專利名稱：以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其屬于綠色環(huán)保制程制造天然纖維素纖維的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，主要是將紡絲后的天然纖維素纖維，經(jīng)捻絲、裁切及干燥而制成天然纖維素纖維人工水苔，其PH值介于6.0 7.22之間，且EC值趨近于OmS/cm所含的鹽類離子極少，故屬于中性及純凈的介質(zhì)，而與天然水苔相較下更適合作為蘭花的栽培介質(zhì)。
背景技術(shù)：
天然水苔(Sphagnum moss)是臺灣蘭花生產(chǎn)的主要栽培介質(zhì),其是一種低等植物，如線條狀生長于多濕的溫帶林中，柔軟如棉而富彈性，其吸水及干燥后情形有如海綿，目前臺灣使用的天然水苔大部分由智利、紐西蘭及大陸等地進(jìn)口，估計每年消費量約1，100公噸，近年來，天然水苔由于大量采集，同時受水災(zāi)及自然生態(tài)變化影響，導(dǎo)致產(chǎn)量逐漸減少、成本提高，且采收時部分天然水苔因與土壤混合生長，而遭受嚴(yán)重的鐮孢菌(Fusariumoxysporum)感染，以致使得品質(zhì)不甚穩(wěn)定,并影響日后蘭花種植的品質(zhì)。因此，利用紡紗技術(shù)生產(chǎn)合成或半合成纖維所制成的人工水苔乃因應(yīng)而生，其具有產(chǎn)制效率高、品質(zhì)均一及無病蟲害帶原等優(yōu)點，并已有逐漸取代天然水苔的趨勢；然而，目前合成或半合成纖維人工水苔均屬于聚酯類(Polyester)或聚酰氨類(Polyamide)聚合物，所采用的制程為嫘縈(viscose rayon)、銅氨潔縈(Cuprammonium rayon)、醋酸纖維(Acetate)等傳統(tǒng)紡絲制程，其嫘縈粘液是使用濕式紡絲來生產(chǎn)，故所需流程十分繁雜，且紡絲速度亦慢而耗時甚久，并導(dǎo)致大量生產(chǎn)的成本較高，此外，在制程中所排放的物質(zhì)污染性高，極易造成環(huán)境的污染，再者，該聚酯類(Polyester)或聚酰氨類(Polyamide)聚合物纖維因?qū)儆诓豢扇芙庑岳w維，常隨著人工水苔栽培介質(zhì)的用量越來越多下，促使其廢棄量亦隨之增加，反而再次對環(huán)境 形成污染源，完全不能符合長期性環(huán)保的要求。有鑒于上述合成或半合成纖維人工水苔的缺失，本發(fā)明的發(fā)明人乃應(yīng)用自己先前所研發(fā)成功的天然纖維素纖維制法的技術(shù)(已分別獲得臺灣發(fā)明專利第1330208號及美國發(fā)明專利第US8092732號在案)，再加以創(chuàng)新完成本發(fā)明，并經(jīng)實驗證明其各項性能均能符合蘭花栽培介質(zhì)的要求，且在大量生產(chǎn)速度上，亦比現(xiàn)有合成或半合成纖維人工水苔的生產(chǎn)速度更快。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在提供一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，是將天然木漿與氧化甲基瑪琳(NMMO)溶劑以適當(dāng)比例調(diào)配成漿液，并摻入抗聚合度衰退安定劑，經(jīng)溶解后去除水分形成紡絲的黏液(dope),再以干噴濕式紡絲法(dry-jet wet spinning),將黏液從紡口中擠壓出來，并進(jìn)入凝固浴中凝固再生成絲，經(jīng)水洗后進(jìn)行捻絲，最后經(jīng)由裁切及干燥即制得天然纖維素纖維人工水苔；其中，捻絲是采用側(cè)邊喂紗的中空錠子方式，將數(shù)條天然纖維素纖維絲束合捻(twist)起來，并在進(jìn)行合捻時同步加入一條包覆絲(coverfilament)，而將整個絲束充分纏繞包覆，可防止后續(xù)進(jìn)行裁切時發(fā)生退捻的狀態(tài)，此外，該中空錠子采用定齒皮帶與高速馬達(dá)進(jìn)行連結(jié)傳動，除可避免高速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生滑溜外，更可提高量產(chǎn)天然纖維素纖維人工水苔的速度，進(jìn)而達(dá)成快速量產(chǎn)與降低整體量產(chǎn)制造的成本，使其更具有市場競爭性。