CN107937993B - 一种长竹原纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长竹原纤维的制备方法，属于植物纤维生产技术领域，解决现有制备方法生产效率低、得率低、废水污染重的问题。该方法包括以下步骤：竹材切片、高温高压处理、撕裂处理、酶处理、化学处理、干燥、梳理处理。本发明所得到的竹原纤维具有以下特点：纤维平均长度4‑5厘米、细度不小于100公支，得率不小于60％。另外，还具有生产效率高(一条生产线年产量不低于5万吨)、废水污染轻、纤维柔软的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种竹原纤维的制备方法，尤其涉及一种长竹原纤维的制备方法，属于植物纤维生产技术领域。
背景技术
竹子是重要的森林资源，我国是竹类资源最为丰富的国家，竹子种类多达500余种，种植面积多达500万公顷。近20多年来，竹材的工业化得到了快速发展，竹产业已经成为我国林业发展的一个新经济增长点。竹纤维是继棉、麻、毛、丝之后又一种新型纤维。根据加工方法不同，竹纤维可以分为再生竹纤维(黏胶纤维)和天然竹纤维(也称为竹原纤维)。再生竹纤维是通过将竹材进行剧烈化学处理，尽可能去除竹材中木素、半纤维素、果胶、树脂等非纤维素组分获得竹溶解浆，并进一步利用碱性二硫化碳对竹溶解浆进行溶解、纺丝等加工处理，最终得到的粘胶纤维，其竹材的原有性质已经改变。竹原纤维通常是经过去除竹青、竹黄和竹节后，利用齿轮或辊子对竹材进行反复轧压后，采用蒸煮、干燥、开纤和梳理等多道工序，去除竹子中的木素、半纤维素和果胶等物质，提取出来的原生纤维，获得的纤维化学品含量非常低，是一种真正意义的纯天然纤维。经过梳理之后，竹原纤维可以分为长竹原纤维和短竹原纤维。竹原纤维保持了原生态竹纤维所具有的吸湿、透气、耐磨、抗菌等优良特性。相对于再生纤维(黏胶纤维)，竹原纤维具有得率高的特点，可用于制备纺织纤维、木塑复合材料、管道、汽车内衬、床上用品等多个领域，其中长竹原纤维通常用于制备纺织纤维。
传统的竹原纤维实际生产工艺流程包括竹材备料、一段高温化学处理、碾压、二段高温化学处理、干燥、开纤处理、梳理处理制得。在此工艺流程中，多段碾压处理采用双辊，且通常为人工操作，生产效率较低。生物处理放置于化学处理之后，尽管经过水洗，但由于水洗程度不能太强，以免造成纤维得率太低，因此会对后续的生物处理带来毒性问题，造成生物处理效果不佳。在化学处理过程中除了添加碱之外，还要添加柔软剂等多种化学助剂，且两段化学处理过程中碱用量较多，纤维制备过程废水污染程度较大。同时，多级梳理过程中也会造成纤维流失尤其是短纤维流失较多，因此最终得率较低，传统竹原纤维制备方法的纤维得率一般不高于40％，年产量不高于5万吨。
专利CN104651953A公开了一种竹原纤维的生产方法，包括以下步骤：将竹子表面的竹青去掉，然后放入流动水中沉浸10天～20天，取出，清洗干净，然后沿纤维方向劈成宽为10毫米～20毫米的竹片；将制得的竹片放入高压蒸汽锅内，然后加入5倍～8倍所述竹片体积的蒸煮溶液，加热至200℃～210℃，保温煮制4小时～5小时，取出，用水冲洗干净，沥干；其中，所述蒸煮溶液是由氢氧化钠、硅酸钠、硫代硫酸钠、硫化钠以及水按质量比氢氧化钠:硅酸钠:硫代硫酸钠:硫化钠:水＝6:0.1:0.06:0.06:100，混合均匀制得；将处理后的竹片放入到6倍～10倍所述竹片体积的发酵液中，控制发酵温度在35～45℃，发酵4～6小时，取出，用水冲洗干净，沥干；其中，所述发酵液是由木质素酶、果胶酶、半纤维素酶、水按质量比木质素酶:果胶酶:半纤维素酶:水＝1:1:2:100，混合均匀制得；将处理后的竹片进行漂白处理、柔软处理，制得。
上述竹原纤维制备方法存在生产效率低、得率低、废水污染严重等问题，限制了竹原纤维的大规模生产和普及应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长竹原纤维的制备方法，解决现有制备方法生产效率低、得率低、废水污染重的问题。
本发明所采用的技术方案包括以下步骤：
竹材切片、高温高压处理、撕裂处理、酶处理、化学处理、干燥、梳理处理。
具体包括以下步骤：
步骤1、切片：将竹子进行切片；
步骤2、竹片高温高压处理：将步骤1得到的竹片置于高温(90-130℃)高压(1-3MPa)的容器中进行水浴蒸煮20-90分钟，然后沥干备用。
