專利名稱：一種以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及纖維素纖維的制備方法，具體涉及一種以蘆葦為原料，制備纖維素纖維的方法。
背景技術：
我國不是森林大國，用木漿生產(chǎn)高檔纖維，將消耗大量的森林資源，成本太高，不適合我國的國情。而草本植物纖維資源具有可持續(xù)性、環(huán)保性，可參與自然界的生態(tài)循環(huán)。
我國草本植物纖維素資源十分豐富，特別是蘆葦?shù)漠a(chǎn)量十分巨大，在自然條件下， 產(chǎn)鮮草3. 9-13. 9噸/公頃，每年可收割2-3次。蘆葦是一種適應性廣、抗逆性強、生物量高的高大禾草，目前大多數(shù)都作為放牧地利用。蘆葦?shù)厣喜糠种仓旮叽?，又有較強的再生力， 經(jīng)測定表明，蘆葦中纖維素含量與稻草中纖維素含量相接近。如果能充分利用蘆葦中纖維含量高的優(yōu)點，利用其優(yōu)質(zhì)的纖維制備纖維素纖維具有巨大的經(jīng)濟及社會意義。近年來纖維素纖維的發(fā)展，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起到了很大的推動作用。
纖維素由于極強的氫鍵作用，很難直接溶解于常規(guī)溶劑。傳統(tǒng)的粘膠法和銅氨法不僅工藝路線冗長、生產(chǎn)工藝復雜、原材料和能量消耗多，而且對環(huán)境污染嚴重。通過N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMM0)作為直接溶劑溶解蘆葦纖維素的工藝的出現(xiàn)，可以很好地解決這些問題，而且產(chǎn)品的力學性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法。我們選擇NMMO工藝，其無毒無害且 99. 5% -99. 7%可回收利用，屬于綠色循環(huán)、環(huán)保低碳經(jīng)濟。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種以廉價草本植物蘆葦為原料，通過無毒、無害、環(huán)保的NMMO工藝制備纖維素纖維的方法。
本發(fā)明的技術方案
—種以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，包括以下步驟
1)將收割的蘆葦風干或烘干后，切成I-IOcm長的碎料，篩選除塵備用；
2)將蘆葦碎料浸漬在氫氧化鈉溶液中進行預浸處理，溫度為常溫-100，時間為 4-24小時；
3)將經(jīng)過預浸處理的蘆葦碎料進行堿液蒸煮，得到蘆葦纖維素溶液；
4)將上述蘆葦纖維素溶液過濾分離濾液，將經(jīng)堿水蒸煮的蘆葦纖維素水洗脫膠， 直至纖維素溶液的PH為7-8，然后擠壓脫水，得到蘆葦纖維素；
5)將脫水后的蘆葦纖維素浸漬在碳酸鈉水溶液中，然后擠壓脫水；
6)將上述脫水后的蘆葦纖維素用稀酸洗滌，然后擠壓脫水；
7)重復步驟幻與6)進行二次碳酸鈉水溶液浸漬和二次稀酸洗滌并擠壓脫水，將蘆葦纖維素干燥后抖松備用；
8)將上述蘆葦纖維素溶解于N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)中，同時加入抗氧化劑，浸泡2-4小時使其溶脹，然后加熱到80°C -100°C并抽真空，至真空度為-0. IMPa時停止，每隔半小時再抽一次真空至真空度為-0. IMPa時停止，直至蘆葦纖維素完全溶解，得到透明琥珀色的蘆葦纖維素NMMO溶液，蘆葦纖維素在蘆葦纖維素NMMO溶液中的質(zhì)量百分比濃度為5-13% ；
9)將上述蘆葦纖維素NMMO溶液，通過噴絲設備制成蘆葦纖維素纖維，將蘆葦纖維素纖維用去離子水凝固浴凝固，然后水洗殘余ΝΜΜ0，再用甘油水溶液塑化，取出干燥后即可制得蘆葦纖維素纖維。
所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量百分比濃度為8-17%，蘆葦碎料與氫氧化鈉溶液的用量比為 IKg 6-10L。
所述蘆葦碎料進行堿液蒸煮的溫度為100°C、沸煮時間為2-3小時。
