CN103215753A - 具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，系将适量的废咖啡渣先加入竹浆作为原料，再加入氧化甲基玛琳溶剂，使其相混合溶解成黏液后，以熔喷方式将该黏液从纺口挤压出来形成竹浆纤维素丝束，并经由喷出水雾使竹浆纤维素丝束凝固再生，最后经水洗、漂白、水洗、干燥及卷取等程序后，即可制得具有连续长纤维型态的具有除臭功能竹浆纤维素不织布。

Description

具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法

技术领域

本发明涉及一种具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其属于竹纤维制造技术领域，且制程采用不会造成环境污染的环保制程，所制得的竹浆纤维素不织布成品属于长纤维型态，并具有良好的透气性、吸水率以及除臭功效等物性，可被应用于纺织品、医疗卫生材料、过滤材料、生物科技材料及光电晶圆擦拭等用途上。

背景技术

目前人造合成纤维所制成的不织布，其生产中所使用的最大量原料，依序为聚丙烯(PP)、聚酯(PET)、聚乙烯(PE)与尼龙(Nylon)，共计占总使用量的96%，当这些大量人造合成纤维不织布经使用后成为废弃物时，因无法被自然环境分解，而对环境形成巨大的危害，因此，以木浆(pulp)为原料，并使用溶剂法来生产制造天然纤维素不织布已渐成主流，其产品废弃物因可自然降解，而被称为绿色环保纤维或称为Lyocell纤维。

发表于中国山东纺织科技期刊2003年第2期的〝新型再生纤维素纤素-竹纤维〞已研究证实，竹纤维具有天然抗菌、吸湿透气、负离子保健等特性，且竹子属快速生长植物，繁殖力强（2至3年即可砍伐），更新容易，是极佳的再生资源，在资源利用过程中不会发生如林木砍伐时，所产生林地环境生态受到严重破坏等问题，此外，竹浆的成本只有木浆的三分之一，因此，应用制造Lyocell纤维的溶剂法来做为生产竹纤维，已见于诸多专利文献中，例如：中国发明专利CN1129680、CN1190531、CN1315624及CN100395384等皆是， 由该公开的各中国发明专利技术内容可知，其生产所得的竹纤维并未具有除臭的功效。

根据中国海关数据显示，2007-2011年中国共计进口咖啡豆13.7万吨，单2011年就进口咖啡4.3万吨，同比增长41.9%，以2011年为例：烘焙使用后的废咖啡渣数量至少达2万公吨以上（咖啡豆与使用后的比例约为2：1计算），目前这些每年多达2万公吨以上的废咖啡渣，大部分是以直接焚化或掩埋等方式来处理，少部分则因咖啡渣具有除臭的功效而拿来做去除异味，或做为供给植物的养分，或做为清洁的功用；另外，已有人将其应用来制造咖啡纱之用，例如中国发明专利授权公告号CN101418477，由该咖啡纱专利所揭露的技术内容可知，其将咖啡渣和高分子聚合物颗粒混合制成母粒后，再将母粒抽丝成纱线，而所用的高分子聚合物颗粒选自聚丙烯、尼龙和聚酯，因此，经由该咖啡纱所制得的织物，因含有高分子聚合物，故使用后成为废弃物时，也将无法被自然环境分解，仍会有对环境造成危害的结果。

