CN102787380B

CN102787380B - 一种秸秆再生纤维素纤维的制备方法

Info

Publication number: CN102787380B
Application number: CN 201210279443
Authority: CN
Inventors: 唐晓燕; 方金苗; 黄锋林; 方兵
Original assignee: ZHANGJIAGANG CITY TIANYI TEXTILE CO Ltd
Current assignee: ZHANGJIAGANG CITY TIANYI TEXTILE CO Ltd
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: CN102787380A

Abstract

本发明公开了一种秸秆再生纤维素纤维的制备方法，其制备步骤为：1）秸秆预处理；2）秸秆纤维素溶解；3）秸秆纤维素提取；4）再生纤维素超细纤维的制备。本发明解决了秸秆再生纤维素纤维提纯工艺复杂的缺点，提高了再生纤维素纤维的品质。本发明制备出的超细再生纤维素纤维具有吸湿和抗菌等功能，可广泛应用了服用与产业用面料等领域。

Description

一种秸秆再生纤维素纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种再生纤维素纤维的制备方法，具体涉及使用煮炼-化学联合工艺溶解再生纤维素，采用混合碱溶液提取再生纤维素，使用静电纺丝方法加工超细再生纤维素纤维的制备方法。

背景技术

秸秆是农作物的主要副产品,也是一种重要的生物资源,我国是一个农业大国,秸秆的年再生量达到6亿吨。纤维素纤维由于在原料、性能等方面的优势，使其具有良好的发展前景。而传统的粘胶法由于环境污染、生产工艺冗长、投资和能耗高,对粘胶纤维的进一步发展具有一定局限性。本世纪以来，人们开始致力于纤维素新生产方法的开发以取代粘胶法更新换代的纤维素纤维生产技术得到了发展。本专利提出了使用秸秆纤维提取纤维素，并应用于超细纤维的加工领域。

在再生纤维素提取和加工领域，出现的文献和专利主要集中在如下方面：一是使用粘胶法制备再生纤维素纤维，主要分为纤维素与碱液的作用，纤维素纤维的降解，见纤维素的磺化，纤维素磺酸酯的溶解与熟成以及湿法纺丝5个主要步骤（李青山等，人造纤维，2002）。二是使用铜氨法生产铜氨纤维，该工艺是将纤维素溶解于铜氨溶液中纺丝而得，铜氨溶液是由氢氧化铜和氨水混合制得，该溶解机理是形成纤维素与金属的络合物，该方法存在诸多缺点，比如铜和氨的消耗大，对环境有污染等。三是使用醋酸法加工醋酯纤维，该技术由瑞士人H.德雷福斯和C.德雷福斯两兄弟开发，该技术是将生产清漆用醋酸纤维素溶于丙酮后经喷丝头压出，在热空气流中溶剂挥发，细流形成纤维。目前国内外的文献和专利报道较多的集中在使用新型溶剂法制备再生纤维素纤维，如使用一种双凝固浴来提取再生纤维素，并通过纺丝技术成功制备出了再生纤维素纤维（专利申请号200810203594）；采用氢氧化锂和尿素的水溶液溶解并提取再生纤维素（专利申请号200310111567）；北卡州立大学的John A.Cuculo等人曾提出经典的纤维素理想溶剂方法，即纤维素不经过活化处理就直接溶解，溶解时不形成纤维素的衍生物，比如英国Courtaulds公司的Graenacher在1939年开发的胺氧化合物系列，它们可以直接溶解纤维素，并进行后道加工；Northolt等人发现把纤维素溶于浓磷酸溶液可以形成液晶溶液，当纤维素的浓度达到一定时，就可以用来放纤维素液晶纤维（H.U.S.PATENT581780）；使用离子液体溶解并提取纤维素，并进行纺丝等（CN17964444A）。但使用多煮炼-单化学与复合溶剂联合工艺和复合溶剂相结合的方法对纤维素进行提取，国内外尚未见到相关专利和文献报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种操作简单，纤维品质高的秸秆再生纤维素制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为，一种秸秆再生纤维素纤维的制备方法，步骤如下：

1）秸秆预处理：将秸秆处理为4～5cm小段后加入反应釜，再加入浸酸与双氧水的混合水溶液，控制温度60-90℃，搅拌反应10-25min；将反应釜中秸秆取出，抽滤取出的秸秆，除去秸秆中的溶液，然后再用5Wt.%-25Wt.%的NaOH水溶液洗涤3次以上，自然晾干至秸秆含水率小于15Wt.%；

