CN106894097A - 一种使用2,2,6,6‑四甲基哌啶‑1‑氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用2,2,6,6‑四甲基哌啶‑1‑氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,先将脱胶助剂与2,2,6,6‑四甲基哌啶‑1‑氧化物自由基氧化体系的试剂配成氧化脱胶液,加入原麻,在室温下浸泡;然后向脱胶液中加入乙醇终止氧化反应;再向脱胶液中加入氢氧化钠并加热,升至100℃后保温;最后取出脱胶液中的纤维,用还原剂处理,然后经上油、干燥,得到苎麻纤维。本发明采用TEMPO体系对苎麻进行氧化脱胶,达到缩短脱胶时间,降低脱胶能耗,降低脱胶废水COD值的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,属于纺织加工技术领域。
背景技术
苎麻是一种重要的纤维作物,俗称“中国草”,是一种中国特有的纺织材料,它对气候和土壤的适应性强,收获期短,具有很高的经济价值。苎麻纤维长,强力高,色泽洁白有丝光。在服用领域中,其织物有挺括、凉爽、吸湿散热快、穿着不贴身等特点,可以加工成精细或粗犷的面料。在产业用领域中,由于其具有耐腐蚀、绝缘和抗菌性,可以用作飞机翼布、渔网、高级纸张、火药、人造丝的原料。
苎麻的主要成分为纤维素,此外还含有半纤维素、果胶和木质素等非纤维素物质,纺织工业将这些非纤维素物质统称胶质。把纤维素从胶质中提取分离出来,即可得到苎麻单纤维,这一过程称为脱胶。目前,苎麻纤维生产企业所采用脱胶方法有传统化学脱胶和生物脱胶。传统化学脱胶需要高温煮练8小时才可完成,耗时长,耗能大;生物脱胶生产流程长,需要的设备复杂。与上述两种脱胶方法相比,用氧化剂进行氧化脱胶速度更快,能耗更小。研究者们采用碱性过氧化物体系进行苎麻脱胶,取得了良好的脱胶效果。本发明则采用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基(TEMPO)体系对苎麻进行氧化脱胶,进一步缩短了脱胶时间,降低脱胶能耗和脱胶废水COD值。
TEMPO是一种哌啶类氮氧自由基,具有弱氧化性。使用低浓度的TEMPO与共氧化剂或酶可组合成的TEMPO体系,可以在不对纤维素造成过多损伤的条件下,有效去除苎麻原麻中的胶质。这是因为TEMPO体系只选择性氧化纤维素分子中的伯醇基,而对仲醇基无作用,反应过程简单缓和,对纤维素造成的损伤小。
发明内容
本发明所要解决的是现有脱胶工艺耗时长,耗能大或生产流程长,需要的设备复杂的技术问题。
为了解决上述问题,本发明采用的技术方案是提供了一种使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1):将脱胶助剂与2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系的试剂配成氧化脱胶液,加入原麻,在室温下浸泡,期间使用氢氧化钠溶液和盐酸控制脱胶液的pH值;
步骤2):向脱胶液中加入乙醇终止氧化反应;
步骤3):向脱胶液中加入氢氧化钠并加热,升至100℃后保温;
步骤4):取出脱胶液中的纤维,用还原剂处理,然后经上油、干燥,得到苎麻纤维。
优选地,所述步骤1)中的脱胶助剂采用质量浓度为1%~2%的醌类纤维素保护剂、质量浓度为2%~4%的镁盐、质量浓度为2%~4%的多聚磷酸盐或质量浓度为1%~2%的金属离子螯合剂。
更优选地,所述醌类纤维素保护剂为蒽醌;所述镁盐为硫酸镁;所述多聚磷酸盐为三聚磷酸钠;所述金属离子螯合剂为HEDP。
优选地,所述步骤1)中2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系为TEMPO/NaBr/NaClO体系或TEMPO/漆酶体系。
更优选地,所述TEMPO/NaBr/NaClO体系内含有以质量百分比计的TEMPO0.040%~0.045%,NaBr 0.440%~0.445%,NaCIO 7%~10%;所述TEMPO/漆酶体系内含有以质量百分比计的TEMPO 0.040%~0.045%,漆酶2%~6%。
更优选地,所述TEMPO/NaBr/NaClO体系的pH值控制在10.0~11.0;TEMPO/漆酶体系的pH值控制在4.0~5.0。
优选地,所述步骤1)中浸泡时间为10min~15min。
