CN106400190A - 一种生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法，以生物质纤维素纤维以及高聚物为原料，采用熔融混合的方式将纤维素纤维嵌入高聚物中，纺制复合纤维材料，采用碱氧法、酸碱联合处理或者酶处理的脱胶方式处理天然生物质材料，得到单根分散的生物质纤维素纤维，烘燥纤维素纤维以及高聚物至恒重，纤维与高聚物混合，纺丝，得到嵌段式生物质纤维/高聚物复合纤维材料。制备出的生物质纤维素/高聚物复合纤维，兼具纤维素纤维良好的吸湿性能、舒适性能以及高聚物良好的机械性能。嵌入的生物质材料能在自然环境中快速降解，使高聚物快速转变为粉末状态，加速高聚物的降解，保护环境。

Description

一种生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及纤维材料制造领域，具体涉及一种生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法。
背景技术
资源和环境问题是人类在21世纪面临的最主要的挑战。随着世界人口迅速增长，全球对纤维的需求日益增加，联合国预测2050年全球纺织纤维使用量将达到2.53亿吨。目前，年产量巨大的合成纤维是以石油为原料制备得到的，能源的过度消耗使石油资源日渐枯竭。联合国预测,到2050年全球的石油资源将全面枯竭。2015年，全国化纤的产量为5000万吨。这些无法降解的聚合物，一方面消耗着日益紧缺的石油资源，一方面成为污染源，破坏生态环境。“十三五”期间，中国化纤产量的年均增速目标将由“十二五”期间的9.2％调整为3.6％。开发利用新型生物质纤维，逐渐取代以石油为原料生产的化纤，是时代对我们的要求。
生物资源是可再生性资源，地球上每年光合作用的产物高达1.5×1011-2.0×1011t，其中90％以上为木质纤维素类物质，是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。中国拥有着极其丰富的农副产品和野生植物资源，其中农业植物生物质资源每年就能达到大约11000万吨。目前，这部分资源尚未得到充分的开发利用，主要用于燃料，畜牧饲料与堆肥，不仅利用率低，还对土壤、水体以及大气造成一定的污染。
除棉、麻等少数生物质纤维被用于纺制纱线外，绝大多数的生物质纤维由于纤维直径的离散性大，单根纤维的长度短无法满足纺纱对材料的要求。人类从未停止过对于新型纤维素纤维的探索，对桑皮纤维、莲丝纤维、丝瓜纤维、柳絮纤维以及木棉纤维等都进行了一定的研究。然而几乎所有的研究结果均表明，这些新型纤维的单纤维长度甚至不足1cm，与传统纺纱对于纤维长度的最低需求都有较大的差距。寻找生物质纤维素纤维纺丝的新方法，突破短纤维无法纺纱的瓶颈，能大大减少对生物质纤维这类绿色纯天然资源的浪费，缓解环境污染，满足人们对于纤维素纤维日益增长的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的发明目的在于提供一种生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法，用于提供一种方法，解决现有技术中可利用的棕榈生物质纤维较少，造成原材料浪费的问题；一定程度上解决高聚物纺制的化纤不易降解造成环境污染的缺陷；提供一种新的纱线纺制的模式，为纺织品的多样性提供新型原料。
为实现上述发明目的，本发明提供以下的技术方案：一种生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)使用酸处理、碱处理、酸碱联合处理以及生物酶处理生物质纤维原料，得到单根生物质纤维；
(2)单根生物质纤维和聚合物在105-135℃环境中烘燥至恒重；
(3)将干燥的生物质纤维与聚合物混合均匀；
(4)将混有单根生物质纤维的聚合物投入熔融纺丝机中，在220-℃260℃的温度下纺丝。
优选的，步骤(1)中，采用高速离心机或超高速离心机或搅拌机处理脱胶后的纤维，使所述纤维分散成单根生物质纤维。
优选的，步骤(3)中，所述生物质纤维的比重小于10％时，所述生物质纤维与所述聚合物通过螺杆挤出混合，所述生物质纤维的比重大于10％时，所述生物质纤维与所述聚合物通过双滚混料的方式进行混合。
优选的，步骤(3)中，所述生物质纤维的比重为5％-60％。
优选的，步骤(4)中，所述复合纤维材料的纺制速度为1000-3000m/min。
优选的，步骤(4)中，所述复合纤维材料的牵伸倍数为2-5倍。
优选的，步骤(4)中，所述单根生物质纤维和所述聚合物投入造粒机中，制备成母粒，再将所述母粒投入熔融纺丝机中。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明公开的生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法，混合以及纺丝的过程对纤维破坏小，对于有空腔的生物质纤维能保有其中空结构，不破坏其完整结构，制备出的生物质纤维素/高聚物复合纤维，兼具纤维素纤维良好的热湿舒适性能、生物降解性能和高聚物良好的机械性能。可以通过机织或者针织的方式加工处理 制备新型生物质纤维素/高聚物复合面料，兼具纤维素纤维良好的热湿舒适性能以及高聚物良好的机械性能。嵌入的生物质材料能在自然环境中快速降解，使高聚物快速转变为粉末状态，加速高聚物的降解，保护环境，是一种新型的绿色环保功能性材料。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
