CN106978713A - 一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂及其制备和使用方法，用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂包括碱木质素和碳酸钠碱性物质、纤维素酶、果胶酶、α‑淀粉酶和碱性蛋白酶退浆酶、卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂、异丙醇和水，采用超声搅拌制备成微乳液，使用方法为：将粘胶基木质碳纤维浸渍于用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂中，充分润湿后，转移至超临界二氧化碳流体装置中，加热加压反应，取出，多次清洗，真空干燥，得到退浆的粘胶基木质碳纤维。本发明制备的退浆剂依据粘胶基木质碳纤维的特性制备，将微乳技术与超临界二氧化碳技术结合，达到温和高效退浆的目的，对碳纤维表面的活性基团和微结构损伤很少。

Description

一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂及其制备和使用方法
技术领域
本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂及其制备和使用方法。
背景技术
碳纤维属于高技术纤维产品，具有直径细、微孔结构发达，比表面积发达、吸附容量大、吸脱附速度快、孔径分布集中，对低浓度吸附质具有优良的吸附能力，在航空航天、环境、化工、食品、卫生、电子和电化学等灵谷有很好的发展前景。目前聚丙烯腈纤维、沥青纤维和粘胶纤维是目前生产碳纤维的主要原料，但是，聚丙烯腈纤维的原料是石油能源，沥青中含有致癌物质，因此，为了降低生产成本，保护石油资源，保护环境和人体安全，碳纤维的原料正在从化石资源向生物资源转变。
木材资源可再生，木材中含有丰富的纤维素和木质素，都是碳纤维的原料，以废弃的木材和木材加工剩余物作为碳纤维的前驱体材料，通过化学分离法，提取纤维素或者木质素，在将其配成溶液或者熔融后纺丝形成粘胶纤维，再经过热处理后炭化形成粘胶基木质碳纤维。而经预氧化、高温炭化得到的碳纤维表面呈现惰性，需要经表面处理引入含氧官能团来改善纤维表面的活性，而上浆工艺的目的在于在有效减少因丝束摩擦产生的毛丝的同时，起到保护含氧官能团的作用，但是上浆剂的性能多较为单一，不能与多种复合材料进行良好匹配，因此需要进行退浆处理，防止上浆剂的存在对碳纤维的应用造成影响。
目前碳纤维的退浆主要有热分解法、抽提法、溶解法等，其中热分解法是利用高温使浆料热解，但是高温也会使含氧基团如羧基翻身热裂解，造成含氧官能团的损伤，目前使用的非高温处理的溶剂有水、碱溶液、丙酮、二氯甲烷和硫酸等。中国专利CN 105951239A公开的一种碳纤维包芯纱织物的生产方法，该方法中对碳纤维包芯纱织物的退浆工艺中采用40-50℃的热水煮练，放置8-10h将浆料退去。但是目前基于碳纤维退浆方面的研究较少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种退浆剂包括碱木质素和碳酸钠碱性物质、纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶退浆酶、卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂、异丙醇和水，将化学试剂与生物试剂相结合，并依据粘胶基木质碳纤维的特性制备，将微乳技术与超临界二氧化碳技术结合，达到温和高效退浆的目的，对碳纤维表面的活性基团和微结构损伤很少。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂，其特征在于，所述用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂中包括碱性物质、退浆酶、表面活性剂、多元醇和水，所述碱性物质为碱木质素和碳酸钠，所述退浆酶为纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶，所述表面活性剂为卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵，所述多元醇为异丙醇，所述用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂为微乳液。
作为上述技术方案的优选，所述用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的组分，按重量份计，包括碱性物质10-20份、退浆酶8-12份、表面活性剂5-10份、多元醇15-25份和水60-80份。
作为上述技术方案的优选，所述碱性物质中碱木质素和碳酸钠的质量比为1:2-4。
作为上述技术方案的优选，所述退浆酶中纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的质量比为1:1:1:1。
作为上述技术方案的优选，所述表面活性剂中卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:0.3-0.5:0.7-0.9。
本发明还提供一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将异丙醇和水混合均匀，加入卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵，再将纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的混合物加入其中，充分搅拌至澄清，再加入碱木质素和碳酸钠，充分混合后，超声搅拌形成用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂。
作为上述技术方案的优选，所述超声搅拌的功率为200-300W，时间为10-30min。
本发明还提供一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
将粘胶基木质碳纤维浸渍于用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂中，充分润湿后，转移至超临界二氧化碳流体装置中，加热加压反应，取出，多次清洗，真空干燥，得到退浆的粘胶基木质碳纤维。
作为上述技术方案的优选，所述加热加压反应的温度为40-60℃，压力为5-20MPa，时间为1-4h。
作为上述技术方案的优选，所述真空干燥的温度为60-70℃，时间为12h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的退浆剂中含有碱性物质、生物退浆酶和表面活性剂，针对粘胶基木质碳纤维表面的几纳米厚的环氧树脂体系上浆剂，生物退浆酶在微碱性环境下活性高，可去除环氧树脂，且表面活性剂更有利于微乳液退浆剂渗透入粘胶基木质碳纤维的表面，提高退浆的完整性，且对粘胶基木质碳纤维的表面损伤小，表面沟槽结构清晰可见，表面光洁无杂质，浆料完全去除，而且处理温度低，不会对粘胶基木质碳纤维表面的活性基团造成损失。
