專利名稱：一種秸稈再生纖維素纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種再生纖維素纖維的制備方法，具體涉及使用煮煉-化學(xué)聯(lián)合工藝溶解再生纖維素，采用混合堿溶液提取再生纖維素，使用靜電紡絲方法加工超細(xì)再生纖維素纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
秸桿是農(nóng)作物的主要副產(chǎn)品，也是一種重要的生物資源，我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，秸桿的年再生量達(dá)到6億噸。纖維素纖維由于在原料、性能等方面的優(yōu)勢(shì)，使其具有良好的發(fā)展前景。而傳統(tǒng)的粘膠法由于環(huán)境污染、生產(chǎn)工藝冗長(zhǎng)、投資和能耗高，對(duì)粘膠纖維的進(jìn)一步發(fā)展具有一定局限性。本世紀(jì)以來(lái)，人們開(kāi)始致力于纖維素新生產(chǎn)方法的開(kāi)發(fā)以取代粘膠法更新?lián)Q代的纖維素纖維生產(chǎn)技術(shù)得到了發(fā)展。本專利提出了使用秸桿纖維提取纖維素，并應(yīng)用于超細(xì)纖維的加工領(lǐng)域。在再生纖維素提取和加工領(lǐng)域，出現(xiàn)的文獻(xiàn)和專利主要集中在如下方面一是使用粘膠法制備再生纖維素纖維，主要分為纖維素與堿液的作用，纖維素纖維的降解，見(jiàn)纖維素的磺化，纖維素磺酸酯的溶解與熟成以及濕法紡絲5個(gè)主要步驟(李青山等，人造纖維，2002)。二是使用銅氨法生產(chǎn)銅氨纖維，該工藝是將纖維素溶解于銅氨溶液中紡絲而得，銅氨溶液是由氫氧化銅和氨水混合制得，該溶解機(jī)理是形成纖維素與金屬的絡(luò)合物，該方法存在諸多缺點(diǎn)，比如銅和氨的消耗大，對(duì)環(huán)境有污染等。三是使用醋酸法加工醋酯纖維，該技術(shù)由瑞士人H.德雷福斯和C.德雷福斯兩兄弟開(kāi)發(fā)，該技術(shù)是將生產(chǎn)清漆用醋酸纖維素溶于丙酮后經(jīng)噴絲頭壓出，在熱空氣流中溶劑揮發(fā)，細(xì)流形成纖維。目前國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)和專利報(bào)道較多的集中在使用新型溶劑法制備再生纖維素纖維，如使用一種雙凝固浴來(lái)提取再生纖維素，并通過(guò)紡絲技術(shù)成功制備出了再生纖維素纖維(專利申請(qǐng)?zhí)?00810203594);采用氫氧化鋰和尿素的水溶液溶解并提取再生纖維素(專利申請(qǐng)?zhí)?00310111567);北卡州立大學(xué)的John A. Cuculo等人曾提出經(jīng)典的纖維素理想溶劑方法，即纖維素不經(jīng)過(guò)活化處理就直接溶解，溶解時(shí)不形成纖維素的衍生物，比如英國(guó)Courtaulds公司的Graenacher在1939年開(kāi)發(fā)的胺氧化合物系列，它們可以直接溶解纖維素，并進(jìn)行后道加工；Northolt等人發(fā)現(xiàn)把纖維素溶于濃磷酸溶液可以形成液晶溶液，當(dāng)纖維素的濃度達(dá)到一定時(shí)，就可以用來(lái)放纖維素液晶纖維(H. U. S. PATENT581780);使用離子液體溶解并提取纖維素，并進(jìn)行紡絲等(CN17964444A)。但使用多煮煉-單化學(xué)與復(fù)合溶劑聯(lián)合工藝和復(fù)合溶劑相結(jié)合的方法對(duì)纖維素進(jìn)行提取，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)到相關(guān)專利和文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種操作簡(jiǎn)單，纖維品質(zhì)高的秸桿再生纖維素制備方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為，一種秸桿再生纖維素纖維的制備方法，步驟如下