本發(fā)明的另一目的是在提供一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其制程的溶劑可做充分循環(huán)使用，且摻入的抗聚合度衰退安定劑具有減少衰退及簡化精制的功效，而使得溶劑的損耗率低，回收率可達(dá)99.5%以上，故不會造成環(huán)境污染。本發(fā)明的又一目的乃在提供一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其制得的天然纖維素纖維人工水苔屬于可溶解性纖維，使用后丟棄不會對環(huán)境再次造成污染源，故能符合長期性環(huán)保的要求。本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其步驟包含:
(a)將天然木衆(zhòng)與氧化甲基瑪琳(N-methylmorpholineN-oxide,簡稱ΝΜΜ0)溶劑混合成衆(zhòng)液，另摻入苯基惡唑(1，3-phenylene - bis 2_oxazoline,BOX)安定劑,使其相混合調(diào)配成一定比例的初漿液；其中，該選用天然木漿的纖維素是為α-纖維素含量在65%以上的長纖維或短纖維，且其纖維素聚合度(degree of polymerization,簡稱DP)為500 1200 ；
(b)使用高速攪拌機(jī)，將步驟(a)的初漿液置入后，以50°C 70°C低溫進(jìn)行高速攪碎，并藉由氧化甲基瑪琳(NMMO)對纖維素膨潤性大、溶解性高及溶解速率快等功效，來達(dá)成快速相互混合溶解；
(c)使用真空薄膜蒸發(fā)器蒸發(fā)多余的水分，以80°C 120°C加熱，于5分鐘內(nèi)排除水分至5% 13%，即可將纖維 素溶解成紡絲的黏液(dope)；
(d)以計量泵(pump)將黏液送入紡絲機(jī)，再以干噴濕式紡絲法(dry-jetwetspinning)，將黏液從紡絲機(jī)的紡口中擠壓出來形成纖維素絲束；
Ce)噴出水霧使纖維素絲束經(jīng)凝固浴凝固而再生成紡絲，再以潔凈的水漂洗；
Cf)進(jìn)行捻絲，采用側(cè)邊喂紗的中空錠子方式，將數(shù)條天然纖維素纖維絲束合捻(twist)起來，喂入的每一天然纖維素纖維絲束的丹尼數(shù)約為2，500d，合捻后的總丹尼數(shù)約為25，OOOd 30，000d,且在進(jìn)行合搶時同步加入一條包覆絲(cover filament),而將整個天然纖維素纖維絲束充分纏繞包覆，以防止經(jīng)由夾絲輪輸送至后續(xù)裁切時發(fā)生退捻的狀態(tài)；其中，該中空錠子由高速馬達(dá)帶動，并以定齒皮帶進(jìn)行兩者間的傳動連結(jié)，其轉(zhuǎn)速為I, 800r.p.m 10，800r.p.m,并將捻絲的捻度控制在200TPM 1，200TPM之間，而具有調(diào)整裁切后天然纖維素纖維人工水苔的松緊度，使其滿足不同吸水能力所應(yīng)有的不同松緊度的需求；
(g)裁切，依不同蘭花栽培介質(zhì)所需的長度，配合調(diào)整喂入夾絲輪的頻率，再裁切成不同長度需求的天然纖維素纖維人工水苔，其長度可控制在3cm 30 cm ;及
(h)最后，將裁切過的天然纖維素纖維人工水苔送入滾筒干燥機(jī)內(nèi)進(jìn)行干燥，烘干溫度為120°C 150°C，烘干時間約30分鐘 60分鐘，即可制得天然纖維素纖維人工水苔成品。該步驟(a)中氧化甲基瑪琳(NMMO)溶劑的濃度為45% 75%。該天然纖維素纖維人工水苔的pH值介于6.0 7.2之間。