所述碳酸鈉水溶液的濃度為8_12g/L，蘆葦纖維素與碳酸鈉水溶液的用量比為 IKg 5-10L，浸漬時間為5-10分鐘。
所述稀酸為稀鹽酸或稀硫酸，其濃度為0. 15-0. 5mol/L，蘆葦纖維素與稀酸的用量比為IKg 8-15L，洗滌時間為5-8分鐘。
所述二次稀酸洗滌后增加漂白處理，即將脫水后的蘆葦纖維素置于質(zhì)量百分比濃度為0. 05-0. 2%的次氯酸鈉水溶液中，常溫浸泡30-60秒，得到白色蘆葦纖維素。
所述N-甲基嗎啉-N-氧化物的質(zhì)量百分比濃度為40-60%。
所述抗氧化劑為丁基羥基茴香醚、二丁基羥基甲苯、沒食子酸丙酯和特丁基對苯二酚中的一種或任意比例的兩種，抗氧化劑的加入量為蘆葦纖維素質(zhì)量的0. 1-0. 2%。
所述甘油水溶液的體積百分比濃度為10-30%，蘆葦纖維素纖維與甘油水溶液的質(zhì)量比為1 18-22，塑化溫度為40-50°C，時間為50-70分鐘。
本發(fā)明的優(yōu)點是該纖維素纖維以廉價草本植物蘆葦為原料，通過無毒、無害、環(huán)保的NMMO工藝制備，工藝簡單、易于實施，能量消耗少、生產(chǎn)成本低，而且對環(huán)境友好，具有廣泛的應用價值。
具體實施方式
以下結合具體的實例對本發(fā)明的技術方案作進一步說明
實施例1
一種以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，包括以下步驟
1)將收割的蘆葦風干后，切成I-IOcm長的碎料，篩選除塵備用；
2)將0. 5kg蘆葦碎料浸漬在5L質(zhì)量百分比濃度為10%的氫氧化鈉溶液中進行預浸處理，常溫浸泡6小時；
3)將經(jīng)過預浸處理的蘆葦碎料進行堿液蒸煮2小時，得到蘆葦纖維素溶液；
4)將上述蘆葦纖維素溶液過濾分離濾液，將經(jīng)堿水蒸煮的蘆葦纖維素水洗脫膠， 直至纖維素溶液無色且PH為8，然后擠壓脫水，得到蘆葦纖維素；
5)將脫水后的蘆葦纖維素浸漬在4L濃度為9g/L的碳酸鈉水溶液中，浸漬時間為 7分鐘，然后擠壓脫水；
6)將上述脫水后的蘆葦纖維素用5L濃度為0. 3mol/L的稀鹽酸洗滌，洗滌時間為 7分鐘，然后擠壓脫水；
7)重復步驟幻與6)進行二次碳酸鈉水溶液浸漬和二次稀酸洗滌并擠壓脫水，將蘆葦纖維素在鼓風干燥箱中干燥后抖松備用；
8)將15g上述蘆葦纖維素溶解于200ml質(zhì)量百分比濃度為50%的市售N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)中，同時加入0. 015g沒食子酸丙酯抗氧化劑，浸泡2小時使其溶脹， 然后加熱到90°C并抽真空，至真空度為-0. IMPa時停止，每隔半小時再抽一次真空至真空度為-0. IMPa時停止，直至蘆葦纖維素完全溶解，得到透明琥珀色的蘆葦纖維素NMMO溶液， 蘆葦纖維素在蘆葦纖維素NMMO溶液中的質(zhì)量百分比濃度為13% ；
9)將上述蘆葦纖維素NMMO溶液，通過噴絲設備制成蘆葦纖維素纖維，將蘆葦纖維素纖維用去離子水凝固浴凝固，然后水洗殘余ΝΜΜ0，再用體積百分比濃度為10%、溫度為 40°C的甘油水溶液塑化55分鐘，取出干燥后即可制得蘆葦纖維素纖維。
實施例2
一種以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，包括以下步驟
1)將收割的蘆葦烘干后，切成I-IOcm長的碎料，篩選除塵備用；
2)將0. 5kg蘆葦碎料浸漬在4L質(zhì)量百分比濃度為12%的氫氧化鈉溶液中進行預浸處理，常溫浸泡6小時；
3)將經(jīng)過預浸處理的蘆葦碎料進行堿液蒸煮3小時，得到蘆葦纖維素溶液；
4)將上述蘆葦纖維素溶液過濾分離濾液，將經(jīng)堿水蒸煮的蘆葦纖維素水洗脫膠， 直至纖維素溶液無色且PH為8，然后擠壓脫水，得到蘆葦纖維素；
5)將脫水后的蘆葦纖維素浸漬在4L濃度為10g/L的碳酸鈉水溶液中，浸漬時間為 8分鐘，然后擠壓脫水；
6)將上述脫水后的蘆葦纖維素用5L濃度為0. 4mol/L的稀鹽酸洗滌，洗滌時間為 6分鐘，然后擠壓脫水；
