CN108442156A - 一种改性甘蔗纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及植物纤维，公开了一种改性甘蔗纤维及其制备方法，该制备方法包含以下步骤：1）将在粉碎的甘蔗渣中加入助磨剂和水，湿法球磨，水洗干净，得到活化的甘蔗渣纤维；2）将纳米二氧化硅粉末超声分散在水中，加入活化的甘蔗渣纤维，搅拌吸附；3）再加入烷基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀，升温吸附后过滤干燥，得到改性甘蔗纤维。本发明仅采用水为溶剂，安全环保，成本较低，通过湿法研磨促进改性助剂的吸附和接枝，采用二氧化硅提高纤维的耐热性能和纤维强度，采用烷基酚聚氧乙烯醚增加纤维的相容性，该制备工艺简单，对设备要求较低，成本较低，改性效果好，所得改性甘蔗纤维可广泛用于纺织、环保、养殖等各个领域。

Description

一种改性甘蔗纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及植物纤维，尤其涉及一种改性甘蔗纤维及其制备方法。
背景技术
我国是仅次于巴西和印度的世界第三甘蔗种植大国，甘蔗作为大宗的糖料经济作物，在国民经济中占有重要地位。甘蔗渣是制糖的一种副产品，是甘蔗榨糖后的渣粕，蛋白质含量和热量均比较低。长期以来，这种大批量的甘蔗渣主要供糖厂本身作为燃料烧掉或废弃，这种利用方法的经济价值非常低。开发利用蔗渣资源，不但可以提高糖厂的经济效益，还可为其他行业提供大量的资源，对许多行业均具有重大意义。每生产出一吨的蔗糖，就会产生2~3吨的甘蔗渣，甘蔗渣含有丰富的纤维素，而含木质素较少，故蔗渣作为纤维原料具有很大的优越性。但是纤维素属于结晶区和非结晶区共存的结构，由于此结构以及分子内和分子间氢键的影响，使得纤维素很难溶于普通的溶剂，影响纤维素的应用和性能，因此在应用前需进行改性。
申请号为201310359396.4的中国专利明公开了一种甘蔗渣纤维素纳米纤维膜的制备方法。主要步骤如下 ：甘蔗渣→甘蔗渣纤维→甘蔗渣纳米纤维素膜。（1）进行酸碱化学处理。（2）结合机械法如研磨、离心等处理溶液，制备出均匀的生物质纤维素纳米纤维。（3）真空抽滤进行成膜。本发明优点：方法简单，成本较低，易于推广，实现了废弃物资源化和有效循环利用，不仅有利于减轻对环境的污染，而且有利于甘蔗渣的高值化利用。但是该方法采用大量酸、碱溶剂，环境不友好，对设备要求高，安全性差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种改性甘蔗纤维及其制备方法，仅采用水为溶剂，通过湿法研磨和助剂改性，制备工艺简单，成本较低，安全环保，得到的改性甘蔗纤维耐热性好，纤维强度高，与树脂的相容性好，应用范围广泛。
本发明的具体技术方案为：该制备方法包含以下步骤：
1）将在粉碎的甘蔗渣中加入助磨剂和水，湿法球磨，水洗干净，得到活化的甘蔗渣纤维；
2）将纳米二氧化硅粉末超声分散在水中，加入活化的甘蔗渣纤维，搅拌吸附；
3）再加入烷基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀，升温吸附后过滤干燥，得到改性甘蔗纤维。
甘蔗渣湿法球磨能够更有效的实现甘蔗纤维细化，同时使纤维素和木质素的晶体结构发生变化，纤维微晶进一步细化，使可及的表面和小孔增加，能够促进后续纳米二氧化硅粉末和烷基酚聚氧乙烯醚的吸附；加入助磨剂后，研磨能够帮助助磨剂和甘蔗纤维产生接枝，从而改变甘蔗纤维表面化学性质，形成非极性改性，能够帮助甘蔗纤维在树脂中分散和结合；纳米二氧化硅粉末经过超声分散后不易团聚，有利于甘蔗纤维的吸附，二氧化硅改性后的甘蔗纤维能够显著的提高纤维的耐热性能和纤维强度；烷基酚聚氧乙烯醚为非离子表面活性剂，能够增大甘蔗纤维与非极性分子的接触角，进一步非极性改性。
作为优选，所述步骤1）中助磨剂为聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯粉末的一种或几种混合。
作为优选，所述步骤1）中助磨剂的添加量为纤维质量的10-25%。
作为优选，所述步骤2）中活化的甘蔗渣纤维与水的比例为1:20-100。
作为优选，所述步骤2）中纳米二氧化硅粉末的粒径为50-150nm，添加量为纤维质量的5-15%。
作为优选，所述步骤2）中超声功率500W，超声时间10-20min。
作为优选，所述步骤3）中烷基酚聚氧乙烯醚为丁基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚。
作为优选，所述步骤3）中烷基酚聚氧乙烯醚添加量为纤维质量的5-15%。
作为优选，所述步骤3）中吸附温度为30-40℃。
甘蔗纤维吸附烷基酚聚氧乙烯醚的过程是吸热过程，因此温度越高吸附越快，但是温度过高会令分子运动加快，吸附强度下降，因此在本发明的温度范围内，吸附量和吸附强度能够达到最优化，改性效果最佳。
作为优选，所述改性甘蔗纤维为纳米二氧化硅和烷基酚聚氧乙烯醚改性的天然植物纤维。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明仅采用水为溶剂，安全环保，成本较低，通过湿法研磨促进改性助剂的吸附和接枝，采用二氧化硅提高纤维的耐热性能和纤维强度，采用烷基酚聚氧乙烯醚增加纤维的相容性，该制备工艺简单，对设备要求较低，成本较低，改性效果好，所得改性甘蔗纤维可广泛用于纺织、环保、养殖等各个领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