(2)本发明采用充分浸渍后的粘胶基木质碳纤维经超临界二氧化碳处理，退浆反应温和，对粘胶基木质碳纤维的损伤小，避免使用大量水、热和高浓度碱溶液，降低了处理成本，提高了退浆效率，避免出现大量废水，绿色安全环保。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
将异丙醇和水混合均匀，加入卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵，再将纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的混合物加入其中，充分搅拌至澄清，再加入碱木质素和碳酸钠，充分混合后，在200W超声搅拌10min，形成用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂，其中，用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的组分，按重量份计，包括碱性物质10份、退浆酶8份、表面活性剂5份、多元醇15份和水60份，碱性物质中碱木质素和碳酸钠的质量比为1:2，所述退浆酶中纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的质量比为1:1:1:1，表面活性剂中卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:0.3:0.7。
将粘胶基木质碳纤维浸渍于用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂中，充分润湿后，转移至超临界二氧化碳流体装置中，在40℃和5MPa条件下，加热加压反应1h，取出，多次清洗，在60℃下真空干燥12h，得到退浆的粘胶基木质碳纤维。
实施例2：
将异丙醇和水混合均匀，加入卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵，再将纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的混合物加入其中，充分搅拌至澄清，再加入碱木质素和碳酸钠，充分混合后，在300W超声搅拌30min，形成用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂，其中，用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的组分，按重量份计，包括碱性物质20份、退浆酶12份、表面活性剂10份、多元醇25份和水80份，碱性物质中碱木质素和碳酸钠的质量比为1:4，所述退浆酶中纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的质量比为1:1:1:1，表面活性剂中卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:0.5:0.9。
将粘胶基木质碳纤维浸渍于用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂中，充分润湿后，转移至超临界二氧化碳流体装置中，在60℃和20MPa条件下，加热加压反应1-4h，取出，多次清洗，在70℃下真空干燥12h，得到退浆的粘胶基木质碳纤维。
实施例3：
将异丙醇和水混合均匀，加入卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵，再将纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的混合物加入其中，充分搅拌至澄清，再加入碱木质素和碳酸钠，充分混合后，在250W超声搅拌20min，形成用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂，其中，用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的组分，按重量份计，包括碱性物质15份、退浆酶9份、表面活性剂7份、多元醇19份和水75份，碱性物质中碱木质素和碳酸钠的质量比为1:3，所述退浆酶中纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的质量比为1:1:1:1，表面活性剂中卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:0.4:0.8。
将粘胶基木质碳纤维浸渍于用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂中，充分润湿后，转移至超临界二氧化碳流体装置中，在45℃和10MPa条件下，加热加压反应3h，取出，多次清洗，在64℃下真空干燥12h，得到退浆的粘胶基木质碳纤维。
实施例4：
将异丙醇和水混合均匀，加入卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵，再将纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的混合物加入其中，充分搅拌至澄清，再加入碱木质素和碳酸钠，充分混合后，在210W超声搅拌15min，形成用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂，其中，用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的组分，按重量份计，包括碱性物质13份、退浆酶10份、表面活性剂6份、多元醇21份和水75份，碱性物质中碱木质素和碳酸钠的质量比为1:4，所述退浆酶中纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的质量比为1:1:1:1，表面活性剂中卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:0.5:0.7。
将粘胶基木质碳纤维浸渍于用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂中，充分润湿后，转移至超临界二氧化碳流体装置中，在55℃和10MPa条件下，加热加压反应3h，取出，多次清洗，在65℃下真空干燥12h，得到退浆的粘胶基木质碳纤维。
实施例5：