步骤3、竹片撕裂处理：将步骤2处理后的竹片用螺旋挤压撕裂机进行1-3道机械撕裂处理，获得膨松状的竹纤维束。
步骤4、酶处理：将步骤3得到的膨松状竹纤维束置于生物酶液中处理。
步骤5、化学处理：将经过步骤4酶处理后的竹纤维束进行化学处理，软化竹纤维，处理完毕进行水洗。
步骤6、干燥：将步骤5得到的纤维利用对撞流干燥机进行干燥。
步骤7、梳理：将步骤6干燥后的纤维经梳理机梳理后即得短竹原纤维。
更进一步地：
所述步骤1中切成的竹片长度4-6厘米，厚度2-3毫米。如果竹片长度太长，撕裂机不易处理，长度太短，达不到长纤维的长度要求。如果竹片太厚，后续水浴处理不容易浸透，竹片太薄，容易断裂。
所述步骤2中竹片与水的比例为1kg竹片加入3升水。
所述步骤3中采用的螺旋挤压撕裂机，其压缩比为4。
所述步骤4中采用的生物酶为碱性果胶酶，处理温度为40-60℃，pH 7-9，处理时间30-120分钟，碱性果胶酶用量为5-20IU/kg绝干纤维，处理的竹纤维束质量浓度5-15％。
所述步骤5中化学处理采用碱性亚硫酸钠进行，温度为80-130℃，处理时间30-90分钟，NaOH用量为0.2-0.5％相对于绝干纤维质量，Na2SO3用量为0.3-0.5％相对于绝干纤维质量，处理的竹纤维束质量浓度15-25％。
所述步骤6中对撞流干燥，气流温度70-120℃，纤维质量流量与气流质量流量之比为0.02-0.06。
所述的步骤7中纤维经梳理机梳理1-2次。梳理次数减少，成本下降，得率增加，梳理次数越多，长纤维的得率越低。
本发明主要是通过将螺旋挤压撕裂机代替传统的多辊碾压、将生物处理置于化学处理之前、将单段碱性亚硫酸盐处理代替传统的两段多种化学处理、去除开纤处理、将对撞流干燥代替传统的蒸汽干燥、减少梳理次数来实现。
本发明采用螺旋撕裂处理可以得到更为疏松的竹纤维束，有利于后续的生物酶和化学药品的浸透，并且可连续生产，生产效率高。将生物处理置于化学处理之前，避免了化学处理带来的毒性问题，可提高生物处理的效果。将单段碱性亚硫酸盐处理代替传统的两段化学处理，由于纤维中木质素的磺化，使得竹原纤维变得亲水、柔软，在实现纤维软化的同时减少了化学药品的使用种类和用量。对撞流干燥在实现纤维干燥的同时又能使纤维束或纤维完整分离，代替了传统的蒸汽干燥和开纤处理。
本发明所得到的竹原纤维具有以下特点：纤维平均长度4-5厘米、细度不小于100公支，得率不小于60％。另外，还具有生产效率高(一条生产线年产量不低于5万吨)、废水污染轻、纤维柔软的有益效果。
具体实施方式
实施例1
柔性竹原纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、切片：将竹子进行切片，竹片长度4-6厘米，厚度2-3毫米。
步骤2、竹片高温高压处理：将竹片置于110℃、压力1.5MPa的容器中进行热水预处理30分钟。木片与水的比例为1kg木片对应3升水。
步骤3、竹片撕裂处理：将高温高压处理后的竹片用压缩比为4的螺旋挤压撕裂机进行2道机械撕裂处理，获得膨松状的竹纤维束。
步骤4、酶处理：将膨松状的竹纤维束置于温度为50℃，pH 8.0的碱性果胶酶混合液中处理90分钟，碱性果胶酶用量为15IU/kg绝干纤维，处理的竹纤维束质量浓度为10％。
步骤5、化学处理：将经过酶处理后的竹纤维束采用碱性亚硫酸钠进行化学处理，温度100℃，处理时间60分钟，NaOH用量为0.3％相对于绝干纤维质量，Na2SO3用量0.4％为相对于绝干纤维质量，处理的竹纤维束质量浓度为15％。处理完毕进行水洗，实现竹原纤维的软化。
步骤6、干燥：将化学处理得到的纤维利用对撞流干燥机进行干燥，气流温度110℃，纤维质量流量与气流质量流量之比为0.05。
步骤7、梳理：将干燥后的纤维在梳理机上梳理2次，即得竹原纤维，纤维得率65％，纤维平均长度4.42厘米，纤维细度105公支的竹原纤维。
实施例2
竹原纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、切片：将竹子进行切片，竹片长度4-6厘米，厚度2-3毫米。
步骤2、竹片高温高压处理：将竹片置于120℃、压力1.2MPa的容器中进行热水预处理40分钟。木片与水的比例为1kg木片对应3升水。
步骤3、竹片撕裂处理：将高温高压处理后的竹片用压缩比为4的螺旋挤压撕裂机进行2道机械撕裂处理，获得膨松状的竹纤维束。
