采用生物物理技术制取竹原纤维的生产工艺
技术领域
本发明涉及植物纤维的制取方法,具体来说是利用天然竹子为原料制取竹原纤维的生产工艺。
背景技术
竹子有世界第二大森林资源之称。全世界竹林面积2200万公顷。中国是竹资源十分丰富的国家,竹林面积达500万Km2,蓄积约1.3亿吨,年产量800万吨。竹子的生长期是半年,成林期2-3年,竹子砍伐后自然产生新竹。如果竹子长时间不砍伐,由于不通风透气,反而会造成整片竹林死亡。因此合理地采伐利用竹子,有利于竹林的生长。由于竹子生长快,可再生性强,且不占耕地。因此,竹子近年来已成为我国林业发展的一个新的经济增长点,其中,天然竹原纤维的开发和使用更是科技工作者研究的热点问题。竹原纤维是直接从竹子里分离提取出来的绿色环保纯天然纤维。它具有透气、除臭、吸放湿、灭菌、防紫外线、柔滑、光泽好的特点,竹原纤维横截面布满了大大小小的空隙,可以在瞬间吸收并蒸发水分,固而具有优异的吸湿性、透气性,由于竹原纤维的中空结构,人们称纤维为“会呼吸”的纤维。
竹原纤维按纤维长度和直径可分为粗竹原纤维和精竹原纤维,按用途可分为纺织用竹原纤维,非织造布竹原纤维,新型家用产品竹原纤维,汽车工业竹原纤维,电子工业竹原纤维等。制取竹原纤维的工艺方法目前主要有三种:
第一种是机械方法:大致分为前处理、分解、成型、后处理几个步骤,主要采取开纤、蒸煮、分丝、化学软化等方法获得竹纤维。其优点是基本保留了竹纤维的原有天然特性,缺点是无法连续进行工业化生产,生产中存在部分环境污染,竹材料选料具有限制性,劳动生产率低。
第二种是用高压爆破技术制造竹纤维。日本BAN竹制品公司开发的采用爆碎机从青竹中制取竹纤维技术,又称闪爆技术。该技术的特点是在180℃以上的高温条件下,瞬间降压使竹爆碎。反复数次,使连接竹纤维的半纤维素分解。加工时间2小时左右,耗电量高,可得到竹重量35-40%的竹纤维,进一步加工处理,可得到棉花状和羊毛状的竹纤维,手感稍硬。这种方法的优点是加工时间短,纯物理方法、无污染等。缺点是一次性设备投资大,技术操作难度大,用电量高,制取过程竹纤维易碳化,造成手感较硬。
第三种方法是在主要加工过程中采用化学方法。如中国专利文献公开的“一种竹原纤维的制备方法”(200310108826.1):其加热蒸煮操作中,采用无机化学品制成的软化液,在常压或1-3kg/cm2压力下,温度在90-140℃条件下,对竹麻进行加热蒸煮。制作粗竹原纤维时的软化液成分含碱、硅酸钠、三聚磷酸钠和硫化钠;制作精竹原纤维时的软化液成分含有氢氧化钠、纯碱、硅酸钠、硫代硫酸钠和硫化钠。其优点是,纤维提取率较高。其主要缺点是产生废液较多,废液的治理是一大难题,否则会严重污染环境;其次,由于高温强碱的作用,竹纤维的机械强度下降,影响在纺织业中的使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种能耗低、生产过程无三废污染、纤维质量更好的采用生物物理技术制取竹原纤维的生产工艺。
本发明的目的是这样实现的:一种采用生物物理技术制取竹原纤维的生产工艺,按以下步骤进行:a)、以含水率40%-45%的鲜竹或干竹材为原料,采用破节机进行破节;b)、将破节后的原竹装入1#生化处理器、浸泡在1#生化处理液中,并通入蒸汽加热,在常压和温度70℃条件下,浸泡处理2小时;c)、从1#生化处理器中取出原竹,采用开纤机进行物理开纤;d)、采用多级分级机对竹原纤维进行分级,分出其中的粗竹原纤维,其中,6cm以上的纤维含量占60%以上、纤维细度在0.02-0.1mm之间,作为粗竹原纤维产品进行包装;e)、以粗竹原纤维为原料、放入2#生化处理器中、并浸泡在2#生化处理液中,通入蒸汽加热,在常压和温度60℃条件,浸泡时间1-2小时;f)、从2#生化处理器中取出纤维原料,进行气流干燥,使纤维含水率降至15-18%;g)、对干燥后的纤维原料采用梳理机进行解纤梳理;h)、采用多级分级机对梳理后的纤维进行分级,其中,长度在5-8cm、生纤维细度在0.01-0.08mm之间的作为精竹原产品(束纤维),进行包装;
上述1#生化处理液的组成量:生化剂1-4‰,亚硫酸钠1-4%,其余为水,加Na2CO3调节溶液PH值为9-9.5;2#生化处理液的组成量:生化剂5‰,其余为水,加Na2CO3调节溶液PH值为8.5;上述生化剂中各组分按重量百分比计的组成如下:
TX-10,7.5~10.8%;磺酸,7.5~8.3%; 平平加O,5~6.9%;
AE-S,6.5~9.2%; 6501,8.3~11.3%;枯草酶(即BF7658酶制剂),53.5~65.2%。
与现有技术相比,本发明具有以下特点和优点:
