CN102212973A

CN102212973A - 一种蒸煮液和一种棉秆皮浆粕的制备方法

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Publication number: CN102212973A
Application number: CN 201110083887
Authority: CN
Inventors: 凌受明; 凌晖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2031-04-05
Also published as: CN102212973B

Abstract

本发明提供了一种蒸煮液，含有：亚硫酸铵，相对绝干棉秆皮的重量含量为15-25%；尿素，相对绝干棉秆皮的重量含量为3-8%；蒽醌或其衍生物，相对绝干棉秆皮的重量含量0.01-1%；蒸煮液的pH=7-8，液比为1∶（3-5）。本发明还提供了一种采用该蒸煮液制备棉秆皮浆粕的方法，包括对棉秆皮依次进行以下工序：预处理、蒸煮、漂白、碱抽提、浓缩和抄浆。本发明的蒸煮液采用中性的亚硫酸铵，同时含有尿素和蒽醌或其衍生物，能有效保证棉秆皮浆粕的提取率；蒸煮废液可用作肥料，漂白采用过氧化氢、钼酸盐与三亚乙基三胺五乙酸的混合物，非常环保。采用本发明提供的制备方法，能得到纤维素含量高、白度好、戊糖、灰份等杂质含量较低的棉秆皮浆粕。

Description

一种蒸煮液和一种棉秆皮浆粕的制备方法

技术领域

本发明涉及纺织纤维领域，尤其涉及一种蒸煮液和一种棉秆皮浆粕的制备方法。

背景技术

随着生活水平的日益提高，人们对纺织纤维的需求量越来越大。纺织纤维中，再生纤维素纤维是典型的可降解环境友好生物材料，其织物透气性、吸湿性优良，穿着舒适、卫生，深受人们的青睐，市场需求旺盛。目前，再生纤维素纤维主要是以针叶木、阔叶木或棉短绒为原料生产。但随着再生纤维素纤维用了的日益增加而使原料的供应紧张，价格呈持续上升的趋势，制约了再生纤维素纤维行业的发展。

我国是棉花种植大国，仅棉花的副产品棉秆皮的年生物总量就达到400万吨左右。棉秆皮属韧皮纤维，是生产再生纤维素纤维的优质原料。例如，CN200710031571.1中公开了一种利用棉秆皮制造粘胶纤维的方法，CN200710116511.X中也公开了一种棉秆皮浆粕及其制备方法，为棉秆皮生产浆粕开启了先河。

但上述两种方法仍是传统的浆粕生产工艺，存在以下不足：（1）再生纤维素纤维提取率低：CN200710031571.1采用1-10g/L的硫酸浸泡棉秆皮进行除渣，但由于纤维素在酸性介质中很不稳定，长时间浸泡会使部分纤维素水解，而CN200710116511.X中蒸煮时采用高浓度烧碱，不可避免地将聚合度相对稍低的纤维素降解溶除，因此该两种方法均会导致甲种纤维素的提取率下降。（2）上述两种方法中漂白均采用氯漂，不仅对环境污染严重，还对人有直接毒害性，发达国家已经禁止使用氯漂工艺；另外，两种方法中蒸煮液均采用碱煮，成分为高浓度烧碱，蒸煮完成后废液的pH值高达14，有机物浓度很大，污染十分严重。

因此，研究和采用无污染的棉秆皮浆粕制备工艺方法取代传统浆粕制备工艺已成为本领域技术人员亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在棉秆皮浆粕制备方法中存在的棉杆皮浆粕提取率低和对环境污染大的技术问题。

本发明提供了一种蒸煮液，所述蒸煮液含有以下组分：

亚硫酸铵相对绝干棉秆皮的重量含量为15-25%，

尿素相对绝干棉秆皮的重量含量为3-8%，

蒽醌或其衍生物相对绝干棉秆皮的重量含量0.01-1%；

所述蒸煮液的pH=7-8，液比为1：（3-5）。

本发明还提供了一种棉秆皮浆粕的制备方法，采用棉秆皮为原料生产棉秆皮浆粕，包括对棉秆皮依次进行以下工序：预处理、蒸煮、漂白、碱抽提、浓缩和抄浆；其中，蒸煮采用的蒸煮液为本发明提供的蒸煮液。