中国除竹林资源丰富外（现有竹林面积达421万公顷，储蓄量1.27亿吨，约占全球竹资源的三分之一），更有每年多达2万公吨以上的废咖啡渣可做为除臭之用，本发明人有鉴于此，特别深入研究如何将可被自然环境分解的竹纤维，与具有除臭功能的废咖啡渣相结合，而成为具有除臭功能竹浆纤维素不织布，经多次实验试作成功后，终能完成本发明的制法。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，系将适量的废咖啡渣（Coffee residue）先加入竹浆(Bamboo pulp)作为原料，再加入氧化甲基玛琳(N-methylmorpholine N-oxide，简称NMMO)溶剂，使其相混合溶解成黏液(dope)后，以熔喷方式(meltblown)将该黏液从纺口挤压出来形成竹浆纤维素丝束，并经由喷出水雾使竹浆纤维素丝束凝固再生，最后经水洗、漂白、水洗、干燥及卷取等程序后，即可制得具有连续长纤维型态的具有除臭功能竹浆纤维素不织布，其整体的制程短且使用无毒性的氧化甲基玛琳作为溶剂，并能充分回收循环使用，而成为不会对环境造成污染的环保制程，且制得的竹浆纤维素不织布，属于连续长纤维型态，除具有与人造合成纤维不织布相同的良好透气性与吸水率等物性外，更因含有废咖啡渣而具有除臭的功效，且使用后成为废弃物时，能在环境中自然分解，而不会对环境造成破坏。

本发明的技术方案为：一种具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其步骤包含：

a.将废咖啡渣加入竹浆作为原料；该废咖啡渣先经高速研磨成500nm~1000nm的微颗粒后再加入竹浆内，该竹浆选用a─纤维素含量在65%以上的竹浆纤维素，其纤维素聚合度介于400~800。

b.加入氧化甲基玛琳溶剂及苯基恶唑安定剂于步骤a的竹浆中，并使其相混合溶解成黏液；其利用卧式调浆机，将该废咖啡渣与竹浆纤维素、氧化甲基玛琳溶剂及苯基恶唑添加剂一起置入后，以50℃~70℃低温进行高速搅碎，并藉由氧化甲基玛琳对纤维素膨润性大、溶解性高及溶解速率快等功效，来达成快速相互混合溶解，再利用真空薄膜蒸发器以80℃~100℃加热，在5分钟内蒸发溶解混合后的水份排除至5~13%，即可形成黏液。

c.以熔喷方式将黏液从纺口挤压出来形成竹浆纤维素丝束；该黏液由计量齿轮泵打入纺口模具内，再进入纺口模具的纺嘴管中，藉由热空气持续灌入纺口模具后，并从纺嘴管周围排出的气流作用，迫使黏液从纺嘴管中被熔喷挤压出外部形成竹浆纤维素丝束。

d.喷出水雾使纤维素丝束凝固再生，再依序经水洗、漂白、水洗、干燥及卷取等程序，即制得具有连续长纤维型态的天然纤维素纤维不织布。

该步骤a中所加入竹浆内的废咖啡渣含量为0.5wt%~5 wt%。

该步骤b中氧化甲基玛琳溶剂的浓度为45%~75%。

该步骤b中黏液的纤维素含量为6wt%~15wt%。

该步骤b中黏液的黏度为300~3000。

该步骤b中黏液的透光指数为1.470~1.495。

该步骤b中黏液的熔融指数为200~1000。

该步骤d中该竹浆纤维素不织布的卷取速度为每分钟2~200公尺。

该步骤d中该竹浆纤维素不织布的基重为10g/m²~300g/m²。

该步骤d中该竹浆纤维素不织布的机械方向拉伸强度为14kgf以上，而垂直方向的拉伸强度为7kgf以上。

该步骤d中该竹浆纤维素不织布的纤维纤度为1~15um。

该步骤d中该竹浆纤维素不织布的透气度为100~3500cm³/cm²/min。

该步骤d中该竹浆纤维素不织布的吸水率为300%~2000%。

该步骤d中凝固再生与水洗后的溶剂回收步骤包含：

1.脱色：系以活性碳悬浮方式吸付脱色，未脱色液加入0.05%~0.10%吸附性和悬浮性良好的活性碳粉末，用鼓风混合吸附复和静置悬浮吸附交替处理，其两者之处理时间比例为1:3至1:6，处理时间8小时以上即可完成脱色。

