專利名稱：再生竹纖維素纖維的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)纖維制造業(yè)中溶劑法纖維素纖維的制造方法，特別是指一種利用造紙級竹漿直接生產(chǎn)再生竹纖維素纖維的工藝技術(shù)。
背景技術(shù)：
我國是一個竹子生長十分普遍、竹子資源豐富的國家，素有“竹子王國”之稱，竹林面積約為500多萬公頃，占世界總量的30％；并且竹材具有生長迅速的特點(diǎn)，一般三年就可以成材使用，因而具有可持續(xù)發(fā)展功能；此外，以竹材為原料的竹纖維素纖維除具有棉、木型纖維素纖維所具有的性能外，還具有一些獨(dú)特的性能，如涼爽、天然抑菌、清香以及負(fù)離子效應(yīng)等。因此，竹材是一種值得推廣應(yīng)用的新型纖維素纖維的原料之一。
近年來，國內(nèi)外紡織科學(xué)工作者開始致力于這方面的研究與開發(fā)并申請了不少專利，歸類如下(1)利用竹材為原料制備粘膠纖維級竹漿粕，再采用傳統(tǒng)粘膠工藝生產(chǎn)竹材粘膠纖維，以河北吉藁化纖有限公司公開的專利ZL03128496.5為代表。
(2)利用竹材為原料制備粘膠纖維級竹漿粕，再采用溶劑法加工制備竹纖維素纖維，其中以東華大學(xué)利用粘膠纖維級竹漿粕為原料加工制備竹纖維素纖維的專利ZL03129531.2為代表。
上述兩類專利均采用粘膠纖維級竹漿粕為原料進(jìn)行纖維加工，而粘膠纖維級竹漿粕生產(chǎn)是按如下流程進(jìn)行的(1)將竹材通過粉碎、蒸煮、除砂、漂白等工序處理后先制得造紙級竹漿。所得造紙級竹漿平均聚合度大于1000，并且α-纖維素含量較低，雜質(zhì)含量較高，只宜用于造紙加工，不宜直接用來進(jìn)行紡絲加工。
(2)再通過對造紙級竹漿進(jìn)行一系列包括類似堿預(yù)浸漬、二次蒸煮、平板(帶)式洗料、滲漂等多段工序的變性處理后，使竹纖維素的平均聚合度大幅降低、α纖維素含量提高即制成粘膠纖維級竹漿后，方能用于加工成纖維。
從上述兩類專利看來，整個生產(chǎn)工藝流程長，粘膠纖維級竹漿粕的原料處理成本高已成為不可避免的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是在于提供一種直接以市售造紙級竹漿為原料通過溶劑法工藝制造再生竹纖維素纖維的方法，該方法不僅大大降低了原料成本，而且所得纖維的性能更有特色。
為實(shí)現(xiàn)這一目的采用如下工藝步驟1、將市售造紙級竹漿通過以下三種方法中任何一種進(jìn)行預(yù)處理(1)水解將市售的片狀造紙級竹漿與水按重量比為1∶5～15投入到高壓容器中，浸漬、攪拌混合2～8小時后，在120～200℃下蒸煮1～6小時，制成漿粥狀竹纖維素。
(2)酸解將市售的片狀造紙級竹漿與水按重量比為1∶5～15投入到高壓容器中，并加入占造紙級竹漿總重量的0.01％～1％的酸，浸漬、攪拌混合2～6小時后，在100～170℃下蒸煮1～5小時，蒸煮結(jié)束后，用堿性化合物中和至PH值為7～8，經(jīng)清洗制成漿粥狀竹纖維素，所述的酸為硫酸或鹽酸，所述的堿性化合物為氫氧化鈉或碳酸鈉。