所述浸酸与双氧水的混合水溶液加入量按1Kg秸秆加入5000~6000mL计；所述5Wt.%-25Wt.%的NaOH水溶液，在每次洗涤秸秆所用量按1Kg秸秆需1000~2000mL计；所述浸酸与双氧水混合液中，浸酸质量浓度为20~25Wt.%，双氧水质量浓度为20~40Wt.%；

2）秸秆纤维素溶解：向步骤1）所得预处理后的秸秆中，加入亚硫酸钠和氢氧化钠的混合水溶液，控制反应釜内温度80-100℃，搅拌反应30-60min，对预处理后的秸秆纤维素进行溶解，得纤维素溶液；

所述亚硫酸钠和氢氧化钠的混合水溶液加入量按照：1Kg步骤1）中未处理的秸秆加入4000~5000mL计；所述亚硫酸钠与氢氧化钠的混合水溶液中，亚硫酸钠与氢氧化钠两者总的百分含量为85±2Wt.%，固体亚硫酸钠与固体氢氧化钠质量比为2-3：1；

3）秸秆纤维素提取：向步骤2）所得纤维素溶液中加入硫脲、尿素、氢氧化钠三者的混合水溶液，室温下搅拌溶解30-50min，提取纤维素溶液；

所述硫脲、尿素、氢氧化钠三者的混合水溶液加入量按1Kg步骤1）中未处理的秸秆加入1000~2000mL计；混合水溶液中硫脲、尿素、氢氧化钠三者总质量浓度为20~45%，其中硫脲、尿素、氢氧化钠固体质量比为1：2：1；

4）再生纤维素超细纤维的制备：将提取出的纤维素溶液在静电纺丝设备上进行纺丝，纺丝速度为80-100米/分；纤维丝再经拉伸、水洗、上油、挥发干燥，得直径≤1000nm纤维素超细纤维。

所述浸酸为硫酸。

所述双氧水水溶液优选质量浓度为20~25Wt.%。

所述秸秆选自下述秸秆中一种或任意几种的混合：稻草秸秆、麦草秸秆、棉秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、皇竹草。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：

1）本发明采取了多煮炼-单化学与复合溶剂联合工艺进行纤维素提取，减少了对环境的危害，提高了再生纤维素的提取率。

2）本发明采用了硫脲/尿素/经氧化钠的复合溶液对纤维素进行了提纯，使制得的再生纤维素溶液适合纺丝，改善了纤维素超细纤维的品质，同时由于超细纤维素纤维在润湿、舒适性等方面的优点，使其在纱线和织物的应用等方面具有优势。

附图说明

图1再生纤维素纤维SEM图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

1）将500g稻草秸秆处理为4～5cm小段后加入反应釜，再加入含浸酸（质量百分含量为20Wt.%的硫酸水溶液）、双氧水（20Wt.%）（浸酸与双氧水质量比为1：1）的混合水溶液（2000mL）加入反应釜，调节反应温度60℃，反应10min，将秸秆从反应釜中取出，抽滤取出的秸秆，除去秸秆中的溶液，使用2100mL浓度为5Wt.%的NaOH水溶液分三次洗涤秸秆，洗涤完后，自然晾干至秸秆含水率小于15Wt.%；

2）将步骤1)预处理后的秸秆放入反应釜中，加入亚硫酸钠与NaOH的混合溶液2000mL（亚硫酸钠与NaOH两者总的百分含量为87Wt.%，亚硫酸钠与NaOH固体质量比为2：1），控制反应温度80℃，反应30min，得纤维素溶液；

3）向步骤2）的反应釜中加入硫脲、尿素、氢氧化钠复合水溶液500mL（硫脲，尿素与氢氧化钠三者质量比为1：2：1，硫脲、尿素、氢氧化钠三者总的质量份数为45Wt.%），对再生纤维素进行提纯；

4）使用步骤3）所得溶液在静电纺丝设备上进行纺丝，纺丝速度为90-100米/分；纤维丝再经拉伸、水洗、上油、挥发干燥，得直径为500nm的超细再生纤维素纤维。

实施例2

1)将500g稻草秸秆和麦草秸秆（任意比混合）处理为4～5cm小段后加入反应釜，再加入含硫酸（25Wt.%）、双氧水（37.5Wt.%）（浸酸与双氧水质量比为1：1.5）的水溶液（2500mL）加入反应釜，调节反应温度在90℃，反应25min，将预处理后的秸秆取出，抽滤取出的秸秆，除去秸秆中的溶液，用2500ml的NaOH水溶液处理（25Wt.%的）分三次洗涤秸秆，洗涤完后，自然晾干至秸秆含水率小于15Wt.%；