I)秸桿預(yù)處理將秸桿處理為4 5cm小段后加入反應(yīng)釜，再加入浸酸與雙氧水的混合水溶液，控制溫度60-90°C，攪拌反應(yīng)10-25min ;將反應(yīng)釜中秸桿取出，抽濾取出的秸桿,除去秸桿中的溶液，然后再用5Wt. %-25fft. %的NaOH水溶液洗滌3次以上，自然晾干至秸桿含水率小于15Wt. % ；所述浸酸與雙氧水的混合水溶液加入量按IKg秸桿加入500(T6000mL計(jì)；所述5fft. %-25fft. %的NaOH水溶液，在每次洗滌秸桿所用量按IKg秸桿需100(T2000mL計(jì)；所述浸酸與雙氧水混合液中，浸酸質(zhì)量濃度為20 25Wt. %，雙氧水質(zhì)量濃度為2(T40Wt. % ；2)秸桿纖維素溶解向步驟I)所得預(yù)處理后的秸桿中，加入亞硫酸鈉和氫氧化鈉的混合水溶液，控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度80-100°C，攪拌反應(yīng)30-60min，對(duì)預(yù)處理后的秸桿纖維素進(jìn)行溶解，得纖維素溶液；所述亞硫酸鈉和氫氧化鈉的混合水溶液加入量按照l(shuí)Kg步驟I)中未處理的秸桿加入400(T5000mL計(jì)；所述亞硫酸鈉與氫氧化鈉的混合水溶液中，亞硫酸鈉與氫氧化鈉兩者總的百分含量為85±2Wt. %,固體亞硫酸鈉與固體氫氧化鈉質(zhì)量比為2-3 1 ；·3)秸桿纖維素提取向步驟2)所得纖維素溶液中加入硫脲、尿素、氫氧化鈉三者的混合水溶液，室溫下攪拌溶解30-50min，提取纖維素溶液；所述硫脲、尿素、氫氧化鈉三者的混合水溶液加入量按IKg步驟I)中未處理的秸桿加入100(T2000mL計(jì)；混合水溶液中硫脲、尿素、氫氧化鈉三者總質(zhì)量濃度為20 45%，其中硫脲、尿素、氫氧化鈉固體質(zhì)量比為I :2 :1 ;4)再生纖維素超細(xì)纖維的制備將提取出的纖維素溶液在靜電紡絲設(shè)備上進(jìn)行紡絲，紡絲速度為80-100米/分；纖維絲再經(jīng)拉伸、水洗、上油、揮發(fā)干燥，得直徑< IOOOnm纖維素超細(xì)纖維。所述浸酸為硫酸。所述雙氧水水溶液優(yōu)選質(zhì)量濃度為2(T25Wt. %。所述秸桿選自下述秸桿中一種或任意幾種的混合稻草秸桿、麥草秸桿、棉秸桿、玉米秸桿、大豆秸桿、皇竹草。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果I)本發(fā)明采取了多煮煉-單化學(xué)與復(fù)合溶劑聯(lián)合工藝進(jìn)行纖維素提取，減少了對(duì)環(huán)境的危害，提高了再生纖維素的提取率。2)本發(fā)明采用了硫脲/尿素/經(jīng)氧化鈉的復(fù)合溶液對(duì)纖維素進(jìn)行了提純，使制得的再生纖維素溶液適合紡絲，改善了纖維素超細(xì)纖維的品質(zhì)，同時(shí)由于超細(xì)纖維素纖維在潤(rùn)濕、舒適性等方面的優(yōu)點(diǎn)，使其在紗線和織物的應(yīng)用等方面具有優(yōu)勢(shì)。


圖I再生纖維素纖維SEM圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實(shí)施例II)將500g稻草稻桿處理為4 5cm小段后加入反應(yīng)爸,再加入含浸酸(質(zhì)量百分含量為20Wt. %的硫酸水溶液)、雙氧水(20Wt. %)(浸酸與雙氧水質(zhì)量比為I :1)的混合水溶液(2000mL)加入反應(yīng)釜，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度60°C，反應(yīng)lOmin，將秸桿從反應(yīng)釜中取出，抽濾取出的秸桿，除去秸桿中的溶液，使用2100mL濃度為5Wt. %的NaOH水溶液分三次洗滌秸桿，洗滌完后，自然晾干至秸桿含水率小于15Wt. % ；2)將步驟I)預(yù)處理后的秸桿放入反應(yīng)釜中，加入亞硫酸鈉與NaOH的混合溶液2000mL (亞硫酸鈉與NaOH兩者總的百分含量為87Wt. %，亞硫酸鈉與NaOH固體質(zhì)量比為2 I)，控制反應(yīng)溫度80°C,反應(yīng)30min,得纖維素溶液；3)向步驟2)的反應(yīng)釜中加入硫脲、尿素、氫氧化鈉復(fù)合水溶液500mL (硫脲，尿素與氫氧化鈉三者質(zhì)量比為I :2 :1，硫脲、尿素、氫氧化鈉三者總的質(zhì)量份數(shù)為45Wt. %),對(duì)再生纖維素進(jìn)行提純；4)使用步驟3)所得溶液在靜電紡絲設(shè)備上進(jìn)行紡絲，紡絲速度為90-100米/分；纖維絲再經(jīng)拉伸、水洗、上油、揮發(fā)干燥，得直徑為500nm的超細(xì)再生纖維素纖維。
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實(shí)施例2I)將500g稻草秸桿和麥草秸桿(任意比混合)處理為4 5cm小段后加入反應(yīng)釜，再加入含硫酸(25Wt. %)、雙氧水(37. 5fft. %)(浸酸與雙氧水質(zhì)量比為I :1. 5)的水溶液(2500mL)加入反應(yīng)釜，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度在90°C，反應(yīng)25min，將預(yù)處理后的秸桿取出，抽濾取出的秸桿，除去秸桿中的溶液，用2500ml的NaOH水溶液處理(25Wt. %的)分三次洗滌秸桿，洗滌完后，自然晾干至秸桿含水率小于15Wt. % ；2)把步驟I)預(yù)處理后的秸桿放入反應(yīng)釜中，加入亞硫酸鈉與NaOH的混合溶液2000mL (亞硫酸鈉與NaOH兩者總的百分含量為85Wt. %，亞硫酸鈉與NaOH固體質(zhì)量比為3 I)，反應(yīng)溫度為100°c,反應(yīng)60min,得纖維素溶液；3)向步驟2)的反應(yīng)釜中加入硫脲、尿素、氫氧化鈉復(fù)合水溶液800mL (硫脲，尿素與氫氧化鈉三者質(zhì)量比為I :2 :1，硫脲、尿素、氫氧化鈉三者總的質(zhì)量份數(shù)為30Wt.%)，對(duì)再生纖維素進(jìn)行提純；4)使用步驟3)所得溶液在靜電紡絲設(shè)備上進(jìn)行紡絲，紡絲速度為90-100米/分；纖維絲再經(jīng)拉伸、水洗、上油、揮發(fā)干燥，得到直徑為600nm的超細(xì)再生纖維素纖維。實(shí)施例3I)將500g稻草秸桿、麥草秸桿和玉米秸桿三者任意比混合物，處理為4 5cm小段后加入反應(yīng)爸,再加入含硫酸(20Wt. %)、雙氧水(40Wt. %)(浸酸與雙氧水質(zhì)量比為I :2)的水溶液(3000ml)加入反應(yīng)釜，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度在75°C，攪拌反應(yīng)20min，將預(yù)處理后的秸桿取出，抽濾取出的秸桿，除去秸桿中的溶液，用2000ml的NaOH水溶液處理(18fft. %的)分四次洗滌秸桿，洗滌完后，自然晾干至秸桿含水率小于15Wt. % ；2)加入亞硫酸鈉與NaOH的混合溶液2500mL (亞硫酸鈉與NaOH兩者總的百分含量為83Wt. %，亞硫酸鈉與NaOH固體質(zhì)量比為3:1)，反應(yīng)溫度為90°C，反應(yīng)45min，得纖維素溶液；3)向步驟2)的反應(yīng)釜中加入硫脲、尿素、氫氧化鈉復(fù)合水溶液IOOOmL (硫脲，尿素與氫氧化鈉三者質(zhì)量比為I :2 :1，硫脲、尿素、氫氧化鈉三者總的質(zhì)量百分含量為20Wt. %),對(duì)再生纖維素進(jìn)行提純；4)使用步驟3)所得溶液在靜電紡絲設(shè)備上進(jìn)行紡絲，紡絲速度為90-100米/分；纖維絲再經(jīng)拉伸、水洗、上油、揮發(fā)干燥，得到直徑為550nm的再生纖維素纖維。隨即挑選實(shí)施例2所得樣品，進(jìn)行SEM檢測(cè)，顯示，采用本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案獲得的再生纖維素纖維，其直徑< lOOOnm，滿足超細(xì)纖維的要求?！?br> 權(quán)利要求
