CN102517667A - 一种以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法 - Google Patents

Abstract

一种以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，步骤如下：1）将芦苇干燥后切碎；2）碱液中预浸渍；3）碱液蒸煮；4）过滤后将芦苇纤维素水洗脱胶；5）在碳酸钠水溶液中浸渍；6）稀酸洗涤后挤压脱水；7）重复步骤5)与6)进行二次浸渍和洗涤；8）将芦苇纤维素溶解于NMMO中，加入抗氧化剂浸泡溶胀，然后分时加热并抽真空，直至芦苇纤维素完全溶解，得到芦苇纤维素NMMO溶液；9）喷丝制成纤维，去离子水凝固，水洗残余NMMO，再用甘油水溶液塑化，取出干燥即可。本发明的优点：该纤维素纤维以芦苇为原料，通过无毒、无害、环保的NMMO工艺制备，工艺简单、易于实施，能量消耗少、生产成本低，对环境友好，具有广泛的应用价值。

Description

一种以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法

技术领域

本发明涉及纤维素纤维的制备方法，具体涉及一种以芦苇为原料，制备纤维素纤维的方法。

背景技术

我国不是森林大国，用木浆生产高档纤维，将消耗大量的森林资源，成本太高，不适合我国的国情。而草本植物纤维资源具有可持续性、环保性，可参与自然界的生态循环。

我国草本植物纤维素资源十分丰富，特别是芦苇的产量十分巨大，在自然条件下，产鲜草3.9-13.9吨/公顷，每年可收割2-3次。芦苇是一种适应性广、抗逆性强、生物量高的高大禾草，目前大多数都作为放牧地利用。芦苇地上部分植株高大，又有较强的再生力，经测定表明，芦苇中纤维素含量与稻草中纤维素含量相接近。如果能充分利用芦苇中纤维含量高的优点，利用其优质的纤维制备纤维素纤维具有巨大的经济及社会意义。近年来纤维素纤维的发展，对国民经济的发展起到了很大的推动作用。

纤维素由于极强的氢键作用，很难直接溶解于常规溶剂。传统的粘胶法和铜氨法不仅工艺路线冗长、生产工艺复杂、原材料和能量消耗多，而且对环境污染严重。通过N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)作为直接溶剂溶解芦苇纤维素的工艺的出现，可以很好地解决这些问题，而且产品的力学性能明显优于传统方法。我们选择NMMO工艺，其无毒无害且99.5％-99.7％可回收利用，属于绿色循环、环保低碳经济。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种以廉价草本植物芦苇为原料，通过无毒、无害、环保的NMMO工艺制备纤维素纤维的方法。

本发明的技术方案：

一种以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，包括以下步骤：

1)将收割的芦苇风干或烘干后，切成1-10cm长的碎料，筛选除尘备用；

2)将芦苇碎料浸渍在氢氧化钠溶液中进行预浸处理，温度为常温-100，时间为4-24小时；

3)将经过预浸处理的芦苇碎料进行碱液蒸煮，得到芦苇纤维素溶液；

4)将上述芦苇纤维素溶液过滤分离滤液，将经碱水蒸煮的芦苇纤维素水洗脱胶，直至纤维素溶液的PH为7-8，然后挤压脱水，得到芦苇纤维素；

5)将脱水后的芦苇纤维素浸渍在碳酸钠水溶液中，然后挤压脱水；

6)将上述脱水后的芦苇纤维素用稀酸洗涤，然后挤压脱水；

7)重复步骤5)与6)进行二次碳酸钠水溶液浸渍和二次稀酸洗涤并挤压脱水，将芦苇纤维素干燥后抖松备用；

8)将上述芦苇纤维素溶解于N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)中，同时加入抗氧化剂，浸泡2-4小时使其溶胀，然后加热到80℃-100℃并抽真空，至真空度为-0.1MPa时停止，每隔半小时再抽一次真空至真空度为-0.1MPa时停止，直至芦苇纤维素完全溶解，得到透明琥珀色的芦苇纤维素NMMO溶液，芦苇纤维素在芦苇纤维素NMMO溶液中的质量百分比浓度为5-13％；