7)重復步驟幻與6)進行二次碳酸鈉水溶液浸漬和二次稀酸洗滌并擠壓脫水，將脫水后的纖維素置于質(zhì)量分數(shù)為0. 次氯酸鈉水溶液中常溫浸泡40秒，取出脫水，將漂白后的蘆葦纖維素在鼓風干燥箱中干燥后抖松備用；
8)將IOg上述蘆葦纖維素溶解于200ml質(zhì)量百分比濃度為50%的市售N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)中，加入0. 015g 丁基羥基茴香醚抗氧化劑，浸泡2. 5小時使其溶脹， 然后加熱到85°C并抽真空，至真空度為-0. IMPa時停止，每隔半小時再抽一次真空至真空度為-0. IMPa時停止，直至蘆葦纖維素完全溶解，得到透明琥珀色的蘆葦纖維素NMMO溶液， 蘆葦纖維素在蘆葦纖維素NMMO溶液中的質(zhì)量百分比濃度為9% ；
9)將上述蘆葦纖維素NMMO溶液，通過噴絲設備制成蘆葦纖維素纖維，將蘆葦纖維素纖維用去離子水凝固浴凝固，然后水洗殘余ΝΜΜ0，再用體積百分比濃度為20%、溫度為 40°C的甘油水溶液塑化60分鐘，取出干燥后即可制得白色蘆葦纖維素纖維。
實施例3
一種以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，包括以下步驟
1)將收割的蘆葦風干后，切成I-IOcm長的碎料，篩選除塵備用；
2)將0. 5kg蘆葦碎料浸漬在3L質(zhì)量百分比濃度為16%的氫氧化鈉溶液中進行預浸處理，常溫浸泡4小時；
3)將經(jīng)過預浸處理的蘆葦碎料進行堿液蒸煮3小時，得到蘆葦纖維素溶液；
4)將上述蘆葦纖維素溶液過濾分離濾液，將經(jīng)堿水蒸煮的蘆葦纖維素水洗脫膠，直至纖維素溶液無色且PH為8，然后擠壓脫水，得到蘆葦纖維素；
5)將脫水后的蘆葦纖維素浸漬在3L濃度為9g/L的碳酸鈉水溶液中，浸漬時間為 9分鐘，然后擠壓脫水；
6)將上述脫水后的蘆葦纖維素用6L濃度為0. 2mol/L的稀硫酸洗滌，洗滌時間為 7分鐘，然后擠壓脫水；
7)重復步驟幻與6)進行二次碳酸鈉水溶液浸漬和二次稀酸洗滌并擠壓脫水，將蘆葦纖維素在鼓風干燥箱中干燥后抖松備用；
8)將12g上述蘆葦纖維素溶解于200ml質(zhì)量百分比濃度為50%的市售N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)中，同時加入0.015g二丁基羥基甲苯抗氧化劑，浸泡3小時使其溶脹， 然后加熱到100°C并抽真空，至真空度為-0. IMPa時停止，每隔半小時再抽一次真空至真空度為-0. IMPa時停止，直至蘆葦纖維素完全溶解，得到透明琥珀色的蘆葦纖維素NMMO溶液， 蘆葦纖維素在蘆葦纖維素NMMO溶液中的質(zhì)量百分比濃度為10% ；
9)將上述蘆葦纖維素NMMO溶液，通過噴絲設備制成蘆葦纖維素纖維，將蘆葦纖維素纖維用去離子水凝固浴凝固，然后水洗殘余ΝΜΜ0，再用體積百分比濃度為15%、溫度為 45°C的甘油水溶液塑化55分鐘，取出干燥后即可制得蘆葦纖維素纖維。
權利要求
1.一種以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，其特征在于包括以下步驟1)將收割的蘆葦風干或烘干后，切成I-IOcm長的碎料，篩選除塵備用；2)將蘆葦碎料浸漬在氫氧化鈉溶液中進行預浸處理，溫度為常溫-100，時間為4-M小時；3)將經(jīng)過預浸處理的蘆葦碎料進行堿液蒸煮，得到蘆葦纖維素溶液；4)將上述蘆葦纖維素溶液過濾分離濾液，將經(jīng)堿水蒸煮的蘆葦纖維素水洗脫膠，直至纖維素溶液的PH為7-8，然后擠壓脫水，得到蘆葦纖維素；5)將脫水后的蘆葦纖維素浸漬在碳酸鈉水溶液中，然后擠壓脫水；6)將上述脫水后的蘆葦纖維素用稀酸洗滌，然后擠壓脫水；7)重復步驟幻與6)進行二次碳酸鈉水溶液浸漬和二次稀酸洗滌并擠壓脫水，將蘆葦纖維素干燥后抖松備用；8)將上述蘆葦纖維素溶解于N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)中，同時加入抗氧化劑， 浸泡2-4小時使其溶脹，然后加熱到80°C -100°C并抽真空，至真空度為-0. IMPa時停止，每隔半小時再抽-次真空至真空度為-0. IMI^a時停止，直至蘆葦纖維素完全溶解，得到透明琥珀色的蘆葦纖維素NMMO溶液，蘆葦纖維素在蘆葦纖維素NMMO溶液中的質(zhì)量百分比濃度為 5-13% ；9)將上述蘆葦纖維素NMMO溶液，通過噴絲設備制成蘆葦纖維素纖維，將蘆葦纖維素纖維用去離子水凝固浴凝固，然后水洗殘余ΝΜΜ0，再用甘油水溶液塑化，取出干燥后即可制得蘆葦纖維素纖維。