1.一種秸桿再生纖維素纖維的制備方法，步驟如下 1)秸桿預(yù)處理將秸桿處理為4 5cm小段后加入反應(yīng)釜，再加入浸酸與雙氧水的混合水溶液，控制溫度60-90°C，攪拌反應(yīng)10-25min ;將反應(yīng)釜中秸桿取出，抽濾取出的秸桿，除去秸桿中的溶液,然后再用5Wt. %-25fft. %的NaOH水溶液洗滌3次以上，自然晾干至秸桿含水率小于15Wt. % ； 所述浸酸與雙氧水的混合水溶液加入量按IKg秸桿加入500(T6000mL計(jì)；所述5fft. %-25fft. %的NaOH水溶液，在每次洗滌秸桿所用量按IKg秸桿需100(T2000mL計(jì)；所述浸酸與雙氧水混合液中，浸酸質(zhì)量濃度為20 25Wt. %，雙氧水質(zhì)量濃度為2(T40Wt. % ； 2)秸桿纖維素溶解向步驟I)所得預(yù)處理后的秸桿中，加入亞硫酸鈉和氫氧化鈉的混合水溶液，控制反應(yīng)釜內(nèi)溫度80-100°C，攪拌反應(yīng)30-60min，對(duì)預(yù)處理后的秸桿纖維素進(jìn)行溶解，得纖維素溶液； 所述亞硫酸鈉和氫氧化鈉的混合水溶液加入量按照l(shuí)Kg步驟I)中未處理的秸桿加入400(T5000mL計(jì)；所述亞硫酸鈉與氫氧化鈉混合水溶液中，亞硫酸鈉與氫氧化鈉兩者總的百分含量為85±2Wt. %,固體亞硫酸鈉與固體氫氧化鈉質(zhì)量比為2-3 1 ； 3)秸桿纖維素提取向步驟2)所得纖維素溶液中加入硫脲、尿素、氫氧化鈉三者的混合水溶液，室溫下攪拌溶解30-50min，提取纖維素溶液； 所述硫脲、尿素、氫氧化鈉三者的混合水溶液加入量按IKg步驟I)中未處理的秸桿加入100(T2000mL計(jì)；混合水溶液中硫脲、尿素、氫氧化鈉三者總質(zhì)量濃度為2(Γ45%，其中硫脲、尿素、氫氧化鈉固體質(zhì)量比為I :2 :1。
4)再生纖維素超細(xì)纖維的制備將提取出的纖維素溶液在靜電紡絲設(shè)備上進(jìn)行紡絲，紡絲速度為80-100米/分；纖維絲再經(jīng)拉伸、水洗、上油、揮發(fā)干燥，得直徑< IOOOnm纖維素超細(xì)纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種秸桿再生纖維素纖維的制備方法，其特征在于所述浸酸為硫酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種秸桿再生纖維素纖維的制備方法，其特征在于所述雙氧水水溶液優(yōu)選質(zhì)量濃度為2(T25Wt. %。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種秸桿再生纖維素纖維的制備方法，其特征在于所述秸桿選自下述秸桿中一種或任意幾種的混合稻草秸桿、麥草秸桿、棉秸桿、玉米秸桿、大豆秸桿、皇竹草。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種秸稈再生纖維素纖維的制備方法，其制備步驟為1)秸稈預(yù)處理；2)秸稈纖維素溶解；3)秸稈纖維素提??；4)再生纖維素超細(xì)纖維的制備。本發(fā)明解決了秸稈再生纖維素纖維提純工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，提高了再生纖維素纖維的品質(zhì)。本發(fā)明制備出的超細(xì)再生纖維素纖維具有吸濕和抗菌等功能，可廣泛應(yīng)用了服用與產(chǎn)業(yè)用面料等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)D01F2/02GK102787380SQ20121027944
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者唐曉燕, 方兵, 方金苗, 黃鋒林 申請(qǐng)人:張家港市天一紡織有限公司