2.过滤：系采用二阶段过滤，其第一阶段粗滤用一般滤芯式过滤器以简化设备，但为避免活性碳逐渐累积在滤芯最外层而减缓过滤的速度，故助滤剂除预布于滤芯表面之外，亦在未滤液中加入0.03%~0.05%，使未滤液含有少量膨松助滤剂，则过滤速度大幅提高且可保持不减退，该助滤剂的组成以硅藻土：纤维素=4:1的比例效果最好，粗滤完成后将滤渣残液离心、脱水、回收，而脱水后的滤渣助滤剂仍具有助滤效果可再回收使用一次。其第二阶段精滤使用精密过滤器UF，精滤后滤液清净度与新鲜溶剂相同。

3.浓缩：本发明制程因水洗液回收时，其溶剂浓度由6.5%~8.0%需浓缩到50%~55%，每吨纤维约需浓缩除水90吨，浓缩负荷极大；当纤维产量较少时：系采用三效浓缩方式，其除水每吨约需蒸汽用量0.5吨；当纤维产量稍大时：则采用MVR浓缩方式，其除水每吨约需蒸汽0.003~0.03吨，该二种浓缩方式各适不同产量，但所产生的浓缩液和冷凝水都可全部回收；其中，浓缩液可供制程溶剂之用；冷凝水可供原丝水洗之用。

4.精制：系采用80℃低温氧化和中和还原，用35%H2O2为氧化剂、85% N2H4·H2O为中和还原剂，用电位滴定法测定氧化还原的结果，其NMM含量可降到10ppm以下，可提高NMMO纯度和减少损耗。

附图说明

图1为本发明的制造流程方块图。

图2为本发明所使用氧化甲基玛琳溶剂(N-methylmorpholine N-oxide，简称NMMO) 的化学结构图。

图3为本发明中熔喷竹浆纤维素丝束的作动示意图。

图4为本发明所制得除臭功能竹浆纤维素不织布放大一千倍的外观电子显微图。

图中具体标号如下：

1-齿轮泵                       2-模具

3-纺嘴管                       D-黏液

H-热空气

具体实施方式

为进一步说明本发明的制作流程与功效，兹佐以图示及各试验实例详细说明如后：

请参阅图1至图4所示，本发明具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其步骤包含：

a.将废咖啡渣（Coffee residue）加入竹浆(Bamboo pulp)作为原料；该废咖啡渣先经高速研磨成500nm~1000nm（奈米）的微颗粒后再加入竹浆内，该竹浆选用a─纤维素含量在65%以上的竹浆纤维素，其纤维素聚合度(degree of polymerization，简称DP)介于400~800。

b.加入氧化甲基玛琳溶剂(N-methylmorpholine N-oxide，简称NMMO，其化学结构如图2所示)及苯基恶唑安定剂(1,3-phenylene - bis 2-oxazoline，BOX)于步骤a的竹浆中，并使其相混合溶解成黏液(dope)；其系利用卧式调浆机，将该废咖啡渣与竹浆纤维素、氧化甲基玛琳溶剂及苯基恶唑添加剂一起置入后，以50℃~70℃低温进行高速搅碎，并藉由氧化甲基玛琳对纤维素膨润性大、溶解性高及溶解速率快等功效，来达成快速相互混合溶解，再利用真空薄膜蒸发器（Thin Film Evaporator, TFE）以80℃~100℃加热，在5分钟内蒸发溶解混合后之水份排除至5~13%，即可形成黏液(dope)。

c.以熔喷方式(meltblown)将黏液从纺口挤压出来形成竹浆纤维素丝束；如图3所示，该黏液D由计量齿轮泵1打入纺口模具2内，再进入纺口模具2的纺嘴管3中，藉由热空气H持续灌入纺口模具2后，并从纺嘴管3周围排出的气流作用，迫使黏液D从纺嘴管3中被熔喷挤压出外部形成竹浆纤维素丝束。

d.喷出水雾使纤维素丝束凝固再生，再依序经水洗、漂白、水洗、干燥及卷取等程序，即制得具有连续长纤维型态的竹浆纤维素不织布（如第4图所示）。

其中，步骤a中所加入竹浆内的废咖啡渣含量为0.5wt%~5 wt%。

其中，步骤b所加入的苯基恶唑安定剂(1,3-phenylene - bis 2-oxazoline，BOX)可降低纤维素黏液的色泽及聚合度的衰退，其氧化甲基玛琳溶剂的浓度为45%~75%且为无毒性溶剂，于水洗过程中被洗出后，再经由回收再使用，其损耗率低且回收率可达99.7%以上，除可降低制造成本外，亦不会造成环境的污染，完全符合环保制程的规范。

