CN101353824A - 二次加溶剂物理溶解草植物纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次加溶剂物理溶解草植物纤维的方法，包括：将草植物纤维浆粕磨碎，加入N－氧化甲基吗啡的水溶液中，制得草植物纤维浆粕重量与NMMO重量比为1∶4的悬浮液，减压蒸馏，当悬浊液中N－氧化甲基吗啡与水的摩尔比为1∶4－5时，向悬浮液中加入固态N－氧化甲基吗啡粉末，使悬浮液中草植物纤维浆粕的重量百分含量达10％－16％；继续对悬浮液减压蒸馏，使草植物纤维浆粕完全溶解。本发明原料来源广泛，制备时间短，所制得的纺丝原液粘度较低，因而具有可纺性好等特点，可制得各种品种与规格的草纤维素纤维。

Description

二次加溶剂物理溶解草植物纤维的方法

技术领域

本发明涉及植物纤维的物理溶解方法，特别是指用人工种植的咸水草(俗称三角黄草)为原料提取植物纤维后，用物理溶解方法制备纤维素纤维原液的方法。

背景技术

近年来，对可再生资源植物纤维的利用，引起了人们的广泛兴趣。植物纤维材料再生速度快，产量巨大，是具有天然降解性的环境友好型生物原料，在新能源、纺织、建筑等领域得到越来越多的利用，已成为各国环境保护和可持续发展战略的重要方面之一。

将植物纤维在溶剂中进行物理溶解，特别是用具有可回收的N-甲基氧化吗啉(NMMO)作为溶剂物理溶解植物纤维的方法，具有无污染，环境友好等特点。用NMMO溶剂法制备的纤维素纤维(Lyocell类纤维)是一种新型高档纺织原料，用其制备的各类服装，穿着舒适，吸水、透湿性好，具有悬垂性和蚕丝的柔软质态，而且易于降解，被誉为21世纪的绿色纺织材料。

目前大部分用NMMO做溶剂物理溶解植物纤维的工作都集中于木浆纤维，木材纤维比禾本科及莎草科草植物纤维的纤维素含量高，纤维长，杂细胞长。国内外已有很多公开的以木材制成的纤维素浆粕为原料生产纤维素纤维的专利，如美国专利US 3447939、US 3447956和US 3508941等。但随着林木资源日益紧缺，已不能满足人们对Lyocell纤维原料的需求趋势，因此，寻找新的原材料来制成纤维素浆粕成为当务之急。近年来，国内外纺织科学工作者开始致力于竹纤维的研究开发，因而促使竹材在纺织领域中的应用得到了发展。目前，已有些专利涉及用竹子材料作为纤维素浆粕原料，如中国专利CN1385287及中国专利申请CN1381620公开了制备竹材粘胶纤维的方法，中国专利CN1383965公开了用NMMO制备竹纤维素纤维的方法。

我国是农业大国，草本植物资源非常丰富，多为一年生作物，产量多，如在绍兴附近大量人工种植的咸水草(俗称三角黄草)。这种三角黄草，一年可收获两季，径高在1.5-1.8米左右，径杆呈三角形。此草一生抗病虫能力强，无需农药防治，为绿色无污染环保型产品。目前主要使用此种草作为编织工艺品的原料，其产品光滑柔软，质地坚韧，兼有工艺性和实用性，深受国内外消费者青睐。扩展这种人工种植的草产品优良的植物纤维性能，改变只能作为编织工艺品的传统使用方法，开发新型具有可纺性的咸水草植物纤维，不但能大幅降低种植收割的成本，而且扩大草产品的使用规模，增加地方特色产业，具有持续发展前景。

中国专利申请CN 101165230公开了一种从人工种植的咸水草中提取植物纤维的方法，原料三黄草经过干燥→碾压→碱液煮练→脱水→碳酸钠溶液浸渍→脱水→稀酸处理洗涤→脱水→碳酸钠溶液浸渍→脱水→稀酸处理洗涤→水洗→脱水→干燥制备成草纤维浆粕。

发明内容

本发明提供了一种原料来源广泛，可以有效提高植物纤维的溶解速度的物理溶解草植物纤维的方法。

一种二次加溶剂物理溶解草植物纤维的方法，包括：

(1)将草植物纤维浆粕磨碎，加入N-氧化甲基吗啡的水溶液中，制得草植物纤维浆粕重量与N-氧化甲基吗啡重量比为1∶4的悬浮液，加入悬浮液总重量0.5-1.5％的氯化铵，常压加热至60℃-80℃，搅拌至浆粥状，调整悬浮液的pH值至8-10，静置过夜；也可在调整悬浮液pH范围后，加入草植物纤维浆粕重量0.5％的正丙基没食子酸盐作为抗氧化剂；

(2)将步骤(1)制得的草植物纤维悬浮液于70-90℃静置30-50min后搅拌，减压蒸馏，当悬浊液中N-氧化甲基吗啡与水的摩尔比为1∶4-5时，向悬浮液中加入的固态N-氧化甲基吗啡粉末，使悬浮液中草植物纤维浆粕的重量百分含量达10％-16％；

(3)90-110℃继续对悬浮液减压蒸馏，直至草植物纤维浆粕完全溶解；减压蒸馏至悬浮液中N-氧化甲基吗啡与水的摩尔比为1∶0.7-1时，生产的纤维素纤维具有较大的可纺性和弹性。

由本发明方法制得的草纤维浆粕完全溶解的溶液为琥珀色透明无气泡的纺丝原液，粘度400-1000Pa.S，折光指数为1.4830-1.4860。反应釜内纺丝原料出料前，停止搅拌和抽真空，充入压力1-5kg/cm²的N₂，经过滤后，在90-100℃下挤压喷丝，拉伸并水相凝固得到草纤维素纤维。

