(yù)熱至170℃的油浴中，安裝好冷凝器，開(kāi)動(dòng)攪拌裝置(轉(zhuǎn)速1058rpm)進(jìn)行木材的液化，液化時(shí)間為1小時(shí)，得到木材液化物。
在液化物中加入6％的六次甲級(jí)四胺60min從室溫加熱到120℃反應(yīng)2min可得到具有拉絲性能的木材液化物紡絲液，測(cè)定其紡制的纖維拉伸強(qiáng)度在90～129MPa，拉伸模量在8～24GPa，斷裂伸長(zhǎng)率在0.47～1.56％。
實(shí)施例4將木材粉碎成60目(網(wǎng)篩孔徑0.18mm)的粉末，而后將該木粉與木材重量的6倍的苯酚和催化劑磷酸(磷酸加入量為苯酚加入量的10％)加入到三口玻璃瓶中，置于預(yù)先預(yù)熱至180℃的油浴中，安裝好冷凝器，開(kāi)動(dòng)攪拌裝置(轉(zhuǎn)速1058rpm)進(jìn)行木材的液化，液化時(shí)間為2小時(shí)，得到木材液化物。
在液化物中加入5％的三聚甲醛30min從室溫加熱到130℃反應(yīng)8min可得到具有拉絲性能的木材液化物紡絲液，測(cè)定其紡制的纖維拉伸強(qiáng)度在39～49MPa，拉伸模量在5.6～8.8GPa，斷裂伸長(zhǎng)率在1.21～1.52％。
雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基本上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種木材液化物紡絲液，其通過(guò)如下步驟制得1)將木材粉碎后得木粉，將木粉與苯酚按照重量比1∶3～7混合，按苯酚重量5～10％加入酸性催化劑，150～180℃反應(yīng)1～3.0小時(shí)，得到木材液化物；2)紡絲液合成將合成劑按重量比3～6％加入到木材液化物中，從室溫經(jīng)過(guò)20～60min均勻加熱到110～130℃，反應(yīng)2～10min。
2.如權(quán)利要求1所述的紡絲液，其通過(guò)如下步驟制得1)將木材粉碎后得木粉，將木粉與苯酚按照重量比1∶6混合，按苯酚重量8％加入酸性催化劑，160℃反應(yīng)2.5小時(shí)，得到木材液化物；2)將合成劑按重量比5％加入到木材液化物中，從室溫經(jīng)過(guò)40min均勻加熱到120℃，反應(yīng)5min。
3.如權(quán)利要求1或2所述的紡絲液，其特征在于，所述制備步驟1)在液化反應(yīng)前還包括將木粉作干燥處理。
4.如權(quán)利要求1或2所述的紡絲液，其特征在于，所述酸性催化劑為磷酸、鹽酸或硫酸。
5.如權(quán)利要求1或2所述的紡絲液，其特征在于，所述合成劑選自多聚甲醛、糠醛、六次甲基四胺、三聚甲醛中的一種或多種。
6.一種制備木材液化物的方法，其包括如下步驟1)將木材粉碎后得木粉，將木粉與苯酚按照重量比1∶3～7混合，按苯酚重量5～10％加入酸性催化劑，150～180℃反應(yīng)1～3.0小時(shí)，得到木材液化物；2)紡絲液合成將合成劑按重量比3～6％加入到木材液化物中，從室溫經(jīng)過(guò)20～60min均勻加熱到110～130℃，反應(yīng)2～10min。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其包括如下步驟1)將木材粉碎后得木粉，將木粉與苯酚按照重量比1∶6混合，按苯酚重量8％加入酸性催化劑，160℃反應(yīng)2.5小時(shí)，得到木材液化物；2)將合成劑按重量比5％加入到木材液化物中，從室溫經(jīng)過(guò)40min均勻加熱到120℃，反應(yīng)5min。
8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述制備步驟1)在液化反應(yīng)前還包括將木粉作干燥處理。
9.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述酸性催化劑為磷酸、鹽酸或硫酸。
10.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述合成劑選自多聚甲醛、糠醛、六次甲基四胺、三聚甲醛中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種木材液化物紡絲液及其制備方法，本發(fā)明紡絲液是以木材液化物為原料通過(guò)一步法合成法制備獲得。本發(fā)明解決了木材纖維化材料的制備的關(guān)鍵技術(shù)，降低傳統(tǒng)木材纖維化材料的加工缺陷，減小原材料的浪費(fèi)；同時(shí)由于該紡絲液可紡制成碳纖維原絲，從而緩解了化石資源短缺對(duì)碳纖維原料的影響，提高了木材的整體綜合利用價(jià)值。
文檔編號(hào)D01C1/00GK101074498SQ20071010036
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者趙廣杰, 馬曉軍 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)