CN109161057A - 一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法，以浆粕、旧棉、硫酸钠结晶水合物为原料，经过制备粘胶液、制备碱棉、制备芒硝、制得产品工艺步骤制得纤维素泡沫材料。所述浆柏为棉浆粕、纸浆粕、竹浆粕、草浆粕、秸秆浆粕、木浆粕一种或几种混合；浆粕的纤维素平均聚合度为350‑550。本发明制备纤维素泡沫材料的能耗仅为180‑210度/m³。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法，特别是以浆粕、旧棉、芒硝为主要原料，经过碱化、磺化、溶解、混合、注模、加热、清洗、静脱、漂洗的工艺步骤，适用于大尺寸规格产品的规模生产，属于纤维素泡沫材料技术领域。
背景技术
纤维素发泡材料具有生物可降解性、吸油性、强吸水性和吸水膨胀性，因而可用于民用清洁、工业清洁和水上工程。随着人们的环保意识不断地增强，纤维素发泡材料的市场需要求将不断地增大，同时随着人们对物美价廉要求不断提高，因此纤维素发泡材料的低成本生产工艺有待于研究开发。
专利US1142619、US1909629和CN88105466.6将粘胶溶液、可溶物混合物或芒硝放入盐浴或酸浴进行制备纤维素发泡材料，但大尺寸内部传热困难，不适用于大尺寸规格的产品生产。专利US2927 034 和US3186858采用机械乳化法制备纤维素发泡材料，但粘度高导致泡沫坍塌；CN02814827.4 、CN96193416.6和CN201010140264.9利用纤维素直接溶解法制备纤维素发泡材料， 但溶剂价格高导致生产成本高；专利CN201110094497.4 利用冷冻法而制备纤维素发泡材料，但冷冻法不适用于产业化。因此，以上纤维素泡沫材料的发明专利均不适用于大尺寸规格产品的生产。专利US21338101 利用电导加热原理而研发出纤维素发泡材料的固化成型设备，并通过该设备制备出三维尺寸均为50cm的纤维素发泡材料，但产品尺寸很小而导致下游切割损耗高；专利CN201520400097.5、CN201510318183.6和CN201610475662.3均利用电导加热原理进行纤维素泡沫材料产业化，但其工艺繁琐、原料范围窄和中间粘胶液流动性差，或浆粕原料指标不明确，均不适用于纤维素泡沫材料的市场化生产。因此，原料丰富性、工艺简化性和产品低成本性是纤维素泡沫材料的生产优化根本追求。为此，本项目组研发一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的问题，提供一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法，以实现以下发明目的：原料丰富性，工艺简化性和产品低成本性，适用于市场化生产。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：
本发明进行纤维素发泡材料的生产工艺，其特征在于：以浆粕、旧棉、硫酸钠结晶水合物，经过碱化、磺化、溶解、注模、加热、清洗、静脱、漂洗工艺步骤，适用于纤维素泡沫材料产品的市场化生产。
浆粕的纤维素平均聚合度为350-550，可以高聚合度与低聚合度混合使用，原料丰富性；浆粕经过碱化后直接磺化而无需压榨，利用粘胶纤维生产线的副产物硫酸钠水合结晶物降低纤维素泡沫材料生产的加热工序产生的废液温度，达到快速降温和酸碱调节，工艺简化，提高生产效率；旧棉价格低且易亲水处理，加热工序过程及时排掉多余液体而降低电能，芒硝脱液的液体回收利用，生产成本低，适用于纤维素泡沫材料的市场化生产。
(1)制备粘胶液
采用的浆粕为棉浆粕、纸浆粕、竹浆粕、草浆粕、秸秆浆粕、木浆粕一种或几种混合；
a. 上述浆粕纤维素平均聚合度为350-550，可高、低聚合度原料进行混合使用；
b. 上述浆粕经过碱化、磺化和溶解而制得粘胶液，该粘胶液中的纤维素含量为11-13%，优选11.5-12.5%，碱含4.9-7.4%，优选5.5-6.5%；
(2)制备碱棉
采用的旧棉为旧棉花、旧棉织物、旧棉被一种或几种混合；
a. 上述旧棉的纤维长度为5-40mm，经过碱液浸渍、脱液而制得碱棉，碱液浓度为4.9-7.4%，优选5.5-6.5%，浸渍时间为4-72h，优选24-48h，碱棉的纤维有效含量为17-36%；
