CN104141256A - 一种具有高抑菌活性的本色竹纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高抑菌活性的本色竹纤维，该材料的打浆度为16～25°SR，裂断长为4～6km，耐折次数为65～80次，白度为22～25%ISO，高锰酸钾值为80～100，抑菌率≥90%。该本色竹纤维的制备方法包括：S1.备料：将竹类植物原料湿法备料成竹片；S2.蒸煮：将竹片加入氢氧化钾溶液，通蒸汽加热升温至温度为110～125℃时保温50～60分钟，得到竹纤维材料；S3.抗菌处理：将经蒸煮的竹纤维材料磨浆后加入高分子壳聚糖。本发明的竹纤维具有较长的纤维长度、高柔韧性、较好的吸水性、保水性，且质地柔软、蓬松、抗菌性强、保持了竹纤维100%的天然本色，显著提高了下游产品的质量；制备方法具有操作简单、生产方便、成本低、绿色环保的特性。

Description

一种具有高抑菌活性的本色竹纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有高抑菌活性的本色竹纤维及其制备方法。

背景技术

由于目前世界范围的木材资源的短缺日益加重，在不破坏森林和环境的情况下生产纸浆和造纸成为各造纸企业追求的目标。作为解决这一问题的方案，利用一年或两年生植物如：农田废物、竹子、制糖后废弃的甘蔗秆、稻麦草等作为主要材料而由非木材植物纤维制造纸浆的技术一直受到关注。

卫生用品主要用于妇女、儿童、老人、病人以及一次性医疗卫生用品，因此，对卫生的要求较高。但现有卫生用品制备过程中均存在以下问题：

（1） 现有卫生用品的制备原料多使用漂白浆，部分原料还添加了增白剂及显色剂，但是，由于漂白过程将产生对环境有害的化学物质，在氯漂过程中除了产生三氯甲烷外，废液中还含有40多种有机氯化物，其中以各种氯代酚为最多，如二氯代酚、三氯代酚，还产生二噁英和呋喃产物，有10多种是剧毒的。因此，被漂白纤维上都会残留污染致癌物质，危害生态和人体健康；

（2） 现有技术在制浆过程中多采用化学制浆法，如中国专利2007101296351公开了一种以禾草植物为原料制备的高硬度浆及其制备方法，其以禾草植物为原料，采用亚硫酸氨法、蒽醌-烧碱法、硫酸盐和亚硫酸钾法制备高硬度浆；中国专利200510108294.0公开了一种利用竹子生产纤维素纸浆的方法及其纸浆，其采用的是蒽醌-烧碱法制备竹纤维纸浆，减少药品和能源的消耗，漂白过程中尽可能减少所产生的二氧芑等有害物；在预水解过程中所生产的半纤维素能生产木糖。由于在蒸煮中使用了硫化物，产品中会残存硫化物，也不利用消费者的健康。

    因此，急需开发一种取材容易、抗菌性高、健康环保的植物纤维作为卫生用品的原料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种具有高抑菌活性的本色竹纤维，该竹纤维具有较长的纤维长度、高柔韧性、较好的吸水性、保水性，且质地柔软、蓬松、抗菌性强、保持了竹纤维100%的天然本色，显著提高了下游产品的质量；

本发明的另一目的在于提供该本色竹纤维的制备方法，该方法具有操作简单、生产方便、成本低、绿色环保的特性。

    本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种具有高抑菌活性的本色竹纤维，该材料的打浆度为16～25°SR，裂断长为4～6km，耐折次数为65～80次，白度为22～25%ISO，高锰酸钾值为80～100，抑菌率≥90%。

 进一步地，所述本色竹纤维对大肠杆菌的抑菌率≥92%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率≥99%。

上述具有高抑菌活性的本色竹纤维的制备方法，它包括以下步骤：

    S1. 备料：将竹类植物原料湿法备料成竹片；

    S2. 蒸煮：将竹片加入对绝干原料量8～12%的氢氧化钾溶液，其料液比为1:3～4；通入蒸汽进行加热，加热升温至温度为110～125℃时保温50～60分钟，得到竹纤维材料；

    S3. 抗菌处理：将经蒸煮的竹纤维材料进行磨浆处理，向浆料中加入高分子壳聚糖，其加入量为绝干浆料量的0.01～0.015%。

    进一步地，所述竹类植物原料为毛竹、黄竹、慈竹、水竹、白夹竹、西风竹中的一种或多种的组合。

    进一步地，所述蒸煮步骤前还包括对竹类植物原料进行浸渍的过程，浸渍处理采用的方式为：将浸渍液浸渍竹类植物原料，使料液比达到1:3～4，在常压下于85℃以上于螺旋浸渍器中保温和混合50分钟以上。