9)将上述芦苇纤维素NMMO溶液，通过喷丝设备制成芦苇纤维素纤维，将芦苇纤维素纤维用去离子水凝固浴凝固，然后水洗残余NMMO，再用甘油水溶液塑化，取出干燥后即可制得芦苇纤维素纤维。

所述氢氧化钠溶液的质量百分比浓度为8-17％，芦苇碎料与氢氧化钠溶液的用量比为1Kg∶6-10L。

所述芦苇碎料进行碱液蒸煮的温度为100℃、沸煮时间为2-3小时。

所述碳酸钠水溶液的浓度为8-12g/L，芦苇纤维素与碳酸钠水溶液的用量比为1Kg∶5-10L，浸渍时间为5-10分钟。

所述稀酸为稀盐酸或稀硫酸，其浓度为0.15-0.5mol/L，芦苇纤维素与稀酸的用量比为1Kg∶8-15L，洗涤时间为5-8分钟。

所述二次稀酸洗涤后增加漂白处理，即将脱水后的芦苇纤维素置于质量百分比浓度为0.05-0.2％的次氯酸钠水溶液中，常温浸泡30-60秒，得到白色芦苇纤维素。

所述N-甲基吗啉-N-氧化物的质量百分比浓度为40-60％。

所述抗氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、没食子酸丙酯和特丁基对苯二酚中的一种或任意比例的两种，抗氧化剂的加入量为芦苇纤维素质量的0.1-0.2％。

所述甘油水溶液的体积百分比浓度为10-30％，芦苇纤维素纤维与甘油水溶液的质量比为1∶18-22，塑化温度为40-50℃，时间为50-70分钟。

本发明的优点是：该纤维素纤维以廉价草本植物芦苇为原料，通过无毒、无害、环保的NMMO工艺制备，工艺简单、易于实施，能量消耗少、生产成本低，而且对环境友好，具有广泛的应用价值。

具体实施方式

以下结合具体的实例对本发明的技术方案作进一步说明：

实施例1：

一种以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，包括以下步骤：

1)将收割的芦苇风干后，切成1-10cm长的碎料，筛选除尘备用；

2)将0.5kg芦苇碎料浸渍在5L质量百分比浓度为10％的氢氧化钠溶液中进行预浸处理，常温浸泡6小时；

3)将经过预浸处理的芦苇碎料进行碱液蒸煮2小时，得到芦苇纤维素溶液；

4)将上述芦苇纤维素溶液过滤分离滤液，将经碱水蒸煮的芦苇纤维素水洗脱胶，直至纤维素溶液无色且PH为8，然后挤压脱水，得到芦苇纤维素；

5)将脱水后的芦苇纤维素浸渍在4L浓度为9g/L的碳酸钠水溶液中，浸渍时间为7分钟，然后挤压脱水；

6)将上述脱水后的芦苇纤维素用5L浓度为0.3mol/L的稀盐酸洗涤，洗涤时间为7分钟，然后挤压脱水；

7)重复步骤5)与6)进行二次碳酸钠水溶液浸渍和二次稀酸洗涤并挤压脱水，将芦苇纤维素在鼓风干燥箱中干燥后抖松备用；

8)将15g上述芦苇纤维素溶解于200ml质量百分比浓度为50％的市售N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)中，同时加入0.015g没食子酸丙酯抗氧化剂，浸泡2小时使其溶胀，然后加热到90℃并抽真空，至真空度为-0.1MPa时停止，每隔半小时再抽一次真空至真空度为-0.1MPa时停止，直至芦苇纤维素完全溶解，得到透明琥珀色的芦苇纤维素NMMO溶液，芦苇纤维素在芦苇纤维素NMMO溶液中的质量百分比浓度为13％；

9)将上述芦苇纤维素NMMO溶液，通过喷丝设备制成芦苇纤维素纤维，将芦苇纤维素纤维用去离子水凝固浴凝固，然后水洗残余NMMO，再用体积百分比浓度为10％、温度为40℃的甘油水溶液塑化55分钟，取出干燥后即可制得芦苇纤维素纤维。