2)把步骤1）预处理后的秸秆放入反应釜中，加入亚硫酸钠与NaOH的混合溶液2000mL（亚硫酸钠与NaOH两者总的百分含量为85Wt.%，亚硫酸钠与NaOH固体质量比为3：1），反应温度为100℃，反应60min，得纤维素溶液；

3）向步骤2）的反应釜中加入硫脲、尿素、氢氧化钠复合水溶液800mL（硫脲，尿素与氢氧化钠三者质量比为1：2：1，硫脲、尿素、氢氧化钠三者总的质量份数为30Wt.%），对再生纤维素进行提纯；

4）使用步骤3）所得溶液在静电纺丝设备上进行纺丝，纺丝速度为90-100米/分；纤维丝再经拉伸、水洗、上油、挥发干燥，得到直径为600nm的超细再生纤维素纤维。

实施例3

1）将500g稻草秸秆、麦草秸秆和玉米秸秆三者任意比混合物，处理为4～ 5cm小段后加入反应釜，再加入含硫酸（20Wt.%）、双氧水（40Wt.%）（浸酸与双氧水质量比为1：2）的水溶液（3000ml）加入反应釜，调节反应温度在75℃，搅拌反应20min，将预处理后的秸秆取出，抽滤取出的秸秆，除去秸秆中的溶液，用2000ml的NaOH水溶液处理（18Wt.%的）分四次洗涤秸秆，洗涤完后，自然晾干至秸秆含水率小于15Wt.%；

2）加入亚硫酸钠与NaOH的混合溶液2500mL（亚硫酸钠与NaOH两者总的百分含量为83Wt.%，亚硫酸钠与NaOH固体质量比为3：1），反应温度为90℃，反应45min，得纤维素溶液；

3）向步骤2）的反应釜中加入硫脲、尿素、氢氧化钠复合水溶液1000mL（硫脲，尿素与氢氧化钠三者质量比为1：2：1，硫脲、尿素、氢氧化钠三者总的质量百分含量为20Wt.%），对再生纤维素进行提纯；

4）使用步骤3）所得溶液在静电纺丝设备上进行纺丝，纺丝速度为90-100米/分；纤维丝再经拉伸、水洗、上油、挥发干燥，得到直径为550nm的再生纤维素纤维。

随即挑选实施例2所得样品，进行SEM检测，显示，采用本发明公开的技术方案获得的再生纤维素纤维，其直径≤1000nm，满足超细纤维的要求。

Claims

1.一种秸秆再生纤维素纤维的制备方法，步骤如下：

1）秸秆预处理：将秸秆处理为4～5cm小段后加入反应釜，再加入浸酸与双氧水的混合水溶液，控制温度60-90℃，搅拌反应10-25min；将反应釜中秸秆取出，抽滤取出的秸秆，除去秸秆中的溶液，然后再用5Wt.%-25 Wt.%的NaOH水溶液洗涤3次以上，自然晾干至秸秆含水率小于15Wt.%；

所述浸酸与双氧水的混合水溶液加入量按1Kg秸秆加入5000~6000mL计；所述5Wt.%-25 Wt.%的NaOH水溶液，在每次洗涤秸秆所用量按1Kg秸秆需1000~2000mL计；所述浸酸与双氧水混合水溶液中，浸酸质量浓度为20~25Wt.%，双氧水质量浓度为20~40Wt.%；

所述亚硫酸钠和氢氧化钠的混合水溶液加入量按照：1Kg步骤1）中未处理的秸秆加入4000~5000mL计；所述亚硫酸钠与氢氧化钠混合水溶液中，亚硫酸钠与氢氧化钠两者总的百分含量为85±2Wt.%，固体亚硫酸钠与固体氢氧化钠质量比为2-3：1；

2.根据权利要求1所述一种秸秆再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述浸酸为硫酸。

3.根据权利要求1所述一种秸秆再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述双氧水优选质量浓度为20~25 Wt.%。

4.根据权利要求1所述一种秸秆再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于：所述秸秆选自下述秸秆中一种或任意几种的混合：稻草秸秆、麦草秸秆、棉秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、皇竹草。