优选地,所述步骤1)中氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/L~0.5mol/L;盐酸的浓度为0.1mol/L~0.5mol/L。
优选地,所述步骤2)中乙醇的用量为脱胶液体积的1%~2%。
优选地,上述步骤(3)中氢氧化钠的用量为2%~2.5%。
优选地,上述步骤(3)中,保温时间为60min~90min。
优选地,上述步骤(4)中,还原剂包括亚硫酸氢钠、保险粉、二氧化硫脲等,用量3%~5%。还原温度为60℃~80℃。还原时间为40min~60min。
本发明采用TEMPO体系对苎麻进行氧化脱胶,达到缩短脱胶时间,降低脱胶能耗,降低脱胶废水COD值的技术效果。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂,兹以优选实施例,作详细说明如下。
实施例1
一种使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法:
将8毫克TEMPO、88毫克溴化钠、0.2克蒽醌、0.3克三聚磷酸钠、0.4克三聚磷酸钠、20克原麻、20克11%的次氯酸钠,加入200mL水中配成氧化脱胶液,20℃下浸泡10分钟,期间用0.5mol/L的氢氧化钠溶液将脱胶液的pH值调节至10.5;加入2mL乙醇终止氧化反应;反应后加入0.4克氢氧化钠,升温至100℃保温60分钟;取出纤维用清水冲洗,把清洗后的纤维浸入200mL含1克亚硫酸氢钠的溶液中,80℃下保温60分钟;上油、干燥,得到苎麻纤维。
实施例2
一种使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法:
将16毫克TEMPO、176毫克溴化钠、0.5克蒽醌、0.65克三聚磷酸钠、0.8克三聚磷酸钠、40克原麻、35克12%的次氯酸钠,加入400mL水中配成氧化脱胶液,20℃下浸泡10分钟,期间用0.5mol/L的氢氧化钠溶液将脱胶液的pH值调节至10.5;加入2mL乙醇终止氧化反应;反应后加入0.75克氢氧化钠,升温至100℃保温70分钟;取出纤维用清水冲洗,把清洗后的纤维浸入400mL含2克保险粉的溶液中,80℃下保温60分钟;上油、干燥,得到苎麻纤维。
实施例3
一种使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法:
将16毫克TEMPO、176毫克溴化钠、0.5克蒽醌、0.65克三聚磷酸钠、0.8克三聚磷酸钠、40克原麻、35克12%的次氯酸钠,加入400mL水中配成氧化脱胶液,20℃下浸泡10分钟,期间用0.5mol/L的氢氧化钠溶液将脱胶液的pH值调节至11.0;加入2mL乙醇终止氧化反应;反应后加入0.75克氢氧化钠,升温至100℃保温60分钟;取出纤维用清水冲洗,把清洗后的纤维浸入400mL含2.5克二氧化硫脲的溶液中,80℃下保温60分钟;上油、干燥,得到苎麻纤维。
实施例4
一种使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法:
将16毫克TEMPO、0.5克蒽醌、0.65克三聚磷酸钠、0.8克三聚磷酸钠、40克原麻、1克漆酶,加入400mL水中配成氧化脱胶液,20℃下浸泡10分钟,期间用0.5mol/L的氢氧化钠溶液将脱胶液的pH值调节至11.0;加入2mL乙醇终止氧化反应;反应后加入0.75克氢氧化钠,升温至100℃保温60分钟;取出纤维用清水冲洗,把清洗后的纤维浸入400mL含2.5克二氧化硫脲的溶液中,80℃下保温60分钟;上油、干燥,得到苎麻纤维。
实施例1-4制得的纤维性能见表1。
表1纤维性能及脱胶效果测试结果
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
细度(dtex) | 6.1 | 6.5 | 6.12 | 6.8 |
断裂强度(cN/dtex) | 8.0 | 7.6 | 7.8 | 7.2 |
聚合度 | 2100 | 2000 | 2050 | 1980 |
制成率(%) | 80 | 73 | 80 | 78 |
脱胶废水COD值 | 14321 | 14213 | 14100 | 10001 |
总脱胶时间(min) | 70 | 80 | 70 | 70 |
80℃煮练时间(min) | 60 | 70 | 60 | 60 |
从表1可知,用TEMPO氧化体系制得的纤维强度、细度、制成率可以满足纺纱要求。