    进一步地，所述的浸渍液为碱溶液或碱溶液与黑液的混合液，所述碱溶液为对绝干原料量8～12%的氢氧化钾溶液，所述黑液的浓度为8～10°Bé。

    进一步地，步骤S2中，在加热升温时将所述的竹片放在蒸煮器中，所述蒸煮器为蒸球、立式蒸煮锅或连续蒸煮器。

进一步地，所述高分子壳聚糖的相对分子量为200～300万。

所述的蒸煮方法所用的蒸煮药液少，不含硫化物，蒸煮和保温的时间短，是一种既经济又环保的蒸煮方法。

蒸煮过程是制浆的关键步骤，由于木材与竹材原料的组织结构、微观结构、化学组成以及木素分子结构等均有差异，因此，在蒸煮过程中脱木素反应历程也有很大的差别。对于竹类原料烧碱法蒸煮脱木素反应历程，包括升温和保温两段。

蒸煮的过程一般包括三个过程：1、蒸煮液向原料内部渗透的过程。2、碱液与原料起化学反应的过程；3、反应物从原料中溶出的过程。此三过程既分阶段，又几乎同时交叉进行，根据不同材料的需要，适当的除去原料中的木素和杂质，使纤维之间的结合力下降，促使纤维离解成浆。因此，蒸煮的目的在于利用蒸煮液的作用，适当地除去原料中的木素，尽可能保留纤维素和半纤维素以利于造纸。在蒸煮过程中，由于高温蒸煮以及化学蒸煮药液的作用，原料中的木素、纤维素和半纤维素以及其他成分均会发生一定的化学变化，受到不同程度的降解和损伤。

针对竹类植物纤维这种特殊的制浆原料，本发明的方法中，对化学蒸煮药液进行了严格的控制，将其浓度降低，减少对制浆所需要成分如纤维素、半纤维素、木素的降解和损伤。同时，在低温蒸煮的过程中，本发明的方法中尽可能降低蒸煮温度的方法，使得竹类植物处于高温的时间缩短，因而减少了竹类植物原料中各组分的降解。因此，本发明的方法中最大限度的保护了竹类植物原料中制浆所需的成分，同时大大缩短了保温时间，大大降低了能耗。

本发明采用的钾法工艺就是利用碱液的作用，适当的除去原料中的木素，尽可能保留纤维素和半纤维素以利于造纸。实际上在蒸煮过程中由于高温强碱的作用，原料中的木素、纤维素、半纤维素以及其他成分均会发生一定的化学变化，受到不同程度的降解和损伤，因此必须研究原料在蒸煮过程竹的变化规律，制定适宜的蒸煮条件。本发明的钾法工艺中，通过对蒸煮液的选择、用量和浓度、蒸煮及保温时间的长短、蒸煮温度的高低进行系统的研究，在尽可能的减少纤维素和半纤维素损害及尽可能保留适当的木素条件下进行蒸煮，从而达到既减少生产成本，节约能源，又能提高制浆得率的目的。

所述的步骤S2中，在向竹类植物原料中加入氢氧化钾溶液之前，还包括对竹类植物原料进行浸渍的过程，浸渍处理采用的方式为：将浸渍液浸渍竹类植物原料，使料液比达到1:3～4，在常压下于85℃以上于螺旋浸渍器中保温和混合50分钟以上，其中在85～95℃之间保温混合50～80分钟，优选60分钟为好。这样使浸渍液与原料充分接触，使原料的浸渍均匀完全。所述浸渍液为一定浓度的碱溶液，如对绝干原料量为8～12%的氢氧化钾溶液，优选为10%的氢氧化钾溶液，也可以是碱与黑液的混合液，所用黑液的浓度为8～10°Bé（20℃）。

对原料进行了浸渍预处理，利用了作为废料的黑液，使黑液得到了循环利用，减少了环境对黑液处理的压力，由于对原料浸渍预处理，使得在加热处理时所脱出的杂细胞、半纤维素、木素为主的黑液分离排除，为下一步的蒸煮过程作准备。

在对原料进行浸渍之前，可以采用现有技术对原料进行初步处理，即采用常规的湿法备料，以除去沙、石等杂质，这样可以减轻后续工艺的压力，并提高竹纤维材料的质量。湿法备料可以采用现有常规设备，如切竹机、筛选机、除尘机等。经过备料后的竹类植物原料的长度在20～30mm，原料的备料工艺为本领域技术人员公知技术。经过备料后的去除水分的竹子原料为精料，扣除竹子的水分为绝干原料。

对常用的竹类植物原料的化学组成进行分析，发现总纤维素重量百分含量为：74.52%，总木素重量百分含量为25.08%，聚戊糖重量百分含量为20.67%，笨-醇抽出物重量百分含量为27.25%。