2.根據(jù)權利要求1所述以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，其特征在于所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量百分比濃度為8-17%，蘆葦碎料與氫氧化鈉溶液的用量比為Ikg 6-10L。
3.根據(jù)權利要求1所述以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，其特征在于所述蘆葦碎料進行堿液蒸煮的溫度為100°c、沸煮時間為2-3小時。
4.根據(jù)權利要求1所述以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，其特征在于所述碳酸鈉水溶液的濃度為8-12g/L，蘆葦纖維素與碳酸鈉水溶液的用量比為Ikg 5-10L，浸漬時間為5-10分鐘。
5.根據(jù)權利要求1所述以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，其特征在于所述稀酸為稀鹽酸或稀硫酸，其濃度為0.15-0. 5mol/L，蘆葦纖維素與稀酸的用量比為Ikg 8-15L， 洗滌時間為5-8分鐘。
6.根據(jù)權利要求1所述以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，其特征在于所述二次稀酸洗滌后增加漂白處理，即將脫水后的蘆葦纖維素置于質(zhì)量百分比濃度為0. 05-0. 2%的次氯酸鈉水溶液中，常溫浸泡30-60秒，得到白色蘆葦纖維素。
7.根據(jù)權利要求1所述以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，其特征在于所述N-甲基嗎啉-N-氧化物的質(zhì)量百分比濃度為40-60%。
8.根據(jù)權利要求1所述以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，其特征在于所述抗氧化劑為丁基羥基茴香醚、二丁基羥基甲苯、沒食子酸丙酯和特丁基對苯二酚中的一種或任意比例的兩種，抗氧化劑的加入量為蘆葦纖維素質(zhì)量的0. 1-0. 2%。
9.根據(jù)權利要求1所述以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，其特征在于所述甘油水溶液的體積百分比濃度為10-30%，蘆葦纖維素纖維與甘油水溶液的質(zhì)量比為.1 18-22，塑化溫度為40-50°C，時間為50-70分鐘。
全文摘要
一種以蘆葦為原料制備纖維素纖維的方法，步驟如下1)將蘆葦干燥后切碎；2)堿液中預浸漬；3)堿液蒸煮；4)過濾后將蘆葦纖維素水洗脫膠；5)在碳酸鈉水溶液中浸漬；6)稀酸洗滌后擠壓脫水；7)重復步驟5)與6)進行二次浸漬和洗滌；8)將蘆葦纖維素溶解于NMMO中，加入抗氧化劑浸泡溶脹，然后分時加熱并抽真空，直至蘆葦纖維素完全溶解，得到蘆葦纖維素NMMO溶液；9)噴絲制成纖維，去離子水凝固，水洗殘余NMMO，再用甘油水溶液塑化，取出干燥即可。本發(fā)明的優(yōu)點該纖維素纖維以蘆葦為原料，通過無毒、無害、環(huán)保的NMMO工藝制備，工藝簡單、易于實施，能量消耗少、生產(chǎn)成本低，對環(huán)境友好，具有廣泛的應用價值。
文檔編號D01F2/00GK102517667SQ20111041493
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權日2011年12月13日
發(fā)明者李文江, 潘美玲 申請人:天津理工大學