本发明提供的蒸煮液中，采用中性的亚硫酸铵为主要成分，能有效降低传统碱性蒸煮液对纤维素的水解或降解；尿素起到渗透和溶胀的作用，促使蒸煮液深入到胶质内部进行反应，有助于胶质的溶除；蒽醌或其衍生物既是脱除木质素的反应剂、催化剂，又是纤维素的保护剂，从而保证棉杆皮浆粕的提取率。另外，采用本发明的蒸煮液对棉秆皮进行蒸煮完成后，蒸煮废液可用作肥料，解决环境污染的问题。采用本发明提供的制备方法，能得到纤维素含量高、白度好、戊糖、灰份等杂质含量较低的棉杆皮浆粕。

具体实施方式

本发明提供了一种蒸煮液，其特征在于，所述蒸煮液含有以下组分：

亚硫酸铵相对绝干棉秆皮的重量含量为15-25%，

尿素相对绝干棉秆皮的重量含量为3-8%，

蒽醌或其衍生物相对绝干棉秆皮的重量含量0.01-1%；

所述蒸煮液的pH=7-8，液比为1：（3-5）。

传统方法中蒸煮采用碱法蒸煮，主要成分为烧碱和硫化钠。其中，硫化钠会产生强烈的臭皮蛋味，对皮肤和眼睛有很强的腐蚀性，并且硫化钠本身能燃烧。采用传统碱法蒸煮完成后，蒸煮废液pH值高达14，有机物浓度很大，污染十分严重。

本发明提供的蒸煮液，采用亚硫酸铵为主要成分，其pH值为7-8，能有效降低传统碱性蒸煮液对纤维素的水解或降解，从而保证纤维素的含量。尿素起到渗透和溶胀的作用，促使蒸煮液深入到胶质内部进行反应，有助于胶质的溶除。蒽醌或其衍生物既是脱除木质素的反应剂、催化剂，又是纤维素的保护剂，从而保证棉杆皮浆粕的提取率。另外，采用本发明的蒸煮液对棉秆皮进行蒸煮完成后，蒸煮废液可用作肥料，解决环境污染的问题。

根据本发明的制备方法，先对棉秆皮进行预处理。本发明中，棉秆皮为将棉秆通过棉秆皮芯分离设备进行分离得到。所述预处理包括：先将皮芯分离的棉秆皮采用多对圆弧形齿辊同时反复压轧搓揉，再将棉秆皮浸泡于漂白废液或碱抽提废液中进行超声波处理。

棉秆经过皮芯分离后，棉秆皮表面紧密的角质层已经部分破损。在此基础上，通过采用多对圆弧型齿辊对棉秆皮进行反复压轧搓揉，使棉秆皮表面的腊质、果胶和蛋白质组成不含纤维素，具有疏水性的角质层有效清除掉，从而大大减轻后续加工中去除胶质的负担，有利于蒸煮药液对棉秆皮纤维中胶质的作用，并使其后蒸煮废液中有机污染物总量降低了50%以上。

然后将压轧搓揉后的棉杆皮浸泡于漂白废液或碱抽提废液中，进行超声波处理。本发明中，通过采用漂白废液或碱抽提废液，能使废液得到充分有效利用，降低污染，非常环保，同时降低成本。超声波处理的条件包括：超声波频率为25-50kHz，处理时间为20-30min，处理温度为45-55℃。