本发明的具有高抑菌活性的本色竹纤维用来制备包装材料、生活用纸、烟草添加材料、妇婴用品。

本发明具有以下优点：

1. 本发明方法在蒸煮步骤利用低碱、无硫生产工艺，在生产过程中将无二氧化硫、二噁英等有害物质的产生，生产出不含二氧化硫、二噁英等有害物质的高性能生物质竹纤维新材料，可以杜绝生产过程中臭气的产生及减少COD排放量达70%以上。现有技术中蒽醌的加入可以减少蒸煮时间，保护纤维素及半纤维素，但是会加深脱木素，而本发明要求尽量保留一定量的木素，故蒽醌的加入不适合本发明所要达到的技术效果。

2. 本发明方法在生产过程中竹浆未经过漂白，因此具有原材料消耗低、产率高、成本低、污染小的优点，避免了竹浆在漂白过程中造成对纤维带来的损伤，故具有较长的纤维长度、高柔韧性、较好的吸水性、保水性，且质地柔软、蓬松，显著提高了下游产品的质量；且杜绝了因漂白产生的废气、废液对环境的污染，因此，发明方法具有生态环保的特性

3. 本发明方法在生产过程中竹浆未经过漂白，避免了漂白过程中所使用的化学品对人体可能的伤害，以及所制备的具有高抑菌活性的本色竹浆产品中不含有二嗯英和可吸附有机卤化物等致癌物质，保持竹纤维100%的天然本色。

4. 本发明方法在生产过程中添加了高分子壳聚糖作为抑菌剂，因此，采用本发明方法的本色竹浆制造的卫生用品更卫生、更环保，对人体的生理卫生和身心健康具有更好的保护性，试验证明，本发明的竹浆对金黄葡萄球菌的抑菌率≥99%，对大肠杆菌的抑菌率≥92%；

5. 本发明采用的原材料为竹类植物，大大代替了多年生木本植物，充分有效的利用了自然资源、节约了多年生木本植物资源，保护了生态环境。所用原材料价廉易得，可为国家节省大量木材和外汇，具有显著的社会经济效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例1：

    经过湿法备料后的竹片经过浸渍螺旋器，在浸渍螺旋器中与对绝干竹片量为8%的氢氧化钾溶液混合浸渍，料液比为1:4，在常压、85℃下于螺旋浸渍器中保温和混合60分钟；然后送入连续蒸煮管，在竹类植物原料中加入对绝干原料量8%的氢氧化钾溶液，其料液比为1:4；通蒸汽加热至120℃，保持此温度条件；调节连续蒸煮管的运行速度，使竹片在连续蒸煮管中的停留时间为60分钟，得到竹纤维材料。连续蒸煮管中的竹片通过卸料阀进入高浓磨进行磨浆处理，产生的黑液进行循环使用。在配料池中加入分子量为200万的高分子壳聚糖，加入量为绝干浆量的0.01%。该本色竹纤维的打浆度为16°SR，裂断长为4km，耐折次数为65次，白度为22%ISO，高锰酸钾值为80，抑菌率≥90%，对大肠杆菌的抑菌率为92%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99%。

实施例2：

    经过湿法备料后的竹片经过浸渍螺旋器，在浸渍螺旋器中与对绝干竹片量为10%的氢氧化钾溶液混合浸渍，料液比为1:4，在常压、90℃下于螺旋浸渍器中保温和混合80分钟；然后送入连续蒸煮管，在竹类植物原料中加入对绝干原料量10%的氢氧化钾溶液，其料液比为1:4，通蒸汽加热至110℃，保持此温度条件；调节连续蒸煮管的运行速度，使竹片在连续蒸煮管中的停留时间为55分钟，得到竹纤维材料。连续蒸煮管中的竹片通过卸料阀进入高浓磨进行磨浆处理，产生的黑液进行循环使用。在配料池中加入分子量为300万的高分子壳聚糖，加入量为绝干浆量的0.011%。该本色竹纤维的打浆度为25°SR，裂断长为6km，耐折次数为80次，白度为25%ISO，高锰酸钾值为100，抑菌率≥90%，对大肠杆菌的抑菌率为95%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.52%。

实施例3：

    经过湿法备料后的竹片经过浸渍螺旋器，在浸渍螺旋器中与对绝干竹片量为12%,钾溶液混合浸渍，料液比为1:3，在常压、95℃下于螺旋浸渍器中保温和混合80分钟；然后送入连续蒸煮管，在竹类植物原料中加入对绝干原料量9%的氢氧化钾溶液，其料液比为1:3，通蒸汽加热至125℃，保持此温度条件；调节连续蒸煮管的运行速度，使竹片在连续蒸煮管中的停留时间为50分钟，得到竹纤维材料。连续蒸煮管中的竹片通过卸料阀进入高浓磨进行磨浆处理，产生的黑液进行循环使用。在配料池中加入分子量为240万的高分子壳聚糖，加入量为绝干浆量的0.012%。该本色竹纤维的打浆度为18°SR，裂断长为5km，耐折次数为70次，白度为23%ISO，高锰酸钾值为85，抑菌率≥90%，对大肠杆菌的抑菌率为96%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.82%。

