CN101736426A - 以芦苇、秸秆植物纤维浆粕制备再生纤维素纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以芦苇、秸秆等植物纤维浆粕制备再生纤维素纤维的方法，该方法为溶剂法。首先采用直接法或间接法制备质量浓度为8～15％的再生纤维素纤维的纺丝原液；然后用得到的再生纤维素纤维的纺丝原液进行纺丝。本发明的方法工艺简单、污染小、所制纤维性能好。由本发明制得的芦苇、秸秆等再生纤维素纤维具有强度大、柔软、光滑、吸湿性好、便于染色等优点。

Description

以芦苇、秸秆植物纤维浆粕制备再生纤维素纤维的方法

技术领域

本发明涉及一种以芦苇、秸秆等植物纤维浆粕制备再生纤维素纤维的方法，更确切地说再生纤维素纤维是以芦苇和/或秸秆等植物纤维浆粕为原料，经溶剂法制备而成。

背景技术

再生纤维素纤维因其具有良好的吸湿性、悬垂性、易染色性和生物可降解性，广泛用于织造、制线、制绒、针织等；由于其穿着舒适，特别适合制作内衣，并可与毛、麻、丝等纤维进行混纺或者交织。20世纪70年代以前，以棉浆、木浆为原料制成的粘胶纤维是化学纤维生产的第一品种。近年来，出现的Modal、Tencel等新一代纤维又为纤维素纤维家族增添了一些新品种。由于耕地的减少和石油资源的日益枯竭，天然纤维、合成纤维的产量将会受到越来越多的制约，大力发展再生纤维素纤维就成了一种必然的选择。

现阶段，再生纤维素纤维是以木浆、竹浆、棉浆为原料，经粘胶法(工业上主要为此方法)或溶剂法制备而成。但随着森林资源的贫乏、耕地面积的减少以及竹材需要三年才可使用的限制，寻找开发新的原料来制备再生纤维素纤维就成了当务之急。

芦苇的化学成分中含有纤维素48～54％、木质素约18.2％、戊聚糖约12.4％、灰分约2.8％；秸秆中含有纤维素约40～50％。芦苇和秸秆过去主要局限用于造纸工业，即使这样，还有大量的芦苇、秸秆废弃，这对于节约型社会来说是一种严重的资源浪费。如果我们能够利用芦苇、秸秆来生产再生纤维素纤维，则不但原料充足，价格低廉，还可弥补木浆、棉浆、竹浆原料的供应不足及价格高的缺陷，为纤维素纤维家族再添新成员，进而促进纺织工业的发展。

在中国发明专利CN1289725C公开的“由芦苇浆制得的粘胶纤维及其制备方法”中，对芦苇浆制备粘胶纤维的工艺作了简要的概括，它包括备料、切料、洗料、预处理、蒸煮、筛选、除髓、挤压、精选、氯化、碱抽提、漂白、酸处理、精选、抄造、浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、混合、过滤、脱泡、过滤、纺丝、切断、精炼、干燥、打包，所制得的纤维指标为：干态断裂强度≥1.90cN/dtex，湿态断裂强度≥0.90cN/dtex，干态断裂伸长率≥15.0％。其后，中国专利CN101130884A公开了“利用棉秆制备粘胶纤维的方法”，对棉秆的制浆及粘胶纤维的制备作了一简单的介绍，它包括备料、蒸煮、放料、洗选、除砂、浓缩、氯碱化、次氯酸钠漂白、洗涤、浓缩、抄造、浸渍和压榨、老成、黄化、研磨、溶解、混合、过滤、脱泡、过滤、纺丝、牵伸、后处理等工序。由此可见，由植物纤维浆粕制备再生纤维素纤维是可行的。但是粘胶法制备再生纤维需要使用大量的氢氧化钠、硫酸、二硫化碳等腐蚀性化学物质，会排放大量的硫化氢、二硫化碳等有毒气体和含锌废水，环境污染相当严重。且其所用设备多、效率低、水、电、汽消耗大、成本高。

发明内容

本发明的目的是克服现有粘胶法制备再生纤维素纤维的不足，提供一种工艺简单、污染小、所制得的纤维性能好的以芦苇、秸秆等植物纤维浆粕制备再生纤维素纤维的方法，以弥补现有纤维素浆粕原料供应的不足，同时也可为纤维素纤维家族增添新成员。

