CN108166070B - 一种短竹原纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短竹原纤维及其制备方法，属于植物纤维生产技术领域，包括竹材切片、软化处理、撕裂处理、酶处理、化学处理、盘磨处理、预脱水、干燥。本发明为解决现有制备方法得率低、污染重、成本高的问题，主要是通过将螺旋挤压撕裂机代替传统的多辊碾压，将生物处理置于化学处理之前，减少化学药品种类和生物酶种类，将盘磨和对撞流干燥处理代替蒸汽干燥、开纤和多级梳理来实现。本发明的有益效果是短竹原纤维的得率高、成本低、制备过程污染轻。

Description

一种短竹原纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及一种竹原纤维的制备方法，尤其涉及一种短竹原纤维的制备方法，属于植物纤维生产技术领域。
背景技术
我国竹子资源丰富，面积大、种类多、分布广。根据加工工艺不同，竹纤维可以分为再生竹纤维(黏胶纤维)和天然竹纤维(也称为竹原纤维)。再生竹纤维是通过将竹材经过剧烈化学处理，尽可能去除竹材中木质素、半纤维素、果胶等非纤维素组分获得竹溶解浆，并进一步利用碱性二硫化碳对竹溶解浆进行溶解、纺丝等处理，最终得到的粘胶纤维，其竹材的原有性质已经改变。竹原纤维通常是采用机械、物理的方法，通过蒸煮、软化等多道工序，部分去除竹子中的木素、半纤维素和果胶等物质，提取出来的原生纤维，获得的纤维不含化学品，是一种真正意义的纯天然纤维。竹子具有抑菌性，竹原纤维的制备以机械和物理加工为主，辅以微弱的化学或生物处理，对竹子的抗菌物质影响很小，因此竹原纤维具有一定的抗菌性，并具有透气、防紫外线和除臭等功能。相对于再生竹纤维(黏胶纤维)，竹原纤维具有得率高的特点。其用途广泛，可用于制备纺织纤维、木塑复合材料、管道、汽车内衬、床上用品等多个领域。
传统的竹原纤维制备工艺流程包括竹材备料、一段高温高压化学处理、碾压、二段高温高压化学处理、生物处理、漂白柔软处理、干燥、开纤、梳理制得。在此工艺流程中，经过多级梳理处理后得到的竹原纤维中有长纤维和短纤维。通常短纤维可以用于复合材料的制备，长纤维用于制备纺织用纤维。多段碾压处理采用双辊，在碾碎的过程中竹子碎末较多，造成最终得率较低。生物处理放置于化学处理之后，尽管经过水洗，但由于水洗程度不能太强，以免造成纤维得率太低，因此会对后续的生物处理带来毒性问题，生物处理效果不佳或生物试剂用量较高，成本增加。此外，两段化学处理过程中化学药品种类较多，纤维制备过程废水污染程度较大。同时，多级梳理过程中也会造成纤维流失尤其是短纤维流失较多，因此最终得率较低，传统竹原纤维制备方法的纤维得率通常不高于40％。
专利CN106087075A公开一种可纺性好的竹原纤维的生产方法，步骤：首先将竹子截断竹节并剖成竹片，再将其进行蒸煮，结束后将竹片压碎成细丝，洗净；得到的细丝放入含有酶的溶液中，在一定酸性和一定温度下进行酶解，再进行水洗，以获得竹子中的纤维素纤维；得到的纤维素纤维进行烘干至水分含量在5wt％以下，再在高温高压下处理；得到的纤维素纤维依次通过第一脱胶液和第二脱胶液的处理，并在蒸锅中进行蒸煮，结束后取出水洗；得到的纤维经过抖麻、养生、烘干后即可。
上述方法制备的竹原纤维存在得率低、成本高、废水污染严重等问题，限制了竹原纤维的大规模生产和广泛应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种短竹原纤维的制备方法，解决现有制备方法得率低、污染重、成本高的问题。
本发明是这样实现的：
一种短竹原纤维的制备方法，包括竹材切片、软化处理、撕裂处理、酶处理、化学处理、盘磨处理、预脱水、干燥。
本发明具体包括如下步骤：
步骤1、切片：将去除竹青、竹节和竹黄的竹子进行切片。
步骤2、竹片软化处理：将步骤1得到的竹片置于高温(90-130℃)高压(1-3MPa)的条件下水浴蒸煮30-90分钟。
步骤3、竹片撕裂处理：将步骤2软化后的竹片用螺旋挤压撕裂机进行机械撕裂处理，获得膨松状的竹纤维束。
步骤4、酶处理：将步骤3得到的膨松状竹纤维束置于含有生物酶的溶液中处理。
步骤5、化学处理：将经过步骤4酶处理后的竹纤维束进行化学处理，进一步软化竹纤维，处理完毕进行水洗。
步骤6、盘磨处理：利用高浓盘磨机对步骤5化学处理后的竹纤维束进行1-3次机械处理。
步骤7、预脱水：将步骤6盘磨处理后的纤维利用甩干机进行预脱水；
步骤8、干燥：将步骤7得到的纤维利用对撞流干燥机进行干燥，即得短竹原纤维。
进一步地：
所述步骤1中切成的竹片长度3-5厘米，厚度2-3毫米。通过竹片规格的限定以及后续机械处理可以得到较为均匀的短纤维。