(3)酶解將市售的片狀造紙級竹漿與水按重量比1∶5～15投入到攪拌容器中，浸漬、攪拌混合2～12小時后，用酸調(diào)節(jié)PH值至3～6，再加入占造紙級竹漿總重量的0.01％～5％的纖維素酶，在30～70℃下保溫0.2～4小時，然后升溫到70～100℃，使纖維素酶失活后，用堿性化合物中和至PH值為7～8，經(jīng)清洗制成漿粥狀竹纖維素，所述的纖維素酶為β-1，4葡聚糖外切酶與β-1，4葡聚糖內(nèi)切酶的混合酶，兩種酶的重量比為5～40∶95～60，所述的酸為硫酸、鹽酸、醋酸或檸檬酸，所述的堿性化合物為氫氧化鈉或碳酸鈉。
通過水解、酸解或酶解預(yù)處理后，將所得漿粥狀竹纖維素擠壓脫水至竹纖維素與水的重量比為1∶0.5～1.5。
2、將N-甲基嗎啉氧化物的水溶液在真空度為-5.0×104～-9.8×104Pa的減壓條件下蒸濃，使N-甲基嗎啉氧化物的水溶液的重量百分比濃度為80～88％。
3、將1中所述預(yù)處理后的竹纖維素與2中所述蒸濃后的N-甲基嗎啉氧化物的水溶液按10～35∶100的重量比分別加入帶攪拌裝置的溶解設(shè)備中，在70～115℃下攪拌使物料混合均勻后，在真空度達(dá)到-8.0×104～-9.8×104Pa的條件下，脫去體系中的水分，使竹纖維素與N-甲基嗎啉氧化物水溶液的混合物中水的重量降至12～15％時，竹纖維素完全溶解，生成琥珀色透明無氣泡的紡絲原液。
4、采用氮?dú)鈱⑶笆?中所述紡絲原液壓入到增壓泵中，經(jīng)增壓泵增壓，使壓力達(dá)到1.5×106～9.8×107Pa，先后通過兩道預(yù)過濾器過濾，其中第一道預(yù)過濾器的過濾精度為10～100μm，第二道預(yù)過濾器的過濾精度為5～50μm，過濾除雜后進(jìn)入計量泵，在紡絲溫度為70～110℃下經(jīng)噴絲頭噴出，采用東華大學(xué)申請的以粘膠纖維級竹漿粕為原料加工制備竹纖維素纖維的專利ZL03129531.2中所公開的干-濕法紡絲，在N-甲基嗎啉氧化物的水溶液中凝固成型、淋洗、卷曲、切斷、水洗、上油、干燥后制得再生竹纖維素短纖維。
5、或者采用氮?dú)鈱⑶笆?中所述紡絲原液壓入到增壓泵中，經(jīng)增壓泵增壓，使壓力達(dá)到1.5×106～9.8×107Pa，先后通過兩道預(yù)過濾器過濾，其中第一道預(yù)過濾器的過濾精度為10～100μm，第二道預(yù)過濾器的過濾精度為5～50μm，過濾除雜后進(jìn)入計量泵，在紡絲溫度為70～110℃下經(jīng)噴絲頭噴出，采用東華大學(xué)申請的以粘膠纖維級竹漿粕為原料加工制備竹纖維素纖維的專利ZL03129531.2中所公開的干-濕法紡絲，在N-甲基嗎啉氧化物的水溶液中凝固成型、淋洗、上油、干燥、卷繞成筒后制成再生竹纖維素長絲。
本發(fā)明的效果1、目前市場上造紙級竹漿售價約為粘膠纖維級竹漿售價的三分之一，因此，本發(fā)明制得的竹纖維素纖維與以粘膠纖維級竹漿為原料采用溶劑法制得的竹纖維素纖維相比，生產(chǎn)成本大幅降低。
2、本發(fā)明通過對造紙級竹漿進(jìn)行預(yù)處理，不僅能使竹纖維素分子間的氫鍵更易打開，還能使竹纖維素的平均聚合度適當(dāng)降低，最終有利于竹纖維素在N-甲基嗎啉氧化物中的溶脹及溶解，從而提高紡絲原液的濃度，使生產(chǎn)效率提高。
3、本發(fā)明采用兩道預(yù)過濾器來加強(qiáng)對紡絲原液的過濾，解決了造紙級竹漿雜質(zhì)含量較高對紡絲的不良影響，保證了紡絲液的質(zhì)量，使得紡絲液的可紡性明顯改善。