(3)制备芒硝
芒硝的制备原料为粘胶纤维生产线上的副产物硫酸钠结晶水合物；
a.上述硫酸钠结晶水合物与硫酸钠回收液混合而制得硫酸钠/水混合物；
所述硫酸钠回收液温度为60-100℃，优选70-90℃；
所述硫酸钠回收液：硫酸钠浓度20-32%；
制得的硫酸钠/水混合物的温度为33-45℃，优选34-40℃，调节硫酸钠/水混合物的pH为8-14，优选10-13；
b.上述硫酸钠/水混合物经过降温、脱液、粉碎和筛选而制得芒硝；
所述降温：温度降至15-22℃；所述脱液：脱出的液体待用于纤维素泡沫材料的清洗工序。
(4)制得产品
将制备的粘胶液、碱棉和芒硝混合、注模、加热、清洗、静脱和漂洗而得到纤维素泡沫材料；
a. 所述混合：将粘胶液、碱棉和芒硝加入混料器混合均匀，碱棉的加入量：纤维的有效含量为粘胶液的1.50-3.50%，优选2.00-3.00%；芒硝加入量为粘胶液4.50-5.50倍；
b. 所述注模：压力为40-200kPa，优选60-150kPa；
c. 所述加热：方式为电导加热，一次加热电流为1000-1300A，加热时间为50-70min，排掉模具内液体，直至液位高于物料顶部5-15mm，二次加热电流为600-900A，加热时间为30-60min；
d. 所述清洗：采用的清洗液为步骤（3）中芒硝脱液的液体，直接注入模具中而浸渍纤维素泡沫材料，浸渍时间1.5-2.5h；
e. 所述静脱：为纤维素泡沫材料静态脱液，静脱时间为1.5-2.5h，静脱环境温度为34-100℃；
f. 所述漂洗：采用的漂洗液为双氧水，所述的双氧水：有效成分含量0.08-0.25%，温度为20-35℃；漂洗之后需要挤压脱水，挤压间距为纤维素泡沫材料高度的40-75%，优选50-60%。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）浆粕为棉浆粕、纸浆粕、竹浆粕、草浆粕、秸秆浆粕、木浆粕一种或几种混合，可以高聚合度与低聚合度混合使用，原料丰富性强。
（2）浆粕经过碱化后直接磺化、溶解而制得粘胶液而无需压榨，利用粘胶纤维生产线的副产物硫酸钠水合结晶物降低硫酸钠回收液温度，达到快速降温或酸碱调节，工艺简化，提高生产效率；
（3）旧棉易亲水处理而无需高温、浓碱或长时间， 加热工序中排掉多余液体而降低电能消耗，以及芒硝脱液的液体回收利用，均有效降低生产成本。
（4）本发明制备纤维素泡沫材料的能耗仅为180-210度/m³。
具体实施方式
实施例1 一种纤维素发泡材料低成本且高效生产的方法
包括以下步骤：
（1）制备粘胶液
木浆粕14.7kg，平均聚合度为410，经过碱化、磺化和溶解而制得粘胶液111kg，粘胶液的纤维素含量11.9%，碱含6.1%；
（2）制备碱棉
旧棉被4.5kg，纤维的长度为20-40mm，经过6.2%碱液浸渍38h、脱液而制得碱棉9.3kg，碱棉纤维有效含量为27%；
（3）制备芒硝
粘胶纤维生产线上的副产物硫酸钠结晶水合物与80℃硫酸钠回收液混合而制得硫酸钠/水混合物，硫酸钠/水混合物的温度为39℃，调节硫酸钠/水混合物的pH为12，经过降温至18℃、脱液、粉碎和筛选而制得芒硝550kg。
所述硫酸钠回收液：硫酸钠浓度20-32%。
（4）制得产品
将制备的粘胶液、碱棉和芒硝加入混料器内混合均匀，注模，加热、清洗、静脱和漂洗而制得纤维素泡沫材料。
所述碱棉的加入量：碱棉纤维的有效含量为粘胶液的2.26%；
所述芒硝加入量为粘胶液5倍；
所述注模：压力100kPa，模具尺寸1050*1050*500mm；
所述加热：电导加热的一次加热电流1150A，加热60min，排模具内液体直至液位高于物料顶部10mm，二次加热电流750A，加热45min；
所述的静脱：步骤（3）脱出液的18℃液体直接注入模具而浸渍清洗2h，静脱2h，环境温度68℃；
所述的漂洗：采用的双氧水有效成分含量0.16%，温度28℃，漂洗之后挤压脱水，挤压间距为纤维素泡沫材料高度的55%。
本实施例制备的纤维素泡沫材料的尺寸为1010×1010×405mm（长×宽×高），耗电能为196.08度/m³。
实施例2 一种纤维素发泡材料低成本且高效生产的方法
包括以下步骤：