采用超声波处理有如下作用：（1）超声波空化所产生的射流首先冲击包围在纤维表面上的胶杂质，并在这些胶杂质的原始缺陷或结合薄弱的环节产生应力，应变的集中，将棉杆皮中的胶杂质粉碎并分散于溶液中。（2）运用超声波能量打断半纤维素同木质素结合的化学键，使纤维与胶质的结合变松。（3）通过超声波的空化作用，能有效激活漂白废液中的过氧化氢脱除木质素效率，加速氧化分解半纤维素及果胶质；超声波同样能有效激活碱抽提废液中的OH^-，促使其与胶质的反应速度加快。已降解、扩散溶出的胶质聚合物在超声波的作用下迅速乳化和分散，避免其重新吸附于纤维上。通过超声波预处理，棉秆皮纤维间的胶质被部分去除，结构更为疏松，纤维得到进一步松解，这就为下一步亚铵蒸煮创造了更加有利的条件。

根据本发明的制备方法，预处理完成后，然后对棉杆皮进行蒸煮。由于在棉秆皮预处理过程中，已将其角质层有效清除，还溶除了纤维间的部分胶杂，此时棉秆皮结构已经十分疏松，因此本发明中通过采用本发明提供的亚铵蒸煮液对棉杆皮进行蒸煮就能达到脱除胶质的目的。所述蒸煮的包括将棉杆皮和蒸煮液放入蒸球中，先冷转使蒸煮液均匀浸渍棉杆皮，然后向蒸球中通入蒸汽进行蒸煮。具体，蒸煮的条件包括：压力为0.6-09MPa，温度为150-175°C，保温时间为90-180min。所述蒸煮液的组分及其作用如前所述，此处不赘述。

蒸煮完成后，为了确保棉杆皮浆的白度，还需然后进行漂白。传统的漂白工艺包括氯化，碱处理和次氯酸钠补充漂白，操作复杂，对技术和设备要求较高，尤其是污染非常严重。作为本发明的一种优选实施方式，本发明中所述漂白所采用的漂白液含有以下组分：

过氧化氢相对绝干棉秆皮的重量含量为2-6%，

钼酸盐相对绝干棉秆皮的重量含量为0.4-0.8%，

三亚乙基三胺五乙酸相对绝干棉秆皮的重量含量为0.3-0.5%，

所述漂白液的pH=5。

本发明采用的漂白液为无氯漂白，并与后续的碱抽提工序结合，能彻底去除棉杆皮中残余木质素。所述漂白液中，主要组分为过氧化氢，过氧化氢是公认的最清洁的药品，且所述漂白液的pH=5，即漂白在酸性条件下进行。所述漂白液中，钼酸盐对过氧化氢具有催化作用，能有效地提高过氧化氢脱除木质素的效率，提高棉杆皮浆粕的提取率。三亚乙基三胺五乙酸是过氧化氢漂白的螯合性稳定剂，能有效除去金属离子。漂白的条件包括：温度为80-90°C，时间为120min。

采用本发明的酸性漂白在完成漂白后，接着进行一段碱抽提，目的是更好地溶出酸性漂白时脱除的木质素，更进一步溶除残余半纤维素等胶质，仅漂白与碱抽提，就可溶除60%左右的木质素。所述碱抽提所采用的碱抽提液中含有烧碱，所述烧碱相对绝干棉秆皮的重量含量为1-2%。碱抽提的条件包括：温度为55-65℃，时间45-60min。

本发明中，漂白和碱抽提完成后，其漂白废液和碱抽提废液可用于对棉杆皮进行超声波预处理，具体作用如前所述。超声波处理完毕后，可将两种废液混合，使漂白废液与碱抽提废液酸碱中和，排放基本上达到无污染，非常环保。

作为本领域技术人员的公知常识，漂白、碱抽提完毕后，可按照棉杆皮浆粕常规生产方式进行洗料、酸处理、精选等工序，本发明中不再赘述。最后将棉秆皮浆经浓缩机处理至浓度为3-6%，然后送抄浆机进行抄造、烘干得到用于生产再生纤维素纤维的棉秆皮浆粕。