将异丙醇和水混合均匀，加入卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵，再将纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的混合物加入其中，充分搅拌至澄清，再加入碱木质素和碳酸钠，充分混合后，在280W超声搅拌15min，形成用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂，其中，用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的组分，按重量份计，包括碱性物质14份、退浆酶11份、表面活性剂7份、多元醇21份和水75份，碱性物质中碱木质素和碳酸钠的质量比为1:2.5，所述退浆酶中纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的质量比为1:1:1:1，表面活性剂中卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:0.5:0.6。
将粘胶基木质碳纤维浸渍于用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂中，充分润湿后，转移至超临界二氧化碳流体装置中，在45℃和8MPa条件下，加热加压反应2h，取出，多次清洗，在70℃下真空干燥12h，得到退浆的粘胶基木质碳纤维。
实施例6：
将异丙醇和水混合均匀，加入卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵，再将纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的混合物加入其中，充分搅拌至澄清，再加入碱木质素和碳酸钠，充分混合后，在300W超声搅拌25min，形成用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂，其中，用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的组分，按重量份计，包括碱性物质20份、退浆酶8份、表面活性剂10份、多元醇15份和水80份，碱性物质中碱木质素和碳酸钠的质量比为1:4，所述退浆酶中纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的质量比为1:1:1:1，表面活性剂中卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:0.4:0.8。
将粘胶基木质碳纤维浸渍于用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂中，充分润湿后，转移至超临界二氧化碳流体装置中，在60℃和5MPa条件下，加热加压反应4h，取出，多次清洗，在70℃下真空干燥12h，得到退浆的粘胶基木质碳纤维。
对比例：
将粘胶基木质碳纤维浸渍于水中在60℃条件下反应4h，取出，多次清洗，在70℃下真空干燥12h，得到退浆的粘胶基木质碳纤维。
经检测，实施例1-6以及对比例制备的退浆的粘胶基木质碳纤维的元素含量、接触角和表面形态的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的退降剂退浆后粘胶基木质碳纤维中的C和N元素明显增加，碳纤维表面沟槽结构清晰可见，表面光洁无杂质，浆料完全除去。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂，其特征在于：所述用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂中包括碱性物质、退浆酶、表面活性剂、多元醇和水，所述碱性物质为碱木质素和碳酸钠，所述退浆酶为纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶，所述表面活性剂为卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵，所述多元醇为异丙醇，所述用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂为微乳液。
2.根据权利要求1所述的一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂，其特征在于：所述用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的组分，按重量份计，包括碱性物质10-20份、退浆酶8-12份、表面活性剂5-10份、多元醇15-25份和水60-80份。
3.根据权利要求1所述的一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂，其特征在于：所述碱性物质中碱木质素和碳酸钠的质量比为1:2-4。
4.根据权利要求1所述的一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂，其特征在于：所述退浆酶中纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的质量比为1:1:1:1。
5.根据权利要求1所述的一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂，其特征在于：所述表面活性剂中卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1:0.3-0.5:0.7-0.9。
6.一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将异丙醇和水混合均匀，加入卵磷脂、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵，再将纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶和碱性蛋白酶的混合物加入其中，充分搅拌至澄清，再加入碱木质素和碳酸钠，充分混合后，超声搅拌形成用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂。
7.根据权利要求6所述的一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的制备方法，其特征在于：所述超声搅拌的功率为200-300W，时间为10-30min。
8.一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
将粘胶基木质碳纤维浸渍于用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂中，充分润湿后，转移至超临界二氧化碳流体装置中，加热加压反应，取出，多次清洗，真空干燥，得到退浆的粘胶基木质碳纤维。
9.根据权利要求8所述的一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的使用方法，其特征在于：所述加热加压反应的温度为40-60℃，压力为5-20MP a，时间为1-4h。
10.根据权利要求8所述的一种用于粘胶基木质碳纤维的退浆剂的使用方法，其特征在于：所述真空干燥的温度为60-70℃，时间为12h。
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