4、本發(fā)明采用綠色環(huán)保的溶劑法工藝來制造再生竹纖維素纖維，不僅克服了傳統(tǒng)粘膠工藝三廢污染嚴(yán)重、工藝流程長的缺點(diǎn)，而且對原料漿粕中α-纖維素的含量要求也毋需象粘膠法工藝要求那么高，相反，適量半纖維素的存在還有利于改善纖維染色性能及抗原纖化性能等。因此，利用溶劑法工藝制備再生竹纖維素纖維時，只需對造紙級竹漿進(jìn)行較為簡單的預(yù)處理就可以滿足紡絲加工的要求，使生產(chǎn)成本大大降低，所得纖維的性能更加優(yōu)良。由此可見，本發(fā)明開辟了制備竹纖維素纖維的新途徑。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將片狀的市售造紙級竹漿10Kg與水100Kg投入200立升的高壓容器中，浸漬、攪拌混合4小時后，在160℃的溫度下蒸煮3小時，然后擠壓脫水，得到20Kg的含水竹纖維素，其中竹纖維素與水的重量比為1∶1。
將200Kg重量百分比濃度為50％的N-甲基嗎啉氧化物水溶液在真空度為-9.0×104Pa的減壓條件下蒸濃至120Kg，使上述N-甲基嗎啉氧化物水溶液重量百分比濃度為83.3％。
將20Kg上述含水竹纖維素和120Kg重量百分比濃度為83.3％的N-甲基嗎啉氧化物水溶液分別加入300立升的帶攪拌裝置的溶解釜中，在85℃下攪拌混合均勻后，逐漸升溫至100℃，并不斷抽真空，使真空度維持在-9.0×104Pa，5小時后，當(dāng)抽出的水量達(dá)到15Kg時，停止攪拌及停止抽真空，得到完全溶解的琥珀色透明紡絲原液125Kg。
將上述紡絲原液采用氮?dú)鈮喝朐鰤罕弥?，?jīng)增壓泵增壓，使壓力達(dá)到7.5×107Pa，先后通過兩道預(yù)過濾器過濾，其中第一道預(yù)過濾器的過濾精度為40μm，第二道預(yù)過濾器的過濾精度為20μm，過濾除雜后進(jìn)入計量泵，在紡絲溫度為70～110℃下經(jīng)噴絲頭噴出，采用東華大學(xué)申請的以粘膠纖維級竹漿粕為原料加工制備竹纖維素纖維的專利ZL03129531.2中所公開的干-濕法紡絲，并根據(jù)相應(yīng)的常規(guī)工藝制得各種規(guī)格的竹纖維素纖維的長、短絲。
實(shí)施例2將片狀的市售造紙級竹漿10Kg與水90Kg投入200立升的高壓蒸煮鍋中，再加入0.2Kg的重量百分比濃度為90％的硫酸溶液，浸漬、攪拌混合4小時后，在140℃的溫度下蒸煮4小時，蒸煮結(jié)束后，用氫氧化鈉中和至PH值為7.5，經(jīng)清洗、擠壓得到20Kg的含水竹纖維素，其中竹纖維素與水的重量比為1∶1。
將186Kg重量百分比濃度為50％的N-甲基嗎啉氧化物水溶液在-9.0×104Pa的減壓條件下蒸濃至110Kg，使上述N-甲基嗎啉氧化物水溶液重量百分比濃度為84.5％。
將20Kg上述含水竹纖維素和110Kg重量百分比濃度為84.5％的N-甲基嗎啉氧化物水溶液分別加入300立升的帶攪拌裝置的溶解釜中，在80℃下攪拌混合均勻后，逐漸升溫至100℃，并不斷抽真空脫去體系中的水分，維持真空度在-9.8×104Pa下，4小時后，當(dāng)抽出的水量達(dá)到14Kg時，停止攪拌及停止抽真空，得到完全溶解的琥珀色透明紡絲原液116Kg。