又步骤b中该黏液的纤维素含量为6wt%~15wt%，其黏液的黏度为300~3000(poise)，而黏液的透光指数为1.470~1.495以及黏液的熔融指数为200~1000。

其中，步骤d中竹浆纤维素不织布的卷取速度为每分钟2~200公尺，竹浆纤维素不织布的基重为10g/m²~300g/m²，纤维纤度为1~15um，机械方向(MD) 拉伸强度为14kgf以上，垂直方向(CD) 的拉伸强度为7kgf以上，透气度为100~3500(cm³/cm²/min)，吸水率为300%~2000%。

另步骤d中凝固再生与水洗后的溶剂回收步骤包含：

1.脱色：系以活性碳悬浮方式吸付脱色，未脱色液加入0.05%~0.10%吸附性和悬浮性良好的活性碳粉末，用鼓风混合吸附复和静置悬浮吸附交替处理，其两者的处理时间比例为1:3至1:6，处理时间8小时以上即可完成脱色，该方式及程序可简化设备、节省能源和提高吸附脱色效果。

2.过滤：系采用二阶段过滤，其第一阶段粗滤用一般滤芯式过滤器以简化设备，但为避免活性碳逐渐累积在滤芯最外层而减缓过滤的速度，故助滤剂除预布于滤芯表面之外，亦在未滤液中加入0.03%~0.05%，使未滤液含有少量膨松助滤剂，则过滤速度大幅提高且可保持不减退，该助滤剂的组成以硅藻土:纤维素=4:1的比例效果最好，粗滤完成后将滤渣残液离心、脱水、回收，而脱水后的滤渣助滤剂仍具有助滤效果可再回收使用一次。其第二阶段精滤使用精密过滤器UF，精滤后滤液清净度与新鲜溶剂相同，采用本方式的粗滤和精滤可得低设备费、低损耗率、高处理量、高清净度的特点。

3.浓缩：本发明制程因水洗液回收时，其溶剂浓度由6.5%~8.0%需浓缩到50%~55%，每吨纤维约需浓缩除水90吨，浓缩负荷极大；当纤维产量较少时：系采用三效浓缩方式，其除水每吨约需蒸汽用量0.5吨（虽蒸汽消耗高，但电力消耗较小）；当纤维产量稍大时：则采用MVR浓缩方式，其除水每吨约需蒸汽0.003~0.03吨（虽蒸汽消耗低，但电力消耗稍大），该二种浓缩方式各适不同产量，但所产生的浓缩液和冷凝水都可全部回收；其中，浓缩液可供制程溶剂之用；冷凝水可供原丝水洗之用。

4.精制：系采用80℃低温氧化和中和还原，用35%H2O2为氧化剂、85% N2H4·H2O为中和还原剂，用电位滴定法测定氧化还原的结果，其NMM含量可降到10ppm以下，可提高NMMO纯度和减少损耗。

为进一步证明本发明的特点及实施功效，乃进行完成各项试验实例并说明如后：

首先，如表一中样品1至样品10的黏液组成表所示，其系将废咖啡渣加入聚合度为400~800的竹浆纤维素与氧化甲基玛琳(NMMO)溶剂，于50℃~70℃下高速搅拌成浆液，然后利用真空薄膜蒸发器蒸发多余的水份，以80℃~100℃加热，5分钟内排除水分至5%~13%，即可将竹浆纤维素溶解成黏液(dope)，接着，以熔喷方式(meltblown)将黏液经纺口挤压形成竹浆纤维素丝束，再喷出水雾使竹浆纤维素丝束凝固再生，并依序进行水洗、漂白、水洗、干燥及卷取后，即完成表一中样品1至样品10的各黏液组成表。