所述的草植物纤维浆粕可采用公开号CN101165230的发明专利申请公开的方法制备。

NMMO水合物的水合数目(n)对它的流变性能和在这水合物中的纤维素溶液的状态有重要的影响。n＝0.7-1的NMMO水合物生产的纤维素纤维具有较大的可纺性和弹性。加入正丙基没食子酸盐用来作为抗氧化剂可以明显降低植物纤维的氧化，加入氯化铵及调节溶液的pH值到8-10，纺丝原液具有更好的可纺性。

本发明方法的优点在于，采用草本植物纤维浆粕为原料，原料来源广泛，在溶解草植物纤维浆粕的过程中先采用NMMO水溶液溶胀草纤维，之后在减压蒸馏分水到一定程度时加入固态NMMO粉末，以使NMMO与水的摩尔比尽快的小于1∶3，因而草纤维浆粕的溶解速度加快，制成草植物纤维纺丝原液。

草植物纤维浆粕易于在溶剂中溶胀和溶解，因此，在制备草纤维纺丝原液时浆粕所需浸泡及溶解的时间均比木、棉浆粕时间短，所制得的纺丝原液粘度较低，因而具有可纺性好等特点，可制得各种品种与规格的草纤维素纤维。

具体实施方式

实施例1

将125克草植物纤维浆粕粉碎为0.5厘米左右的碎片后，加入到1000g含有50％NMMO的水溶液中，加入草纤维浆粕量0.5％的氯化铵，在常压60℃-80℃条件，在密闭反应釜中以100-200r/min搅拌60分钟，成浆粥状，浸润静置过夜；将上述的草植物纤维浆粕悬浮液于90℃温度下静止浸泡30-50min，然后开动搅拌器以100～130r/min转速搅拌物料，抽真空至真空度达到80000Pa左右，维持该温度及真空度，不断去掉物料中的水分，1-2h后，NMMO与水的摩尔比约为1∶4-5；向混合物中加入225克NMMO粉末，充分搅拌，增加体系中NMMO含量及进一步降低体系中NMMO的结合水数，以加快草纤维浆粕的溶解速度；抽真空至真空度达到90000Pa左右，110℃油浴加热，经过1-2h后，NMMO与水的摩尔比达到1∶0.7-1时，体系中使该纤维素悬浮液在搅拌容器中均质化，体系棕黑色透明溶液，纤维素在溶剂中完全溶解，部分草纤维发生氧化现象。

实施例2：

将128克草植物纤维浆粕粉碎为0.5厘米左右的碎片后，加入到1000g含有50％NMMO的水溶液中，加入草纤维浆粕量0.5％的氯化铵，在常压60℃-80℃条件，在密闭反应釜中以100-200r/min搅拌60分钟，成浆粥状，向悬浮液中加入0.5wt％(相对于草纤维的含量)正丙基没食子酸盐用来作为抗氧化剂，用氢氧化钠调节悬浮液的pH值为9，浸润静置过夜；将上述的草纤维浆粕悬浮液于90℃温度下静止浸泡30-50min，然后开动搅拌器以100～130r/min转速搅拌物料，抽真空至真空度达到80000Pa左右，维持该温度及真空度，不断蒸去物料中的水分，1-2h后，NMMO与水的摩尔比约为1∶4-5；向混合物中加入293克NMMO粉末，充分搅拌，以加快草植物纤维浆粕的溶解速度，增加体系中NMMO的含量及进一步降低体系中NMMO的结合水数；抽真空至真空度达到90000Pa左右，110℃油浴加热，经过1～2h后，NMMO与水的摩尔比达到1∶1时，体系中使该纤维素悬浮液在搅拌容器中均质化，体系深黄色透明溶液，纤维素在溶剂中完全溶解。

将上述纺丝原液，在纺丝温度为90℃的条件下，经压力为5kg/cm²的氮气压入预过滤器过滤后进入计量泵，然后由不同孔径的喷丝头喷出；室温下，喷出的原液细流先经过长度为30mm的气隙，再进入NMMO浓度为20-30％、长度为2m的凝固浴中凝固成形，拉伸，水洗，得到草纤维素纤维。

Claims (4)

1、一种二次加溶剂物理溶解草植物纤维的方法，包括：

(1)将草植物纤维浆粕磨碎，加入N-氧化甲基吗啡的水溶液中，制得草植物纤维浆粕重量与N-氧化甲基吗啡重量比为1∶4的悬浮液，加入悬浮液总重量0.5-1.5％的氯化铵，常压加热至60℃-80℃，搅拌至浆粥状，调整悬浮液的pH值至8-10，静置过夜；

(2)将步骤(1)制得的草植物纤维悬浮液于70-90℃静置30-50min后搅拌，减压蒸馏，当悬浊液中N-氧化甲基吗啡与水的摩尔比为1∶4-5时，向悬浮液中加入固态N-氧化甲基吗啡粉末，使悬浮液中草植物纤维浆粕的重量百分含量为10％-16％；

(3)90-110℃继续对悬浮液减压蒸馏，直至草植物纤维浆粕完全溶解。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，调整悬浮液pH范围后，加入正丙基没食子酸盐。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的正丙基没食子酸盐的加入量为草植物纤维浆粕重量的0.5％。

4、如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中继续对悬浮液减压蒸馏，使悬浮液中N-氧化甲基吗啡与水的摩尔比为1∶0.7-1。