实施例2：

一种以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，包括以下步骤：

1)将收割的芦苇烘干后，切成1-10cm长的碎料，筛选除尘备用；

2)将0.5kg芦苇碎料浸渍在4L质量百分比浓度为12％的氢氧化钠溶液中进行预浸处理，常温浸泡6小时；

3)将经过预浸处理的芦苇碎料进行碱液蒸煮3小时，得到芦苇纤维素溶液；

4)将上述芦苇纤维素溶液过滤分离滤液，将经碱水蒸煮的芦苇纤维素水洗脱胶，直至纤维素溶液无色且PH为8，然后挤压脱水，得到芦苇纤维素；

5)将脱水后的芦苇纤维素浸渍在4L浓度为10g/L的碳酸钠水溶液中，浸渍时间为8分钟，然后挤压脱水；

6)将上述脱水后的芦苇纤维素用5L浓度为0.4mol/L的稀盐酸洗涤，洗涤时间为6分钟，然后挤压脱水；

7)重复步骤5)与6)进行二次碳酸钠水溶液浸渍和二次稀酸洗涤并挤压脱水，将脱水后的纤维素置于质量分数为0.1％次氯酸钠水溶液中常温浸泡40秒，取出脱水，将漂白后的芦苇纤维素在鼓风干燥箱中干燥后抖松备用；

8)将10g上述芦苇纤维素溶解于200ml质量百分比浓度为50％的市售N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)中，加入0.015g丁基羟基茴香醚抗氧化剂，浸泡2.5小时使其溶胀，然后加热到85℃并抽真空，至真空度为-0.1MPa时停止，每隔半小时再抽一次真空至真空度为-0.1MPa时停止，直至芦苇纤维素完全溶解，得到透明琥珀色的芦苇纤维素NMMO溶液，芦苇纤维素在芦苇纤维素NMMO溶液中的质量百分比浓度为9％；

9)将上述芦苇纤维素NMMO溶液，通过喷丝设备制成芦苇纤维素纤维，将芦苇纤维素纤维用去离子水凝固浴凝固，然后水洗残余NMMO，再用体积百分比浓度为20％、温度为40℃的甘油水溶液塑化60分钟，取出干燥后即可制得白色芦苇纤维素纤维。

实施例3：

一种以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，包括以下步骤：

1)将收割的芦苇风干后，切成1-10cm长的碎料，筛选除尘备用；

2)将0.5kg芦苇碎料浸渍在3L质量百分比浓度为16％的氢氧化钠溶液中进行预浸处理，常温浸泡4小时；

3)将经过预浸处理的芦苇碎料进行碱液蒸煮3小时，得到芦苇纤维素溶液；

4)将上述芦苇纤维素溶液过滤分离滤液，将经碱水蒸煮的芦苇纤维素水洗脱胶，直至纤维素溶液无色且PH为8，然后挤压脱水，得到芦苇纤维素；

5)将脱水后的芦苇纤维素浸渍在3L浓度为9g/L的碳酸钠水溶液中，浸渍时间为9分钟，然后挤压脱水；

6)将上述脱水后的芦苇纤维素用6L浓度为0.2mol/L的稀硫酸洗涤，洗涤时间为7分钟，然后挤压脱水；

7)重复步骤5)与6)进行二次碳酸钠水溶液浸渍和二次稀酸洗涤并挤压脱水，将芦苇纤维素在鼓风干燥箱中干燥后抖松备用；

8)将12g上述芦苇纤维素溶解于200ml质量百分比浓度为50％的市售N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)中，同时加入0.015g二丁基羟基甲苯抗氧化剂，浸泡3小时使其溶胀，然后加热到100℃并抽真空，至真空度为-0.1MPa时停止，每隔半小时再抽一次真空至真空度为-0.1MPa时停止，直至芦苇纤维素完全溶解，得到透明琥珀色的芦苇纤维素NMMO溶液，芦苇纤维素在芦苇纤维素NMMO溶液中的质量百分比浓度为10％；