将在粉碎的甘蔗渣中加入纤维质量的25%的聚丙烯粉末和水，浴比1:10，湿法球磨，水洗干净，得到活化的甘蔗渣纤维；将粒径为150nm的纳米二氧化硅粉末超声分散在水中，超声功率500W，超声时间20min，加入活化的甘蔗渣纤维，活化的甘蔗渣纤维与水的比例为1:100，纳米二氧化硅粉末为纤维质量的5%，搅拌吸附；再加入丁基酚聚氧乙烯醚，添加量为纤维质量的15%，搅拌均匀，升温，温度为40℃，吸附后过滤干燥，得到改性甘蔗纤维。
所得改性甘蔗纤维由纤维素I型变为纤维素II型，单纤维的平均直径为16μm；束纤维的平均直径为150μm。与熔融聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯混合后，纤维的相容性和分散性均较佳。
实施例2
将在粉碎的甘蔗渣中加入纤维质量的10%的聚乙烯粉末和水，浴比1:5，湿法球磨，水洗干净，得到活化的甘蔗渣纤维；将粒径为50nm的纳米二氧化硅粉末超声分散在水中，超声功率500W，超声时间10min，加入活化的甘蔗渣纤维，活化的甘蔗渣纤维与水的比例为1:20，纳米二氧化硅粉末为纤维质量的15%，搅拌吸附；再加入辛基酚聚氧乙烯醚，添加量为纤维质量的5%，搅拌均匀，升温，温度为30℃，吸附后过滤干燥，得到改性甘蔗纤维。
所得改性甘蔗纤维由纤维素I型变为纤维素II型，单纤维的平均直径为20μm；束纤维的平均直径为170μm。与熔融聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯混合后，纤维的相容性和分散性均较佳。
实施例3
将在粉碎的甘蔗渣中加入纤维质量的20%的聚苯乙烯粉末和水，浴比1:8，湿法球磨，水洗干净，得到活化的甘蔗渣纤维；将粒径为100nm的纳米二氧化硅粉末超声分散在水中，超声功率500W，超声时间15min，加入活化的甘蔗渣纤维，活化的甘蔗渣纤维与水的比例为1:50，纳米二氧化硅粉末为纤维质量的10%，搅拌吸附；再加入壬基酚聚氧乙烯醚，添加量为纤维质量的10%，搅拌均匀，升温，温度为35℃，吸附后过滤干燥，得到改性甘蔗纤维。
所得改性甘蔗纤维由纤维素I型变为纤维素II型，单纤维的平均直径为18μm；束纤维的平均直径为160μm。与熔融聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯混合后，纤维的相容性和分散性均较佳。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种改性甘蔗纤维的制备方法，其特征在于，该制备方法包含以下步骤：
1）将在粉碎的甘蔗渣中加入助磨剂和水，湿法球磨，水洗干净，得到活化的甘蔗渣纤维；
2）将纳米二氧化硅粉末超声分散在水中，加入活化的甘蔗渣纤维，搅拌吸附；
3）再加入烷基酚聚氧乙烯醚，搅拌均匀，升温吸附后过滤干燥，得到改性甘蔗纤维。
2.如权利要求1所述的改性甘蔗纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中助磨剂为聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯粉末的一种或几种混合。
3.如权利要求1或2所述的改性甘蔗纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中助磨剂的添加量为纤维质量的10-25%。
4.如权利要求1所述的改性甘蔗纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中活化的甘蔗渣纤维与水的比例为1:20-100。
5.如权利要求1或4所述的改性甘蔗纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中纳米二氧化硅粉末的粒径为50-150nm，添加量为纤维质量的5-15%。
6.如权利要求1或4所述的改性甘蔗纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中超声功率500W，超声时间10-20min。
7.如权利要求1所述的改性甘蔗纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中烷基酚聚氧乙烯醚为丁基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚。
8.如权利要求1或7所述的改性甘蔗纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中烷基酚聚氧乙烯醚添加量为纤维质量的5-15%。
9.如权利要求1或7所述的改性甘蔗纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中吸附温度为30-40℃。
10.一种根据权利要求1所述的改性甘蔗纤维的制备方法制备得到的改性甘蔗纤维，其特征在于，所述改性甘蔗纤维为纳米二氧化硅和烷基酚聚氧乙烯醚改性的天然植物纤维。
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