本发明的以芦苇、秸秆等植物纤维浆粕制备再生纤维素纤维的方法是采用溶剂法进行制备，其工艺过程包括：采用直接法或间接法溶解、过滤、脱泡、纺丝、水洗、后处理；

1)芦苇和/或秸秆等再生纤维素纤维纺丝原液的制备

采用直接法制备芦苇和/或秸秆等再生纤维素纤维纺丝原液的工艺为：

在温度为70℃～90℃、真空、搅拌条件下，将芦苇和/或秸秆的浆粕加入到由含有质量浓度11％～13％水的N-甲基吗啉氧化物(NMMO)溶剂和相对芦苇和/或秸秆浆粕重量0.1～1％的没食子酸丙酯组成的体系中，使芦苇和/或秸秆浆粕溶解，溶解时间大约需要2.5～10小时；得到的溶液经过滤、脱泡后得到质量浓度为8～15％的再生纤维素纤维的纺丝原液；

采用间接法制备芦苇和/或秸秆等再生纤维素纤维纺丝原液的工艺为：

将芦苇和/或秸秆的浆粕、含有质量浓度为60％水的N-甲基吗啉氧化物(NMMO)溶剂、没食子酸丙酯按质量比1∶8.2～16.5∶0.1～1加入到捏合机中溶解，然后在压力为0.004pa～0.1pa、温度为90℃～100℃，搅拌速度为100～200r/min的条件下溶胀和溶解，大约需要5～10小时；得到的溶液经过滤、脱泡后得到质量浓度为8～15％的再生纤维素纤维的纺丝原液；

2)用步骤1)得到的再生纤维素纤维的纺丝原液进行纺丝，纺丝工艺为：

喷丝头规格为36～400孔×0.06～0.30mm，纺丝速度为100～450m/min，喷出的原液细流先经过长度为3～10cm的充有氮气或氩气的气隙，再进入凝固浴中凝固成形；凝固成形后的初生纤维经水洗后进行后处理，制得线密度为1.21～4.36dtex、干态断裂强度为3.5～5cN/dtex、干态断裂伸长率为8～15％的芦苇和/或秸秆再生纤维素纤维；

其中，凝固浴的条件：溶剂为含有质量浓度为0～60％的N-甲基吗啉氧化物的水溶液，温度为5～80℃，凝固浴长度为1～3m。

所述的后处理，包括上油和烘干。

所述的芦苇浆粕或秸秆浆粕的聚合度为500～800，α-纤维素的质量含量≥93％。

所述的秸秆浆粕为玉米秸秆浆粕、棉花秸秆浆粕、稻草浆粕、麦草浆粕或蔗渣浆粕等。

本发明的以芦苇、秸秆等植物纤维浆粕制备再生纤维素纤维的方法工艺简单、污染小、所制纤维性能好；同时解决了我国纤维素原料供应不足的现状，为纺织工业提供了一资源充足，物美价廉的纺织原料，可满足工业和生活的广泛需求；并为合理利用芦苇、秸秆等，优化资源配置找到了一条新的途径。由本发明制得的芦苇、秸秆等再生纤维素纤维具有强度大、柔软、光滑、吸湿性好、便于染色等优点。

具体实施方式

实施例1

在70℃～90℃、真空、搅拌下把20g芦苇浆粕(聚合度为800，α-纤维素的质量含量93.2％)加入到由含有质量浓度为13％水的202g NMMO溶剂、0.02g没食子酸丙酯组成的体系中溶解，大约需要5小时。得到的溶液经过滤、脱泡后得到透明、淡黄色、无气泡的再生纤维素质量浓度为9％的纺丝原液。在喷丝头为36孔×0.06mm，纺丝速度为300m/min的条件下纺丝，喷出的原液细流先经过长度为8cm的充有氮气的气隙，再进入溶剂为水，20℃，1.5m长的凝固浴中凝固成形。再经水洗、上油烘干后处理制得线密度为3.08dtex、干态断裂强度为3.72cN/dtex、干态断裂伸长率为14.16％的再生芦苇纤维素纤维。