表一：样品1至样品10的黏液组成表

接着，依照表一中的纤维聚合度及抗聚合度衰退添加剂添加比例，来做出不同不织布基重的样品11至样品20后，进行其不织布强度的试验，其进行的方式根据CNS5610标准进行检测，方法如下：分别将各样品的机械方向(Mechanical Direction, MD)及垂直方向(Cross Direction, CD)，取下拉伸测试试片各10块，其试片长度至少为180mm，宽度为2.54mm，使用万能强力试验机作测试，设定夹距为76mm，拉伸速率300mm/min，样品11至样品20测试后所得的不织布强度乃如表二所示。

表二：样品11至样品20的物性表

其次，再以不同的纤维聚合度及不织布基重做成样品21至样品32后，进行其不织布透气度及吸水率的试验，其进行的方式根据CNS5612标准进行检测，系将样品裁剪成26×26cm²各四片，以透气度试验机：TEXTEST FX3300对26×26cm²的试片进行透气度测试，先将不织布切取5条纵向试片，每一试片之宽度为76mm，长度则视试片的质量(一条试片之质量为5.0±0.1g)而定，试片及网篮沉浸于水内，历经10秒钟，再抓牢网篮的开口端，将试片及网篮一起自水中取出，让网篮开口端朝上，滴水10秒钟，立即将该试片及网篮一起放入以知质量的玻璃杯内，称取试片、网篮及玻璃杯的总质量，准确是0.1g。试片的吸水率值公式如下：

样品21至样品32测试后所得的不织布透气度及吸水率乃如表三所示。

表三：样品21至样品32的物性表

最后，以不同的纤维聚合度及废咖啡渣添加比例的竹浆纤维素不织布做成样品33至样品44后评估除臭效果，其以吸氨气试验为除臭的依据，方法说明如下：以密闭的瓶子装入一定浓度的氨气，将定量的竹浆纤维素不织布放入瓶内吸附15分钟，再以气体层析仪(GC)测得竹浆纤维素不织布放入前后的气体浓度，此时除臭性为

各样品的吸氨率试验结果如表四所示

表四：竹浆纤维素不织布除臭功能试验

由上述表二中样品11至样品20及表三中的样品21至样品32所示，依本发明所完成的连续长纤维型态的竹浆纤维素不织布，其不论机械方向(MD)或垂直方向(CD)的强度均非常理想，不同基重下的透气度及吸水率表现，也均优于现有习知人造合成纤维不织布及天然纤维不织布，此外，由表四中的样品33至样品44所示的试验结果证明，本发明的竹浆纤维素不织布因含有废咖啡渣而产生具有除臭的功效，故完全符合纺织品、医疗卫生材、过滤材、生物科技材料及光电晶圆擦拭等用途上所需的要求条件，也具有高度产业利用性的创新发明，乃依法提出申请。

Claims (14)

1.一种具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：其步骤包含：

a.将废咖啡渣加入竹浆作为原料；该废咖啡渣先经高速研磨成500nm~1000nm的微颗粒后再加入竹浆内，该竹浆选用a─纤维素含量在65%以上的竹浆纤维素，其纤维素聚合度介于400~800；

b.加入氧化甲基玛琳溶剂及苯基恶唑安定剂于步骤a的竹浆中，并使其相混合溶解成黏液；其利用卧式调浆机，将该废咖啡渣与竹浆纤维素、氧化甲基玛琳溶剂及苯基恶唑添加剂一起置入后，以50℃~70℃低温进行高速搅碎，并藉由氧化甲基玛琳对纤维素膨润性大、溶解性高及溶解速率快等功效，来达成快速相互混合溶解，再利用真空薄膜蒸发器以80℃~100℃加热，在5分钟内蒸发溶解混合后的水份排除至5~13%，即可形成黏液；

c.以熔喷方式将黏液从纺口挤压出来形成竹浆纤维素丝束；该黏液由计量齿轮泵打入纺口模具内，再进入纺口模具的纺嘴管中，藉由热空气持续灌入纺口模具后，并从纺嘴管周围排出的气流作用，迫使黏液从纺嘴管中被熔喷挤压出外部形成竹浆纤维素丝束；及

d.喷出水雾使纤维素丝束凝固再生，再依序经水洗、漂白、水洗、干燥及卷取等程序，即制得具有连续长纤维型态的天然纤维素纤维不织布。

2.根据权利要求1所述的具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：该步骤a中所加入竹浆内的废咖啡渣含量为0.5wt%~5 wt%。