1、本发明采用的生化剂也称软化剂,它完全基于生物物理方法来提取植物纤维素。在加工过程中,生化剂起着润湿、渗透、净化、乳化和软化淀粉的作用,它具有破坏胶体细胞壁和角质细胞壁的性能;可转化植物内糖,淀粉类物质,它具有表面活性剂的作用,可降低液体的表面张力,对植物纤维起到润湿、渗透作用。并且,其用量非常小,占整个软化液的1‰-5‰。
2、整个生产过程是在微碱性条件下,通过生物酶(软化剂)作用使竹纤维素物质周围的胶体细胞壁破后达到竹纤维脱胶、软化的目的,再运用连续式机械分离技术,将竹纤维变成了具有透气、除臭、柔滑、光泽好的优秀中空性天然竹纤维。整个生产过程中,节水、节能、少废水、无废渣、无废气产生,所用浸液完全循环使用。本发明解决了化学法处理带来严重污染的问题。
3、本发明人从1996年开始进行专题研究,2002年进行小试。2003年进行中试,在大量实验数据基础上,开发出本工艺技术。本工艺技术结合用了竹材生理学、微生物学、物理学、有机化学、纤维非织造布学、纤维纺织学、机械工程学、给排水学、电子工程、计算机控制等多学科交叉技术。本工艺技术利用了竹材的生理特性,竹纤维素蛋白的存在机理和专用生物化学配方(软化剂)使胶体细胞壁破壁,使连接竹纤维的胶体生物键、角质素、半纤维素生物键间的结合力减弱,采用专用机械设备,使纤维素在物理的机械作用下分离,从而提取竹原纤维。本发明改变了传统的纤维加工原理和加工工艺技术,具有原理上的突破和方法上的创新。
4、本生产工艺不受竹种、竹龄、竹节、竹径限制,一次性完成竹材纤维的提取,原材料利用率可达96%以上,纤维提取率可达89%以上,同时,获得的竹纤维保持天然、绿色、环保特点,纤维损伤率小于3-5%(现有行业中纤维损伤在12-15之间),纤维强度高、韧性好、保持了竹纤维的天然光泽和弹性。
具体实施方式
本发明采用生物物理技术制取竹原纤维,其生产工艺为:a)、以含水率40%-45%的鲜竹或干竹材为原料,采用破节机进行破节;b)、将破节后的原竹装入1#生化处理器、浸泡在1#生化处理液中,并通入蒸汽加热,在常压和温度70℃条件下,浸泡处理2小时;c)、从1#生化处理器中取出原竹,采用开纤机进行物理开纤;d)、采用多级分级机对竹原纤维进行分级,分出其中的粗竹原纤维,其中,长度6cm以上的纤维含量占60%以上、纤维细度在0.02-0.1mm之间,作为粗竹原纤维产品进行包装;e)、以粗竹原纤维为原料、放入2#生化处理器中、浸泡在2#生化处理液中,通入蒸汽加热,在常压和温度60℃条件,浸泡时间1-2小时;f)、从2#生化处理器中取出纤维原料,进行气流干燥,使纤维含水率降至15-18%;g)、对干燥后的纤维原料采用梳理机进行解纤梳理;h)、采用多级分级机对梳理后的纤维进行分级,其中,长度在5-8cm以上、生纤维细度在0.01-0.08mm之间的作为精竹原产品,进行包装;
上述1#生化处理液按重量百分比的组成是:生化剂1-4‰,亚硫酸钠(亚硫酸钠以无水物计)1-4%,其余为水,加Na2CO3调节溶液PH值为9-9.5;2#生化处理液按重量百分比的组成是:生化剂5‰,其余为水,加Na2CO3调节溶液PH值为8.5;上述生化剂中各组分按重量百分比计的组成如下:
TX-10,7.5~10.8%;磺酸,7.5~8.3%; 平平加O,5~6.9%;
AE-S,6.5~9.2%; 6501,8.3~11.3%;枯草酶,53.5~65.2%。
其中,TX-10和AE-S为活性剂。生化剂各组分以100%纯度计,生化剂中各组分配比关系以前五种组分为准,枯草酶的加入量也可不局限于53.5~65.2%,即其加入量以凑足100%为准。
亚硫酸钠(一般为七水物即Na2SO3·7H2O)易溶于水,水溶液呈碱性反应。碳酸钠有无水物、一水物、七水物和十水物(Na2SO3·10H2O),其水溶液呈碱性。
实施例1:
1#生化处理液按重量百分比计的组成是:生化剂1-4‰,亚硫酸钠1%,其余为水,溶液PH值为9。
实施例2:
1#生化处理液按重量百分比计的组成是:生化剂4‰,亚硫酸钠4%,其余为水,溶液PH值为9.5。
实施例3:
1#生化处理液按重量百分比计的组成是:生化剂3‰,亚硫酸钠2%,其余为水,溶液PH值为9.2。
实施例4:
生化剂组成如下:TX-10,10.8%;磺酸,8.3%;平平加O,6.9%;AE-S,9.2%;6501,11.3%;枯草酶,65.2%。
实施例5:
生化剂组成如下:TX-10,7.5%;磺酸,7.5%;平平加O,5%;AE-S,6.5%;6501,8.3%;枯草酶。53.5%。
实施例6:
生化剂组成如下:TX-10,9%;磺酸,8%;平平加O,6%;AE-S,8%;6501,9%;枯草酶,55%。