采用本发明提供的制备方法，通过对皮芯分离的棉杆皮进行预处理，并采用本发明提供的蒸煮液进行一次亚铵蒸煮，然后漂白、碱抽提、浓缩和抄浆，可得到一种纤维素含量高、白度好、戊糖、灰份等杂质含量较低的棉杆皮浆粕。具体地，采用本发明的制备方法提取的浆粕中，甲种纤维素≥92wt%，灰分≤0.15wt%，铁分≤30mg/kg，粘度8-30MPa∙S，白度≥72%，吸碱值≥500%，小尘埃≤300mm²/kg，大尘埃≤3个/kg。

本发明中各工序所采用的原料和设备，均可通过商购得到，本发明中并无特殊限定。以下结合实施例对本发明作进一步解释说明。

实施例1

（1）预处理：首先将棉秆皮芯分离机分离出来的棉秆皮喂入多对圆弧型齿辊机进行往复压轧、搓揉，较彻底清除掉棉秆皮表面的角质层，再把压轧搓揉过的棉秆皮浸泡在漂白废液中，在25KHz超声波与漂白废液共同作用下处理30min，处理温度50±5℃。

（2）蒸煮：将经过步骤（1）棉杆皮和蒸煮液放入蒸球中，蒸煮液中：亚硫酸铵15%（相对绝干棉秆皮的重量含量），尿素4%（相对绝干棉秆皮的重量含量），蒽醌或其衍生物0.02%（相对绝干棉秆皮的重量含量），pH值=7，液比1：3。蒸煮条件包括压力0.6MPa，温度150°C，保温时间180min。

（3）漂白：漂白液配方：过氧化氢4%（相对绝干棉秆皮的重量含量），钼酸盐0.4%（相对绝干棉秆皮的重量含量），三亚三胺五乙酸0.3%（相对绝干棉秆皮的重量含量），pH=5。漂白条件包括温度85°C，时间120min.。

（4）碱抽提：碱抽提配方：烧碱1.1%（相对绝干棉秆皮的重量含量）。碱抽提条件包括：温度60±5°C，时间50min。

（5）浓缩、抄浆：棉秆皮浆经浓缩机处理至浆浓为4wt%，然后送抄浆机进行抄造。

通过上述步骤，得到本实施例的棉杆皮浆粕，其中甲种纤维素92.2wt%，灰分0.15wt%，铁分29mg/kg，粘度16MPa∙S，白度72.5%，吸碱值567%，小尘埃211mm²/kg，大尘埃2个/kg。

实施例2

（1）预处理：首先将棉秆皮芯分离机分离出来的棉秆皮喂入多对圆弧型齿辊机进行往复压轧、搓揉，较彻底清除掉棉秆皮表面的角质层，再把压轧搓揉过的棉秆皮浸泡在漂白废液中，在50KHz超声波与漂白废液共同作用下处理20min，处理温度50±5℃。

（2）蒸煮：将经过步骤（1）棉杆皮和蒸煮液放入蒸球中，蒸煮液中：亚硫酸铵20%（相对绝干棉秆皮的重量含量），尿素5%（相对绝干棉秆皮的重量含量），蒽醌或其衍生物0.8%（相对绝干棉秆皮的重量含量），pH值=8，液比1：4。蒸煮条件包括压力0.8MPa，温度165°C，保温时间110min。

（3）漂白：漂白液配方：过氧化氢5%（相对绝干棉秆皮的重量含量），钼酸盐0.6%（相对绝干棉秆皮的重量含量），三亚三胺五乙酸0.4%（相对绝干棉秆皮的重量含量），pH=5。漂白条件包括温度90°C，时间120min.。

（4）碱抽提：碱抽提配方：烧碱1.6%（相对绝干棉秆皮的重量含量）。碱抽提条件包括：温度60±5°C，时间60min。

（5）浓缩、抄浆：棉秆皮浆经浓缩机处理至浆浓为6wt%，然后送抄浆机进行抄造。

通过上述步骤，得到本实施例的棉杆皮浆粕，其中甲种纤维素93wt%，灰分0.13wt%，铁分24mg/kg，粘度11MPa∙S，白度74%，吸碱值610%，小尘埃198mm²/kg，大尘埃1.7个/kg。