3.根据权利要求1所述的具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：该步骤b中氧化甲基玛琳溶剂的浓度为45%~75%。

4.根据权利要求1所述的具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：该步骤b中黏液的纤维素含量为6wt%~15wt%。

5.根据权利要求1所述的具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：该步骤b中黏液的黏度为300~3000。

6.根据权利要求1所述的具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：该步骤b中黏液的透光指数为1.470~1.495。

7.根据权利要求1所述的具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：该步骤b中黏液的熔融指数为200~1000。

8.根据权利要求1所述的具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：该步骤d中该竹浆纤维素不织布的卷取速度为每分钟2~200公尺。

9.根据权利要求1所述的具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：该步骤d中该竹浆纤维素不织布的基重为10g/m²~300g/m²。

10.根据权利要求1所述的具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：该步骤d中该竹浆纤维素不织布的机械方向拉伸强度为14kgf以上，而垂直方向的拉伸强度为7kgf以上。

11.根据权利要求1所述的具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：该步骤d中该竹浆纤维素不织布的纤维纤度为1~15um。

12.根据权利要求1所述的具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：该步骤d中该竹浆纤维素不织布的透气度为100~3500cm³/cm²/min。

13.根据权利要求1所述的具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：该步骤d中该竹浆纤维素不织布的吸水率为300%~2000%。

14.根据权利要求1所述的具有除臭功能竹浆纤维素不织布的制法，其特征在于：该步骤d中凝固再生与水洗后的溶剂回收步骤包含：

1.脱色：系以活性碳悬浮方式吸付脱色，未脱色液加入0.05%~0.10%吸附性和悬浮性良好的活性碳粉末，用鼓风混合吸附复和静置悬浮吸附交替处理，其两者之处理时间比例为1:3至1:6，处理时间8小时以上即可完成脱色，

2.过滤：系采用二阶段过滤，其第一阶段粗滤用一般滤芯式过滤器以简化设备，但为避免活性碳逐渐累积在滤芯最外层而减缓过滤的速度，故助滤剂除预布于滤芯表面之外，亦在未滤液中加入0.03%~0.05%，使未滤液含有少量膨松助滤剂，则过滤速度大幅提高且可保持不减退，该助滤剂的组成以硅藻土：纤维素=4:1的比例效果最好，粗滤完成后将滤渣残液离心、脱水、回收，而脱水后的滤渣助滤剂仍具有助滤效果可再回收使用一次，其第二阶段精滤使用精密过滤器UF，精滤后滤液清净度与新鲜溶剂相同，

3.浓缩：本发明制程因水洗液回收时，其溶剂浓度由6.5%~8.0%需浓缩到50%~55%，每吨纤维约需浓缩除水90吨，浓缩负荷极大；当纤维产量较少时：系采用三效浓缩方式，其除水每吨约需蒸汽用量0.5吨；当纤维产量稍大时：则采用MVR浓缩方式，其除水每吨约需蒸汽0.003~0.03吨，该二种浓缩方式各适不同产量，但所产生的浓缩液和冷凝水都可全部回收；其中，浓缩液可供制程溶剂之用；冷凝水可供原丝水洗之用，

4.精制：系采用80℃低温氧化和中和还原，用35%H2O2为氧化剂、85% N2H4·H2O为中和还原剂，用电位滴定法测定氧化还原的结果，其NMM含量可降到10ppm以下，可提高NMMO纯度和减少损耗。

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