9)将上述芦苇纤维素NMMO溶液，通过喷丝设备制成芦苇纤维素纤维，将芦苇纤维素纤维用去离子水凝固浴凝固，然后水洗残余NMMO，再用体积百分比浓度为15％、温度为45℃的甘油水溶液塑化55分钟，取出干燥后即可制得芦苇纤维素纤维。

Claims (9)

1.一种以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将收割的芦苇风干或烘干后，切成1-10cm长的碎料，筛选除尘备用；

2)将芦苇碎料浸渍在氢氧化钠溶液中进行预浸处理，温度为常温-100，时间为4-24小时；

3)将经过预浸处理的芦苇碎料进行碱液蒸煮，得到芦苇纤维素溶液；

4)将上述芦苇纤维素溶液过滤分离滤液，将经碱水蒸煮的芦苇纤维素水洗脱胶，直至纤维素溶液的PH为7-8，然后挤压脱水，得到芦苇纤维素；

5)将脱水后的芦苇纤维素浸渍在碳酸钠水溶液中，然后挤压脱水；

6)将上述脱水后的芦苇纤维素用稀酸洗涤，然后挤压脱水；

7)重复步骤5)与6)进行二次碳酸钠水溶液浸渍和二次稀酸洗涤并挤压脱水，将芦苇纤维素干燥后抖松备用；

8)将上述芦苇纤维素溶解于N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)中，同时加入抗氧化剂，浸泡2-4小时使其溶胀，然后加热到80℃-100℃并抽真空，至真空度为-0.1MPa时停止，每隔半小时再抽-次真空至真空度为-0.1MPa时停止，直至芦苇纤维素完全溶解，得到透明琥珀色的芦苇纤维素NMMO溶液，芦苇纤维素在芦苇纤维素NMMO溶液中的质量百分比浓度为5-13％；

9)将上述芦苇纤维素NMMO溶液，通过喷丝设备制成芦苇纤维素纤维，将芦苇纤维素纤维用去离子水凝固浴凝固，然后水洗残余NMMO，再用甘油水溶液塑化，取出干燥后即可制得芦苇纤维素纤维。

2.根据权利要求1所述以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液的质量百分比浓度为8-17％，芦苇碎料与氢氧化钠溶液的用量比为1kg∶6-10L。

3.根据权利要求1所述以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，其特征在于：所述芦苇碎料进行碱液蒸煮的温度为100℃、沸煮时间为2-3小时。

4.根据权利要求1所述以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，其特征在于：所述碳酸钠水溶液的浓度为8-12g/L，芦苇纤维素与碳酸钠水溶液的用量比为1kg∶5-10L，浸渍时间为5-10分钟。

5.根据权利要求1所述以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，其特征在于：所述稀酸为稀盐酸或稀硫酸，其浓度为0.15-0.5mol/L，芦苇纤维素与稀酸的用量比为1kg∶8-15L，洗涤时间为5-8分钟。

6.根据权利要求1所述以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，其特征在于：所述二次稀酸洗涤后增加漂白处理，即将脱水后的芦苇纤维素置于质量百分比浓度为0.05-0.2％的次氯酸钠水溶液中，常温浸泡30-60秒，得到白色芦苇纤维素。

7.根据权利要求1所述以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，其特征在于：所述N-甲基吗啉-N-氧化物的质量百分比浓度为40-60％。

8.根据权利要求1所述以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，其特征在于：所述抗氧化剂为丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、没食子酸丙酯和特丁基对苯二酚中的一种或任意比例的两种，抗氧化剂的加入量为芦苇纤维素质量的0.1-0.2％。

9.根据权利要求1所述以芦苇为原料制备纤维素纤维的方法，其特征在于：所述甘油水溶液的体积百分比浓度为10-30％，芦苇纤维素纤维与甘油水溶液的质量比为1∶18-22，塑化温度为40-50℃，时间为50-70分钟。