（1）制备粘胶液
棉浆粕4.2kg，聚合度为800；草浆粕10.8kg，聚合度为484；棉浆粕和草浆粕混合后平均聚合为550，经过碱化、磺化和溶解而制得粘胶液118kg，粘胶液的纤维素含量11.0%，碱含4.9%。
（2）制备碱棉
旧棉被2kg和旧棉花2.5kg，纤维的长度为5-20mm，经过7.4%碱液浸渍24h、脱液而制得碱棉11.47kg，碱棉纤维有效含量为36%。
（3）制备芒硝
粘胶纤维生产线上的副产物硫酸钠结晶水合物与60℃硫酸钠回收液混合而制得硫酸钠/水混合物，硫酸钠/水混合物的温度为33℃，调节硫酸钠/水混合物的pH为8，经过降温至15℃、脱液、粉碎和筛选而制得芒硝648kg。
所述硫酸钠回收液：硫酸钠浓度20-32%。
（4）制得产品
将制备的粘胶液、碱棉和芒硝混合、注模，加热、清洗、静脱和漂洗而制得纤维素泡沫材料。
所述碱棉的加入量：碱棉纤维的有效含量为粘胶液的3.50%；
所述芒硝加入量为粘胶液5.5倍；
所述注模压力40kPa，模具尺寸1050*1050*500mm；
所述加热：电导加热的一次加热电流1300A，加热50min，排模具内液体直至液位高于物料顶部5mm，二次加热电流900A，加热30min；
所述的静脱：步骤（3）脱液的15℃液体直接注入模具而浸渍清洗2.5h，静脱2.5h，环境温度为100℃；
所述的漂洗：采用的双氧水有效成分含量0.08%，温度为20℃，漂洗之后挤压脱水，挤压间距为纤维素泡沫材料高度的75%。
本实施例制备的纤维素泡沫材料的尺寸为1010×1010×468mm，耗电能180.14度/m³。
实施例3 一种纤维素发泡材料低成本且高效生产的方法
包括以下步骤：
（1）制备粘胶液
棉浆粕2.6kg，聚合度为800；草浆粕6.6kg，聚合度为484；竹浆粕5.6kg，聚合度为300；棉浆粕、草浆粕和竹浆粕混合后平均聚合550，经过碱化、磺化和溶解而制得粘胶液100kg，粘胶液的纤维素含量13.0%，碱含7.4%。
（2）制备碱棉
旧棉被0.5kg、旧棉花0.5kg和旧棉织物0.7kg，纤维的长度为5-40mm，经过4.9%碱液浸渍72h、脱液而制得碱棉8.82kg，碱棉纤维有效含量为17%。
（3）制备芒硝
粘胶纤维生产线上的副产物硫酸钠结晶水合物与100℃硫酸钠回收液混合而制得硫酸钠/水混合物，硫酸钠/水混合物的温度为45℃，调节硫酸钠/水混合物的pH为14，经过降温至22℃、脱液、粉碎和筛选而制得芒硝450kg。
所述硫酸钠回收液：硫酸钠浓度20-32%。
（4）制得产品
将制备的粘胶液、碱棉和芒硝混合、注模，加热、清洗、静脱和漂洗而制得纤维素泡沫材料。
所述碱棉的加入量：碱棉纤维的有效含量为粘胶液的1.50%；
所述芒硝加入量为粘胶液4.5倍；
所述注模压力200kPa，模具尺寸1050*1050*500mm；
所述加热：电导加热的一次加热电流为1000A，加热70min，排模具内液体直至液位高于物料顶部15mm，二次加热电流600A，加热60min；
所述的静脱：为步骤（3）脱液的22℃液体直接注入模具而浸渍清洗1.5h，静脱1.5h，环境温度为34℃；
所述的漂洗：采用的双氧水有效成分含量0.25%，温度为35℃；漂洗之后挤压脱水，挤压间距为纤维素泡沫材料高度的40%。
纤维素泡沫材料的尺寸为1010×1010×331mm，耗电能210.27度/m³。
对比试验：一种纤维素泡沫材料生产的方法
（1）制备粘胶液
粘胶纤维的原料浆粕14.7kg，平均聚合度为650，经过浸渍、压榨磺化和溶解而制得粘胶液111kg，粘胶液的纤维素含量11.9%，碱含6.1%。
（3）制备碱棉
新棉纤维4.5kg，纤维的长度为15-30mm，经过17%碱液浸渍72h、脱液、清洗而制得碱棉9.3kg，碱棉纤维有效含量为25%，碱含6.5%。
（3）制备芒硝
元明粉、水与纤维素泡沫材料生产的加热工序产生的80℃废液混合而制得硫酸钠/水混合物，硫酸钠/水混合物的温度为70℃，硫酸钠/水混合物的pH为14，经过降温至26℃、脱液、粉碎和筛选而制得芒硝550kg。
（4）制得产品
将制备的粘胶液、碱棉和芒硝混合、注模，加热、清洗、静脱和漂洗而制得纤维素泡沫材料。