实施例2

在70℃～90℃、真空、搅拌下把20g麦草浆粕(聚合度为502，α-纤维素的质量含量94.7％)加入到由含有质量浓度为12％水的113g NMMO溶剂、0.04g没食子酸丙酯组成的体系中溶解，大约需要5小时。经过滤、脱泡后得到透明、淡黄色、无气泡的再生纤维素质量浓度为15％的纺丝原液。在喷丝头为160孔×0.15mm，纺丝速度为350m/min下纺丝，喷出的原液细流先经过长度为10cm的充有氩气的气隙，再进入溶剂为质量浓度5％NMMO，5℃，3m长的凝固浴中凝固成形。再经水洗、上油和烘干后处理制得线密度为2.74dtex、干态断裂强度为4.66cN/dtex、干态断裂伸长率为10.93％的麦草纤维素纤维。

实施例3

在70℃～90℃、真空、搅拌下，把20g蔗渣浆粕(聚合度为716，α-纤维素的质量含量96.1％)加入到由含有质量浓度为11％水的230g NMMO溶剂、0.1g没食子酸丙酯组成的体系中溶解，大约需要2.5小时。经过滤、脱泡后得到透明、淡黄色、无气泡的再生纤维素质量浓度为8％的纺丝原液。在喷丝头为400孔×0.3mm，纺丝速度为300m/min下纺丝，喷出的原液细流先经过长度为6cm的充有氩气的气隙，再进入溶剂为质量浓度15％NMMO，30℃，1m长的凝固浴中凝固成形。再经水洗、上油和烘干后处理制得线密度为3.21dtex、干态断裂强度为3.58cN/dtex、干态断裂伸长率为14.92％的蔗渣纤维素纤维。

实施例4

在70℃～90℃、真空、搅拌下，把20g玉米秸秆(聚合度为671，α-纤维素的质量含量95.3％)加入到由含有质量浓度为12％水的146g NMMO溶剂、0.2g没食子酸丙酯组成的体系中溶解，大约需要6小时。经过滤、脱泡后得到透明、淡黄色、无气泡的再生纤维素质量浓度为12％的纺丝原液。在喷丝头为260孔×0.15mm，纺丝速度为100m/min下纺丝，喷出的原液细流先经过长度为3cm的充有氮气的气隙，再进入溶剂为质量浓度30％NMMO，40℃，2m长的凝固浴中凝固成形。再经水洗、上油和烘干后处理制得线密度为4.36dtex、干态断裂强度为4.10cN/dtex、干态断裂伸长率为11.85％的玉米纤维素纤维。

实施例5

在70℃～90℃、真空、搅拌下，把10g麦草秸秆(聚合度为671，α-纤维素的质量含量95.3％)和10g芦苇浆粕(聚合度为602，α-纤维素的质量含量95.2％)加入到由含有质量浓度为13％水的133g NMMO溶剂、0.16g没食子酸丙酯组成的体系中溶解，大约需要8小时。经过滤、脱泡后得到透明、淡黄色、无气泡的再生纤维素质量浓度为13％的纺丝原液。在喷丝头为320孔×0.21mm，纺丝速度为250m/min下纺丝，喷出的原液细流先经过长度为5cm的充有氮气的气隙，再进入溶剂为质量浓度25％NMMO，65℃，2.5m长的凝固浴中凝固成形。再经水洗、上油和烘干后处理制得线密度为3.17dtex、干态断裂强度为4.54cN/dtex、干态断裂伸长率为9.23％的芦苇/麦草纤维素纤维。

实施例6

将20克芦苇(聚合度为800，α-纤维素的质量含量93.2％)、220克含有质量浓度60％水的N-甲基吗啉氧化物、0.02克没食子丙酯在捏合机中溶解，条件为：压力为0.004pa、温度为90℃～100℃、搅拌速度为100r/min，大约需要溶解8小时，经过滤、脱泡后得到透明、淡黄色、无气泡的再生纤维素质量浓度为11.65％的纺丝原液。在喷丝头为400孔×0.30mm，纺丝速度为400m/min下纺丝，喷出的原液细流先经过长度为8cm的充有氮气的气隙，再进入溶剂为质量浓度为60％NMMO，80℃，2m长的凝固浴中凝固成形。再经水洗、上油和烘干后处理制得线密度为1.97dtex、干态断裂强度为4.33cN/dtex、干态断裂伸长率为9.76％的芦苇纤维素纤维。