將上述紡絲原液采用氮?dú)鈮喝朐鰤罕弥?，?jīng)增壓泵增壓，使壓力達(dá)到6.5×107Pa，先后通過兩道預(yù)過濾器過濾，其中第一道預(yù)過濾器的過濾精度為60μm，第二道預(yù)過濾器的過濾精度為30μm，過濾除雜后進(jìn)入計量泵，在紡絲溫度為92℃下經(jīng)噴絲頭噴出，采用東華大學(xué)申請的以粘膠纖維級竹漿粕為原料加工制備竹纖維素纖維的專利ZL03129531.2中所公開的干-濕法紡絲，并根據(jù)相應(yīng)的常規(guī)工藝制得各種規(guī)格的竹纖維素纖維的長、短絲。
實(shí)施例3將片狀的市售造紙級竹漿10Kg與水90Kg投入200立升的攪拌釜中，浸漬、攪拌混合6小時后，用醋酸調(diào)節(jié)PH值至5，加入100gβ-1，4葡聚糖外切酶與β-1，4葡聚糖內(nèi)切酶的混合酶，兩種酶的重量比為10∶90，在50℃的溫度下保溫1小時，然后升溫到90℃，使纖維素酶失活，再用碳酸鈉調(diào)節(jié)混合體系PH值為7.5后，經(jīng)清洗擠壓脫水得到20Kg的含水竹纖維素，其中竹纖維素與水的重量比為1∶1。
將186Kg重量百分比濃度為50％的N-甲基嗎啉氧化物水溶液在-9.0×104Pa的減壓條件下蒸濃至110Kg，使上述N-甲基嗎啉氧化物水溶液重量百分比濃度為84.5％。
將20Kg上述含水竹纖維素和110Kg重量百分比濃度為84.5％的N-甲基嗎啉氧化物水溶液分別加入300立升的帶攪拌裝置的溶解釜中，在80℃下攪拌混合均勻后，逐漸升溫至100℃，并不斷抽真空脫去體系中的水分，維持真空度在-9.8×104Pa下，4小時后，當(dāng)抽出的水量達(dá)到14Kg時，停止攪拌及停止抽真空，得到完全溶解的琥珀色透明紡絲原液116Kg。
將上述紡絲原液采用氮?dú)鈮喝朐鰤罕弥校?jīng)增壓泵增壓，使壓力達(dá)到8.0×107Pa，先后通過兩道預(yù)過濾器過濾，其中第一道預(yù)過濾器的過濾精度為30μm，第二道預(yù)過濾器的過濾精度為15μm，過濾除雜后進(jìn)入計量泵，在紡絲溫度為95℃下經(jīng)噴絲頭噴出，采用東華大學(xué)申請的以粘膠纖維級竹漿粕為原料加工制備竹纖維素纖維的專利ZL03129531.2中所公開的干-濕法紡絲，并根據(jù)相應(yīng)的常規(guī)工藝制得各種規(guī)格的竹纖維素纖維的長、短絲。
權(quán)利要求
1.一種利用造紙級竹漿直接制造再生竹纖維素纖維的方法，其特征在于該制造方法的工藝步驟依次為(1)采用下述A、B、C三種方法之一對市售造紙級竹漿進(jìn)行預(yù)處理A)水解將市售的片狀造紙級竹漿與水按重量比1∶5～15投入到高壓容器中，浸漬、攪拌混合2～8小時后，在120～200℃下蒸煮1～6小時，制成漿粥狀竹纖維素；B)酸解將市售的片狀造紙級竹漿與水按重量比1∶5～15投入到高壓容器中，并加入占造紙級竹漿總重量的0.01％～1％的酸，浸漬、攪拌混合2～6小時后，在100～170℃下蒸煮1～5小時，蒸煮結(jié)束后，用堿性化合物中和至PH值為7～8，經(jīng)清洗制成漿粥狀竹纖維素，所述的酸為硫酸或鹽酸，所述的堿性化合物為氫氧化鈉或碳酸鈉；C)酶解將市售的片狀造紙級竹漿與水按重量比1∶5～15投入到攪拌容器中，浸漬、攪拌混合2～12小時后，用酸調(diào)節(jié)PH值至3～6，再加入占造紙級竹漿總重量的0.01％～5％的纖維素酶，在30～70℃下保溫0.2～4小時，然后升溫到70～100℃，使纖維素酶失活后，用堿性化