混合的碱棉纤维的有效含量为粘胶液的2.26%，芒硝加入量为粘胶液5倍；模压力100kPa，模具尺寸1050*1050*500mm；电导加热的一次加热电流为1150A，加热60min，二次加热电流750A，加热45min；步骤（3）脱液的26℃液体直接注入模具而浸渍清洗2h；静脱2h，环境温度68℃；漂洗双氧水，含量0.16%，温度28℃，漂洗之后挤压脱水，挤压间距为纤维素泡沫材料高度的55%。
制得的纤维素泡沫材料的尺寸为1010*1010*398mm，耗电能280.78度/m³。
除特殊说明的外，本发明所述的百分数均为质量百分数，所述的比值均为质量比，所述的倍数均为质量倍数。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法，其特征在于：以浆粕、旧棉、硫酸钠结晶水合物为原料，经过制备粘胶液、制备碱棉、制备芒硝、制得产品工艺步骤制得纤维素泡沫材料。
2.根据权利要求1所述的一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法，其特征在于：所述浆柏为棉浆粕、纸浆粕、竹浆粕、草浆粕、秸秆浆粕、木浆粕一种或几种混合；浆粕的纤维素平均聚合度为350-550。
3.根据权利要求1所述的一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法，其特征在于：所述旧棉为旧棉花、旧棉织物、旧棉被一种或几种混合；旧棉的纤维长度为5-40mm。
4.根据权利要求1所述的一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法，其特征在于：所述制得产品：将粘胶液、碱棉和芒硝混合均匀、注模、加热、清洗、静脱和漂洗而得到纤维素泡沫材料；
碱棉的加入量：控制纤维的有效含量为粘胶液质量的1.50-3.50%，优选2.00-3.00%；芒硝的加入量为粘胶液质量的4.50-5.50倍。
5.根据权利要求1所述的一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法，其特征在于：所述注模：压力为40-200kPa，优选60-150kPa；
所述加热：方式为电导加热，一次加热电流为1000-1300A，加热时间为50-70min，排掉模具内液体，直至液位高于物料顶部5-15mm，二次加热电流为600-900A，加热时间为30-60min。
6.根据权利要求1所述的一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法，其特征在于：所述静脱：为纤维素泡沫材料静态脱液，静脱时间为1.5-2.5h，静脱环境温度为34-100℃；
所述漂洗：采用的漂洗液为双氧水，所述的双氧水：有效成分含量0.08-0.25%，温度为20-35℃；漂洗之后需要挤压脱水，挤压间距为纤维素泡沫材料高度的40-75%，优选50-60%。
7.根据权利要求1所述的一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法，其特征在于：所述制备粘胶液：浆粕经过碱化、磺化和溶解而制得粘胶液，粘胶液中的纤维素含量为11-13%，碱含4.9-7.4%。
8.根据权利要求1所述的一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法，其特征在于：所述制备碱棉：旧棉经过碱液浸渍、脱液而制得碱棉；所述碱液浓度为4.9-7.4%，浸渍时间为4-72h，得到的碱棉的纤维有效含量为17-36%。
9.根据权利要求1所述的一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法，其特征在于：所述制备芒硝：采用硫酸钠结晶水合物与与硫酸钠回收液混合而制得硫酸钠/水混合物；硫酸钠/水混合物经过降温、脱液、粉碎和筛选而制得芒硝。
10.根据权利要求9所述的一种纤维素泡沫材料低成本且高效的生产方法，其特征在于：所述制得的硫酸钠/水混合物的温度为33-45℃，优选34-40℃，调节硫酸钠/水混合物的pH为8-14，优选10-13。
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