实施例4：

    经过湿法备料后的竹片经过浸渍螺旋器，在浸渍螺旋器中与对绝干竹片量为8%的氢氧化钾溶液混合浸渍，料液比为1:4，在常压、95℃下于螺旋浸渍器中保温和混合50分钟；然后送入连续蒸煮管，在竹类植物原料中加入对绝干原料量9%的氢氧化钾溶液，其料液比为1:4，通蒸汽加热至125℃，保持此温度条件；调节连续蒸煮管的运行速度，使竹片在连续蒸煮管中的停留时间为60分钟，得到竹纤维材料。连续蒸煮管中的竹片通过卸料阀进入高浓磨进行磨浆处理，产生的黑液进行循环使用。在配料池中加入分子量为260万的高分子壳聚糖，加入量为绝干浆量的0.013%。该本色竹纤维的打浆度为20°SR，裂断长为6m，耐折次数为73次，白度为24%ISO，高锰酸钾值为92，抑菌率≥90%，对大肠杆菌的抑菌率为96%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.86%。

实施例5：

    经过湿法备料后的竹片经过浸渍螺旋器，在浸渍螺旋器中与对绝干竹片量为10%的氢氧化钾溶液混合浸渍，料液比为1:4，在常压、95℃下于螺旋浸渍器中保温和混合50分钟；然后送入连续蒸煮管，通蒸汽加热至125℃，保持此温度条件；调节连续蒸煮管的运行速度，使竹片在连续蒸煮管中的停留时间为60分钟。连续蒸煮管中的竹片通过卸料阀进入高浓磨进行磨浆处理，产生的黑液进行循环使用。在配料池中加入分子量为280万的高分子壳聚糖，加入量为绝干浆量的0.015%。该本色竹纤维的打浆度为23°SR，裂断长为5km，耐折次数为76次，白度为25%ISO，高锰酸钾值为95，抑菌率≥90%，对大肠杆菌的抑菌率为93%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.78%。 

Claims (8)

1.一种具有高抑菌活性的本色竹纤维，其特征在于，该材料的打浆度为16～25°SR，裂断长为4～6km，耐折次数为65～80次，白度为22～25%ISO，高锰酸钾值为80～100，抑菌率≥90%。

2.如权利要求1所述的一种具有高抑菌活性的本色竹纤维，其特征在于，所述本色竹纤维对大肠杆菌的抑菌率≥92%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率≥99%。

3.如权利要求1或2所述的一种具有高抑菌活性的本色竹纤维的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

    S1. 备料：将竹类植物原料湿法备料成竹片；

    S2. 蒸煮：将竹片加入对绝干原料量8～12%的氢氧化钾溶液，其料液比为1:3～4；通入蒸汽进行加热，加热升温至温度为110～125℃时保温50～60分钟，得到竹纤维材料；

    S3. 抗菌处理：将经蒸煮的竹纤维材料进行磨浆处理，向浆料中加入高分子壳聚糖，其加入量为绝干浆料量的0.01～0.015%。

4.如权利要求3所述的一种具有高抑菌活性的本色竹纤维的制备方法，其特征在于，所述竹类植物原料为毛竹、黄竹、慈竹、水竹、白夹竹、西风竹中的一种或多种的组合。

5.如权利要求3所述的一种具有高抑菌活性的本色竹纤维的制备方法，其特征在于，所述蒸煮步骤前还包括对竹类植物原料进行浸渍的过程，浸渍处理采用的方式为：将浸渍液浸渍竹类植物原料，使料液比达到1:3～4，在常压下于85℃以上于螺旋浸渍器中保温和混合50分钟以上。

6.如权利要求5所述的一种具有高抑菌活性的本色竹纤维的制备方法，其特征在于，所述的浸渍液为碱溶液或碱溶液与黑液的混合液，所述碱溶液为对绝干原料量8～12%的氢氧化钾溶液，所述黑液在20℃温度下的浓度为8～10°Bé。

7.如权利要求3所述的一种具有高抑菌活性的本色竹纤维的制备方法，其特征在于，步骤S2中，在加热升温时将所述的竹片放在蒸煮器中，所述蒸煮器为蒸球、立式蒸煮锅或连续蒸煮器。

8.如权利要求3所述的一种具有高抑菌活性的本色竹纤维的制备方法，其特征在于，所述高分子壳聚糖的相对分子量为200～300万。