碱性过氧化物体系氧化脱胶所需要的时间为180min左右,100℃以上高温煮练时间为120mim左右。本发明提供的脱胶方法在缩短脱胶时间,节约能源上有很大的优势。
本发明方法脱胶废水的COD值为14000左右,低于过氧化物脱胶的废水COD值(20000左右)和传统脱胶的废水COD值(28000)左右。
Claims (12)
1.一种使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1):将脱胶助剂与2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系的试剂配成氧化脱胶液,加入原麻,在室温下浸泡,期间可用氢氧化钠溶液和盐酸控制脱胶液的pH值;
步骤2):向脱胶液中加入乙醇终止氧化反应;
步骤3):向脱胶液中加入氢氧化钠并加热,升至100℃后保温;
步骤4):取出脱胶液中的纤维,用还原剂处理,然后经上油、干燥,得到苎麻纤维。
2.如权利要求1所述的使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,所述步骤1)中的脱胶助剂采用质量浓度为1%~2%的醌类纤维素保护剂、质量浓度为2%~4%的镁盐、质量浓度为2%~4%的多聚磷酸盐或质量浓度为1%~2%的金属离子螯合剂。
3.如权利要求2所述的使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,所述醌类纤维素保护剂为蒽醌;所述镁盐为硫酸镁;所述多聚磷酸盐为三聚磷酸钠;所述金属离子螯合剂为HEDP。
4.如权利要求1所述的使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,所述步骤1)中2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系为TEMPO/NaBr/NaClO体系或TEMPO/漆酶体系。
5.如权利要求4所述的使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,所述TEMPO/NaBr/NaClO体系内含有以质量百分比计的TEMPO0.040%~0.045%,NaBr 0.440%~0.445%,NaClO 7%~10%;所述TEMPO/漆酶体系内含有以质量百分比计的TEMPO 0.040%~0.045%,漆酶2%~6%。
6.如权利要求4或5所述的使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,所述TEMPO/NaBr/NaClO体系的pH值控制在10.0~11.0;TEMPO/漆酶体系的pH值控制在4.0~5.0。
7.如权利要求1所述的使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,所述步骤1)中浸泡时间为10min~15min。
8.如权利要求1所述的使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,所述步骤1)中氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/L~0.5mol/L;盐酸的浓度为0.1mol/L~0.5mol/L。
9.如权利要求1所述的使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,所述步骤2)中乙醇的用量为脱胶液体积的1%~2%。
10.如权利要求1所述的使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,上述步骤(3)中氢氧化钠的用量为2%~2.5%。
11.如权利要求1所述的使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,上述步骤(3)中,保温时间为60min~90min。
12.如权利要求1所述的使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基氧化体系制备苎麻纤维的方法,其特征在于,上述步骤(4)中,还原剂包括亚硫酸氢钠、保险粉、二氧化硫脲等,用量3%~5%。还原温度为60℃~80℃。还原时间为40min~60min。
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