步骤4、酶处理：将膨松状的竹纤维束置于温度为55℃，pH 8.5的碱性果胶酶混合液中处理80分钟，碱性果胶酶用量为18IU/kg绝干纤维，处理的竹纤维束质量浓度为12％。
步骤5、化学处理：将经过酶处理后的竹纤维束采用碱性亚硫酸钠进行化学处理，温度120℃，处理时间40分钟，NaOH用量为0.2％相对于绝干纤维质量，Na2SO3用量为0.3％相对于绝干纤维质量，处理的竹纤维束质量浓度15％。处理完毕进行水洗，实现竹原纤维的软化。
步骤6、干燥：将化学处理得到的纤维利用对撞流干燥机进行干燥，气流温度100℃，纤维质量流量与气流质量流量之比为0.04。
步骤7、梳理：将干燥后的纤维在梳理机上梳理1次，即得竹原纤维，纤维得率73％，纤维平均长度4.85厘米，纤维细度112公支的竹原纤维。
实施例3
竹原纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、切片：将竹子进行切片，竹片长度4-6厘米，厚度2-3毫米。
步骤2、竹片高温高压处理：将竹片置于125℃、压力1.0MPa的容器中进行热水预处理20分钟。木片与水的比例为1kg木片对应3升水。
步骤3、竹片撕裂处理：将高温高压处理后的竹片用压缩比为4的螺旋挤压撕裂机进行3道机械撕裂处理，获得膨松状的竹纤维束。
步骤4、酶处理：将膨松状的竹纤维束置于温度为60℃，pH 8.0的碱性果胶酶混合液中处理70分钟，碱性果胶酶用量为10IU/kg绝干纤维，处理的竹纤维束质量浓度为10％。
步骤5、化学处理：将经过酶处理后的竹纤维束采用碱性亚硫酸钠进行化学处理，温度130℃，处理时间30分钟，NaOH用量为0.4％相对于绝干纤维质量，Na2SO3用量为0.3％相对于绝干纤维质量，处理的竹纤维束质量浓度20％。处理完毕进行水洗，实现竹原纤维的软化。
步骤6、干燥：将化学处理得到的纤维利用对撞流干燥机进行干燥，气流温度,80℃，纤维质量流量与气流质量流量之比为0.02。
步骤7、梳理：将干燥后的纤维在梳理机上梳理2次，即得竹原纤维，纤维得率62％，纤维平均长度4.27厘米，纤维细度130公支的竹原纤维。
本发明制备的竹原纤维得率高，制备过程废水污染轻，生产效率高。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (4)
1.一种长竹原纤维的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1、切片：将竹子进行切片；
步骤2、竹片高温高压处理：将步骤1得到的竹片置于高温90-130℃、高压1-3MPa的容器中进行水浴蒸煮20-90分钟，然后沥干备用；
步骤3、竹片撕裂处理：将步骤2处理后的竹片用螺旋挤压撕裂机进行1-3道机械撕裂处理，获得膨松状的竹纤维束；
步骤4、酶处理：将步骤3得到的膨松状竹纤维束置于生物酶液中处理；采用的生物酶为碱性果胶酶，处理温度为40-60℃，pH7-9，处理时间30-120分钟，碱性果胶酶用量为5-20IU/kg绝干纤维，处理的竹纤维束质量浓度为5-15％；
步骤5、化学处理：将经过步骤4酶处理后的竹纤维束进行化学处理，软化竹纤维，处理完毕进行水洗；所述化学处理采用碱性亚硫酸钠进行，温度为80-130℃，处理时间30-90分钟，NaOH用量为0.2-0.5％相对于绝干纤维质量，Na2SO3用量为0.3-0.5％相对于绝干纤维质量，处理的竹纤维束质量浓度为15-25％；
步骤6、干燥：将步骤5得到的纤维利用对撞流干燥机进行干燥，对撞流干燥机的干燥条件为：气流温度70-120℃，纤维质量流量与气流质量流量之比为0.02-0.06；
步骤7、梳理：将步骤6干燥后的纤维经梳理机梳理1-2次后即得长竹原纤维；纤维平均长度4-5厘米、细度不小于100公支，得率不小于60％。
2.根据权利要求1所述的长竹原纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1中切成的竹片长度4-6厘米，厚度2-3毫米。
3.根据权利要求1所述的长竹原纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤2中竹片与水的比例为1kg竹片加入3升水。
4.根据权利要求1所述的长竹原纤维的制备方法，其特征在于：所述的步骤3中采用的螺旋挤压撕裂机，其压缩比为4。
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