实施例3

（1）预处理：首先将棉秆皮芯分离机分离出来的棉秆皮喂入多对圆弧型齿辊机进行往复压轧、搓揉，较彻底清除掉棉秆皮表面的角质层，再把压轧搓揉过的棉秆皮浸泡在漂白废液中，在35KHz超声波与漂白废液共同作用下处理25min，处理温度50±5℃。

（2）蒸煮：将经过步骤（1）棉杆皮和蒸煮液放入蒸球中，蒸煮液中：亚硫酸铵25%（相对绝干棉秆皮的重量含量），尿素7%（相对绝干棉秆皮的重量含量），蒽醌或其衍生物1%（相对绝干棉秆皮的重量含量），pH值=7.5，液比1：5。蒸煮条件包括压力0.9MPa，温度175°C，保温时间90min。

（3）漂白：漂白液配方：过氧化氢6%（相对绝干棉秆皮的重量含量），钼酸盐0.8%（相对绝干棉秆皮的重量含量），三亚三胺五乙酸0.5%（相对绝干棉秆皮的重量含量），pH=5。漂白条件包括温度85°C，时间120min.。

（4）碱抽提：碱抽提配方：烧碱2%（相对绝干棉秆皮的重量含量）。碱抽提条件包括：温度60±5°C，时间45min。

（5）浓缩、抄浆：棉秆皮浆经浓缩机处理至浆浓为5wt%，然后送抄浆机进行抄造。

通过上述步骤，得到本实施例的棉杆皮浆粕，其中甲种纤维素93.6wt%，灰分0.12wt%，铁分20mg/kg，粘度10MPa∙S，白度76%，吸碱值580%，小尘埃189mm²/kg，大尘埃1.2个/kg。

以上实施例仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所作出的若干改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种蒸煮液，其特征在于，所述蒸煮液含有以下组分：

亚硫酸铵相对绝干棉秆皮的重量含量为15-25%，

尿素相对绝干棉秆皮的重量含量为3-8%，

蒽醌或其衍生物相对绝干棉秆皮的重量含量0.01-1%；

所述蒸煮液的pH=7-8，液比为1：（3-5）。

2.一种棉秆皮浆粕的制备方法，采用棉秆皮为原料生产棉秆皮浆粕，包括对棉秆皮依次进行以下工序：预处理、蒸煮、漂白、碱抽提、浓缩和抄浆；其特征在于，所述蒸煮采用的蒸煮液为权利要求1所述的蒸煮液。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述棉秆预处理包括：先将皮芯分离的棉秆皮采用多对圆弧形齿辊同时反复压轧搓揉，再将棉秆皮浸泡于漂白废液或碱抽提废液中进行超声波处理。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，超声波处理的条件包括：超声波频率为25-50Hz，处理时间为20-30min，处理温度为45-55℃。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述蒸煮的条件包括：压力为0.6-09MPa，温度为150-175°C，保温时间为90-180min。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述漂白所采用的漂白液含有以下组分：

过氧化氢相对绝干棉秆皮的重量含量为2-6%，

钼酸盐相对绝干棉秆皮的重量含量为0.4-0.8%，

三亚乙基三胺五乙酸相对绝干棉秆皮的重量含量为0.3-0.5%，

所述漂白液的pH=5。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，漂白的条件包括：温度为80-90°C，时间为120min。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，碱抽提所采用的碱抽提液中含有烧碱，所述烧碱相对绝干棉秆皮的重量含量为1-2%。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，碱抽提的条件包括：温度为55-65℃，时间45-60min。

10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述浓缩和抄浆为：将棉秆皮浆经浓缩机处理至浆浓为3-6wt%，然后送抄浆机进行抄造。