所述步骤2中竹片与水的比例为1kg竹片加入3升水。
所述的步骤3中采用的螺旋挤压撕裂机，其压缩比为4。
所述的步骤4中采用的生物酶为漆酶和碱性果胶酶，处理温度为40-60℃，pH 6-8，处理时间30-120分钟，漆酶用量为5-30IU/kg绝干纤维，碱性果胶酶用量为1-20IU/kg绝干纤维，处理的竹纤维束质量浓度5-15％。
所述的步骤5中化学处理采用碱性亚硫酸钠进行，温度为80-130℃，处理时间30-90分钟，NaOH用量为0.2-0.5％相对于绝干纤维质量，Na2SO3用量为0.3-0.5％相对于绝干纤维质量。处理的竹纤维束质量浓度15-25％。
所述步骤6中盘磨处理，处理的纤维质量浓度为5-20％，磨盘间隙1-3.0mm。
步骤7所述预脱水，处理至纤维质量浓度为25％-30％。
所述步骤8中对撞流干燥机的干燥条件为：气流温度70-120℃，纤维质量流量与气流质量流量之比为0.02-0.06。
本发明主要是通过将螺旋挤压撕裂机代替传统的多辊碾压，将生物处理置于化学处理之前，减少化学药品种类和生物酶种类，将盘磨和对撞流干燥处理代替蒸汽干燥、开纤和多级梳理来实现。更具体地，本发明采用螺旋撕裂处理可以得到更为疏松的竹纤维束，有利于后续生物酶和化学药品的浸透。将生物处理置于化学处理之前，避免了化学处理带来的毒性问题，提高生物处理的效果。将单段碱性亚硫酸盐处理代替传统的两段多种化学处理，由于纤维中木质素的磺化，使得竹原纤维变得亲水、柔软，在实现纤维软化的同时减少了化学药品的使用种类和用量。采用高浓盘磨机和对撞流干燥处理代替了传统的蒸汽干燥、开纤和梳理，对撞流干燥在实现纤维干燥的同时又能使纤维束或纤维完整分离，得率高，成本低。
本发明所得到的竹原纤维具有以下特点：纤维平均长度1-3厘米、直径不小于0.5毫米，得率不小于50％。另外，还具有废水污染轻、成本低的有益效果。
具体实施方式
实施例1
短竹原纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、切片：将去除竹青、竹节和竹黄的竹子进行切片，竹片长度3-5厘米，厚度2-3毫米。
步骤2、竹片软化处理：将竹片置于100℃、压力2MPa的蒸煮锅中进行热水预处理45分钟。木片与水的比例为1kg木片对应3升水。
步骤3、竹片撕裂处理：将软化后的竹片用压缩比为4的挤压撕裂机进行机械撕裂处理，获得膨松状的竹纤维束。
步骤4、酶处理：将膨松状的竹纤维束置于温度为55℃，pH 7.5的漆酶和碱性果胶酶混合液中处理90分钟，漆酶用量15IU/kg绝干纤维，碱性果胶酶用量10IU/kg绝干纤维，处理的竹纤维束质量浓度为10％。
步骤5、化学后处理：将经过酶处理后的竹纤维束采用碱性亚硫酸钠进行化学处理，温度110℃，处理时间45分钟，NaOH用量0.3％相对于绝干纤维质量，Na2SO3用量0.3％相对于绝干纤维质量，竹纤维束质量浓度15％。进一步软化竹纤维。
步骤6、盘磨处理：利用高浓盘磨机对化学处理后的竹纤维束在纤维质量浓度15％，磨盘间隙1.5毫米条件下进行2次机械处理。
步骤7、预脱水：盘磨处理后将纤维利用甩干机进行预脱水至纤维质量浓度28％。
步骤8、干燥：将最终得到的纤维利用对撞流干燥机进行干燥，气流温度100℃，纤维质量流量与气流质量流量之比为0.03。即得到短竹原纤维，纤维得率64％，纤维平均长度2.23厘米，纤维直径0.64毫米的短竹原纤维。
实施例2
短竹原纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、切片：将去除竹青、竹节和竹黄的竹子进行切片，竹片长度3-5厘米，厚度2-3毫米。
步骤2、竹片软化处理：将竹片置于高温130℃、压力2.5MPa的蒸煮锅中进行热水预处理60分钟。木片与水的比例为1kg木片对应3升水。
步骤3、竹片撕裂处理：将软化后的竹片用压缩比为4的螺旋挤压撕裂机进行机械撕裂处理，获得膨松状的竹纤维束。
步骤4、酶处理：将膨松状的竹纤维束置于温度为60℃，pH 8的漆酶和碱性果胶酶混合液中处理60分钟，漆酶用量30IU/kg绝干纤维，碱性果胶酶用量20IU/kg绝干纤维，处理的竹纤维束质量浓度为10％。
步骤5、化学后处理：将经过酶处理后的竹纤维束采用碱性亚硫酸钠进行化学处理，温度100℃，处理时间60分钟，NaOH用量0.2％相对于绝干纤维质量，Na2SO3用量0.5％相对于绝干纤维质量，处理的竹纤维束质量浓度20％。进一步软化竹纤维。
步骤6、盘磨处理：利用高浓盘磨机对化学处理后的竹纤维束在纤维质量浓度18％，磨盘间隙2.0毫米条件下进行3次机械处理。