一种棕榈/聚丙烯(PP)复合纤维的制备方法：
以生物质纤维中的一种棕榈纤维为原料制备生物质纤维素/高聚物复合纤维。
第一步，将棕榈纤维在流水下洗净，除去表面粘附的未脱落的薄壁细胞，自然晾干；
第二步，将棕榈纤维切断成短纤维，将质量分数为2.4％的氢氧化钠以及质量分数为3.1％的双氧水溶解在水中，按浴比1:30投入棕榈纤维，在70℃的条件下处理5h左右，直至纤维变成白色漂浮在溶液上；将制得的原纤用150目的滤网过滤，反复洗涤直至中性，采用60℃烘燥，制得棕榈纤维中空原纤；
第三步，将200g棕榈原纤与300g聚丙烯在双滚混料机中均匀混合，混合温度为150℃；
第四步，将500g混合材料放入纺丝机中纺制纱线，速度3000m/min，牵伸倍数2倍。
采用以上方法制成的棕榈/PP复合纤维材料，有一定的吸湿性，公定回潮率为6％。
实施例二
一种棕榈/聚酯(PET)复合纤维的制备方法：
第一步，将棕榈纤维在流水下洗净，除去表面粘附的未脱落的薄壁细胞，自然晾干；
第二步，将棕榈纤维切断成短纤维，乙酸浓度为120mL/L、H2O2浓度为120mL/L、浴比为1:125、反应温度为90℃、反应时间为6h，直至纤维变成白色 漂浮在溶液上；将制得的原纤用150目的滤网过滤，反复洗涤直至中性，采用60℃烘燥，制得棕榈纤维中空原纤；
第三步，将200g棕榈原纤与300g聚酯切片在双滚混料机中均匀混合，混合温度为220℃；
第四步，将500g混合材料放入纺丝机中纺制纱线，速度3000m/min，牵伸倍数2倍。
采用以上方法制成的棕榈/PET复合纤维，棕榈单根纤维均匀的分布在PET中，生物质纤维仍保有其天然纤维的外观形貌以及中空结构。有一定的吸湿性，公定回潮率为6.2％，有一定的吸声性能。
实施例三
一种竹浆/PP复合纤维的制备方法：
第一步，将竹材在流水下洗净，除去表面粘附的灰尘等杂质，自然晾干；
第二步，将竹材切断成长度小于1cm、厚度小于0.3mm的小片，将质量分数为2.4％的氢氧化钠以及质量分数为3.1％的双氧水溶解在水中，按浴比1:30投入竹材，在70℃的条件下处理10h左右，直至纤维变成白色漂浮在溶液上；将制得的原纤用150目的滤网过滤，反复洗涤直至中性，采用60℃烘燥，制得竹浆纤维；
第三步，将200g棕榈原纤与300g聚丙烯切片在双滚混料机中均匀混合，混合温度为160℃；
第四步，将500g混合材料放入纺丝机中纺制纱线，速度3000m/min，牵伸倍数2倍。
采用以上方法制成的竹浆/PP复合纤维具有较好的舒适性能和吸湿性能，有一定的抑菌性能，竹浆纤维在聚丙烯中均匀分布。
综上所述，本发明提供了一种生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法，得到嵌段式生物质纤维/高聚物复合纤维材料。制备出的生物质纤维素/高聚物复合纤维，兼具纤维素纤维良好的吸湿性能、舒适性能以及高聚物良好的机械性能。嵌入的生物质材料能在自然环境中快速降解，使高聚物快速转变为粉末状态，加速高聚物的降解，保护环境。将生物质纤维与高聚物有效的结合，纺制出一种新型的纱线，对生物质纤维的利用开拓了一条崭新的道路。
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)使用酸处理、碱处理、酸碱联合处理以及生物酶处理生物质纤维原料，得到单根生物质纤维；
(2)单根生物质纤维和聚合物在105-135℃环境中烘燥至恒重；
(3)将干燥的生物质纤维与聚合物混合均匀；
(4)将混有单根生物质纤维的聚合物投入熔融纺丝机中，在220℃-260℃的温度下纺丝。
2.根据权利要求1所述的生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，采用高速离心机或超高速离心机或搅拌机处理脱胶后的纤维，使所述纤维分散成单根生物质纤维。
3.根据权利要求1所述的生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述生物质纤维的比重小于10％时，所述生物质纤维与所述聚合物通过螺杆挤出混合，所述生物质纤维的比重大于10％时，所述生物质纤维与所述聚合物通过双滚混料的方式进行混合。
4.根据权利要求1所述的生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述生物质纤维的比重为5％～60％。
5.根据权利要求1所述的生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述复合纤维材料的纺制速度为1000～3000m/min。
6.根据权利要求1所述的生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述复合纤维材料的牵伸倍数为2～5倍。
7.根据权利要求1所述的生物质纤维素/高聚物复合纤维的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述单根生物质纤维和所述聚合物投入造粒机中，制备成母粒，再将所述母粒投入熔融纺丝机中。
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