实施例7

将20克麦草秸秆(聚合度为502，α-纤维素的质量含量94.7％)、164克含质量浓度60％水的N-甲基吗啉氧化物、0.1克没食子丙酯在捏合机中溶解，条件为：压力为0.04pa、温度为90℃～100℃、搅拌速度为200r/min，大约需要溶解10小时，经过滤、脱泡后得到透明、淡黄色、无气泡的再生纤维素质量浓度为15％的纺丝原液。在喷丝头为36孔×0.06mm，纺丝速度为200m/min下纺丝，喷出的原液细流先经过长度为5cm的充有氮气的气隙，再进入溶剂为质量浓度为35％NMMO，40℃，3m长的凝固浴中凝固成形。再经水洗、上油和烘干后处理制得线密度为3.35dtex、干态断裂强度为5.0cN/dtex、干态断裂伸长率为8.03％的麦草纤维素纤维。

实施例8

将20克玉米秸秆(聚合度为671，α-纤维素的质量含量95.3％)、336克含质量浓度60％水的N-甲基吗啉氧化物、0.2克没食子丙酯在捏合机中溶解，条件为：压力为0.1pa、温度为90℃～100℃、搅拌速度为150r/min，大约需要溶解5小时，经过滤、脱泡后得到透明、淡黄色、无气泡的再生纤维素质量浓度为8％的纺丝原液。在喷丝头为320孔×0.21mm，纺丝速度为450m/min下纺丝，喷出的原液细流先经过长度为5cm的充有氮气的气隙，再进入溶剂为质量浓度为50％NMMO，70℃，2.5m长的凝固浴中凝固成形。再经水洗、上油和烘干后处理制得线密度为1.21dtex、干态断裂强度为3.94cN/dtex、干态断裂伸长率为13.71％的玉米纤维素纤维。

Claims (5)

1.一种以芦苇、秸秆植物纤维浆粕制备再生纤维素纤维的方法，其是采用溶剂法进行制备，工艺过程包括：采用直接法或间接法溶解、过滤、脱泡、纺丝、水洗、后处理；其特征是：

1)芦苇和/或秸秆再生纤维素纤维纺丝原液的制备

采用直接法制备芦苇和/或秸秆再生纤维素纤维纺丝原液：

在温度为70℃～90℃、真空、搅拌条件下，将芦苇和/或秸秆的浆粕加入到由含有质量浓度11％～13％水的N-甲基吗啉氧化物溶剂和相对芦苇和/或秸秆浆粕重量0.1～1％的没食子酸丙酯组成的体系中，使芦苇和/或秸秆浆粕溶解；得到的溶液经过滤、脱泡后得到质量浓度为8～15％的再生纤维素纤维的纺丝原液；或

采用间接法制备芦苇和/或秸秆再生纤维素纤维纺丝原液：

将芦苇和/或秸秆的浆粕、含有质量浓度为60％水的N-甲基吗啉氧化物溶剂、没食子酸丙酯按质量比1∶8.2～16.5∶0.1～1加入到捏合机中溶解，然后在压力为0.004pa～0.1pa、温度为90℃～100℃，搅拌速度为100～200r/min的条件下溶胀和溶解；得到的溶液经过滤、脱泡后得到质量浓度为8～15％的再生纤维素纤维的纺丝原液；

2)用步骤1)得到的再生纤维素纤维的纺丝原液进行纺丝，纺丝工艺为：

喷丝头规格为36～400孔×0.06～0.30mm，纺丝速度为100～450m/min，喷出的原液细流先经过长度为3～10cm的充有氮气或氩气的气隙，再进入凝固浴中凝固成形；凝固成形后的初生纤维经水洗后进行后处理，制得线密度为1.21～4.36dtex、干态断裂强度为3.5～5cN/dtex、干态断裂伸长率为8～15％的芦苇和/或秸秆再生纤维素纤维；

其中，凝固浴的条件：溶剂为含有质量浓度为0～60％的N-甲基吗啉氧化物的水溶液，温度为5～80℃，凝固浴长度为1～3m。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：采用直接法制备芦苇和/或秸秆再生纤维素纤维纺丝原液时，使芦苇和/或秸秆浆粕溶解的时间为2.5～10小时。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：采用间接法制备芦苇和/或秸秆再生纤维素纤维纺丝原液时，使芦苇和/或秸秆浆粕溶胀和溶解的时间为5～10小时。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的芦苇浆粕或秸秆浆粕的聚合度为500～800，α-纤维素的质量含量≥93％。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是：所述的秸秆浆粕为玉米秸秆浆粕、棉花秸秆浆粕、稻草浆粕、麦草浆粕或蔗渣浆粕。