步骤7、预脱水：盘磨处理后将纤维利用甩干机进行预脱水至纤维质量浓度33％。
步骤8、干燥：将最终得到的纤维利用对撞流干燥机进行干燥，气流温度110℃，纤维质量流量与气流质量流量之比为0.05。即得到短竹原纤维，纤维得率58％，纤维平均长度1.53厘米，纤维直径0.71毫米的短竹原纤维。
实施例3
短竹原纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、切片：将去除竹青、竹节和竹黄的竹子进行切片，竹片长度3-5厘米，厚度2-3毫米。
步骤2、竹片软化处理：将竹片置于高温120℃、压力3MPa的蒸煮锅中进行热水预处理75分钟。木片与水的比例为1kg木片对应3升水。
步骤3、竹片撕裂处理：将软化后的竹片用压缩比为4的螺旋挤压撕裂机进行机械撕裂处理，获得膨松状的竹纤维束。
步骤4、酶处理：将膨松状的竹纤维束置于温度为50℃，pH 7.0的漆酶和碱性果胶酶混合液中处理120分钟，漆酶用量10IU/kg绝干纤维，碱性果胶酶用量12IU/kg绝干纤维，处理的竹纤维束质量浓度为15％。。处理完毕用90℃的热水进行充分洗涤。
步骤5、化学后处理：将经过酶处理后的竹纤维束采用碱性亚硫酸钠进行化学处理，温度120℃，处理时间70分钟，NaOH用量0.4％相对于绝干纤维质量，Na2SO3用量0.4％相对于绝干纤维质量，处理的竹纤维束质量浓度20％。进一步软化竹纤维。
步骤6、盘磨处理：利用高浓盘磨机对化学处理后的竹纤维束在纤维质量浓度18％，磨盘间隙2.8毫米条件下进行3次机械处理。
步骤7、预脱水：盘磨处理后将纤维利用甩干机进行预脱水至纤维质量浓度30％。
步骤8、干燥：将最终得到的纤维利用对撞流干燥机进行干燥，气流温度90℃，纤维质量流量与气流质量流量之比为0.02。即得到短竹原纤维，纤维得率72％，纤维平均长度2.5厘米，纤维直径0.68毫米的短竹原纤维。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种短竹原纤维的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1、切片：将去除竹青、竹节和竹黄的竹子进行切片；
步骤2、竹片软化处理：将步骤1得到的竹片置于高温90-130℃、高压1-3MPa的条件下水浴蒸煮30-90分钟；
步骤3、竹片撕裂处理：将步骤2软化后的竹片用螺旋挤压撕裂机进行机械撕裂处理，获得膨松状的竹纤维束；
步骤4、酶处理：将步骤3得到的膨松状竹纤维束置于含有生物酶的溶液中处理；采用的生物酶为漆酶和碱性果胶酶，处理温度为40-60℃，pH6-8，处理时间30-120分钟，漆酶用量为5-30IU/kg绝干纤维，碱性果胶酶用量为1-20IU/kg绝干纤维，处理的竹纤维束质量浓度为5-15％；
步骤5、化学处理：将经过步骤4酶处理后的竹纤维束进行化学处理，进一步软化竹纤维，处理完毕进行水洗；所述化学处理采用碱性亚硫酸钠进行，温度为80-130℃，处理时间30-90分钟，NaOH用量为0.2-0.5％相对于绝干纤维质量，Na2SO3用量为0.3-0.5％相对于绝干纤维质量，处理的竹纤维束质量浓度为15-25％；
步骤6、盘磨处理：利用高浓盘磨机对步骤5化学处理后的竹纤维束进行1-3次机械处理；所述盘磨处理，处理的纤维质量浓度为5-20％，磨盘间隙1-3.0mm；
步骤7、预脱水：将步骤6盘磨处理后的纤维利用甩干机进行预脱水；
步骤8、干燥：将步骤7得到的纤维利用对撞流干燥机进行干燥，即得短竹原纤维。
2.根据权利要求1所述的短竹原纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1中切成的竹片长度3-5厘米，厚度2-3毫米。
3.根据权利要求1所述的短竹原纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤2中竹片与水的比例为1kg竹片加入3升水。
4.根据权利要求1所述的短竹原纤维的制备方法，其特征在于：所述的步骤3中采用的螺旋挤压撕裂机，其压缩比为4。
5.根据权利要求1所述的短竹原纤维的制备方法，其特征在于：步骤7所述预脱水，处理至纤维质量浓度为25％-30％。
6.根据权利要求1所述的短竹原纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤8中对撞流干燥机的干燥条件为：气流温度70-120℃，纤维质量流量与气流质量流量之比为0.02-0.06。
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