合物中和至PH值為7～8，經(jīng)清洗制成漿粥狀竹纖維素，所述的纖維素酶為β-1，4葡聚糖外切酶與β-1，4葡聚糖內(nèi)切酶的混合酶，兩種酶的重量比為5～40∶95～60，所述的酸為硫酸、鹽酸、醋酸或檸檬酸，所述的堿性化合物為氫氧化鈉或碳酸鈉；通過水解、酸解或酶解預(yù)處理后，將所得漿粥狀竹纖維素擠壓脫水至竹纖維素與水的重量比為1∶0.5～1.5；(2)將N-甲基嗎啉氧化物的水溶液在真空度為-5.0×104～-9.8×104Pa的減壓條件下蒸濃，使N-甲基嗎啉氧化物的水溶液的重量百分比濃度為80～88％；(3)將(1)中所述預(yù)處理后的竹纖維素與(2)中所述蒸濃后的N-甲基嗎啉氧化物的水溶液按10～35∶100的重量比分別加入帶攪拌裝置的溶解設(shè)備中，在70～115℃下攪拌使物料混合均勻后，在真空度達(dá)到-8.0×104～-9.8×104Pa的條件下，脫去體系中的水分，使竹纖維素與N-甲基嗎啉氧化物水溶液的混合物中水的重量降至12～15％時，竹纖維素完全溶解，生成紡絲原液；(4)將前述(3)中所述紡絲原液按如下紡絲工藝之一紡絲A)采用氮?dú)鈱⑶笆?3)中所述紡絲原液壓入到增壓泵中，經(jīng)增壓泵增壓，使壓力達(dá)到1.5×106～9.8×107Pa，先后通過兩道預(yù)過濾器過濾，過濾除雜后，在紡絲溫度為70～110℃下經(jīng)噴絲頭噴出，采用公知的干-濕法紡絲，在N-甲基嗎啉氧化物的水溶液中凝固成型、淋洗、卷曲、切斷、水洗、上油、干燥后制得再生竹纖維素短纖維；B)采用氮?dú)馇笆?3)中所述紡絲原液壓入到增壓泵中，經(jīng)增壓泵增壓，使壓力達(dá)到1.5×106～9.8×107Pa，先后通過兩道預(yù)過濾器過濾，過濾除雜后，在紡絲溫度為70～110℃下經(jīng)噴絲頭噴出，采用公知的干-濕法紡絲，在N-甲基嗎啉氧化物的水溶液中凝固成型、淋洗、上油、干燥、卷繞成筒后制成再生竹纖維素長絲。
2.如權(quán)利要求1所述的再生竹纖維素纖維的制造方法，其特征在于所述兩道預(yù)過濾器中，第一道預(yù)過濾器的過濾精度為10～100μm，第二道預(yù)過濾器的過濾精度為5～50μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及化學(xué)纖維制造業(yè)中溶劑法纖維素纖維的制造方法。其特征是選用市售造紙級竹漿為原料，將其水解、酸解或者酶解等預(yù)處理后，與N－甲基嗎啉氧化物水溶液按一定的重量比混合，在70～115℃下減壓脫水后制得紡絲原液。該原液經(jīng)增壓后通過兩道預(yù)過濾器過濾，在70～110℃下經(jīng)噴絲頭噴出，并在N－甲基嗎啉氧化物的水溶液中凝固成型、淋洗后，根據(jù)相應(yīng)的常規(guī)工藝制得各種規(guī)格的長絲和短纖維。該方法直接使用造紙級竹漿為原料，省去了將造紙級竹漿加工為粘膠纖維級竹漿的工序，不僅使生產(chǎn)成本大大下降，還減少了污染，并且保留了竹纖維的特色。
文檔編號D01F2/00GK1760412SQ20051003043
公開日2006年4月19日 申請日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月12日
發(fā)明者楊革生, 邵惠麗, 胡學(xué)超, 馮坤 申請人:東華大學(xué)