該天然纖維素纖維人工水苔的EC值比天然水苔低3倍以上。


圖1為本發(fā)明的制造流程圖。圖2為本發(fā)明使用的氧化甲基瑪琳(N-methylmorpholine N-oxide,簡稱ΝΜΜ0)化學(xué)結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明中捻絲的作動示意圖。圖4為本發(fā)明的天然纖維素纖維人工水苔與天然水苔的外觀示意圖，其中，左圖為天然纖維素纖維人工水苔外觀圖，右圖為天然水苔外觀圖
圖5為不同水苔的干燥特性曲線圖。圖6為使用本發(fā)明的天然纖維素纖維人工水苔與天然水苔同時進(jìn)行蝴蝶蘭栽培試驗的生長示意圖之一；其中，上圖為天然水苔的生長示意圖，下圖為天然纖維素纖維人工水苔的生長示意圖。圖7為使用本發(fā)明的天然纖維素纖維人工水苔與天然水苔同時進(jìn)行蝴蝶蘭栽培試驗的生長示意圖之二。其中，左圖為天然水苔的生長示意圖，右圖為天然纖維素纖維人工水苔的生長示意圖。圖8為使用本發(fā)明的天然纖維素纖維人工水苔與天然水苔同時進(jìn)行蝴蝶蘭栽培試驗的生長示意圖之三。其中，左圖為天然水苔的生長示意圖，右圖為天然纖維素纖維人工水苔的生長示意圖。圖中具體標(biāo)號如下。1-天然纖維素纖維絲束2-包覆絲
3-天然纖維素纖維人工水苔 10-中空錠子
20-高速馬達(dá)30-定齒皮帶
40-夾絲輪50-裁刀。
具體實施例方式為進(jìn)一步說明本發(fā)明的制作流程與功效，茲佐以圖標(biāo)及各試驗實例詳細(xì)說明如后。請參閱圖1至圖4所示，本發(fā)明以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其步驟包含:
(a)將天然木衆(zhòng)與氧化甲基瑪琳(N-methylmorpholine N-oxide,簡稱ΝΜΜ0)溶劑混合的衆(zhòng)液內(nèi)，另摻入苯基惡唑(1，3-phenylene - bis 2-oxazoline,BOX)安定劑,使其相混合調(diào)配成一定比例的初漿液；其中，該選用天然木漿的纖維素是為α-纖維素含量在65%以上的長纖維或短纖維，且其纖維素聚合度(degree of polymerization,簡稱DP)為500 1200，該氧化甲基瑪琳(NMMO)的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。(b)使用高速攪拌機(jī)，將步驟(a)的初漿液置入后，以50°C 70°C低溫進(jìn)行高速攪碎，并藉由氧化甲基瑪琳(NMMO)對纖維素膨潤性大、溶解性高及溶解速率快等功效，來達(dá)成快速相互混合溶解。 (c)使用真空薄膜蒸發(fā)器蒸發(fā)多余的水分，以80°C 120°C加熱，于5分鐘內(nèi)排除水分至5% 13%，即可將纖維素溶解成紡絲的黏液(dope)。(d)以計量泵(pump)將黏液送入紡絲機(jī)，再以干噴濕式紡絲法(dry-jet wetspinning)，將黏液從紡絲機(jī)的紡口中擠壓出來形成纖維素絲束；
(e)噴出水霧使纖維素絲束經(jīng)凝固浴凝固而再生成紡絲，再以潔凈的水漂洗。(f)進(jìn)行捻絲，如圖3所示，是采用側(cè)邊喂紗的中空錠子10方式，將數(shù)條天然纖維素纖維絲束I合捻(twist)起來，喂入的每一天然纖維素纖維絲束I的丹尼數(shù)約為2，500d,合捻后的總丹尼數(shù)約為25，OOOd 30，OOOd,且在進(jìn)行合捻時同步加入一條包覆絲(coverfilament) 2,而將整個天然纖維素纖維絲束I充分纏繞包覆，以防止經(jīng)由夾絲輪40輸送至后續(xù)裁刀50進(jìn)行裁切時發(fā)生退捻的狀態(tài)，其中，該中空錠子10由高速馬達(dá)20帶動，并以定齒皮帶30進(jìn)行兩者間的傳動連結(jié)，其轉(zhuǎn)速為1，8001^.111 10，8001^.111，并將捻絲的捻度控制在200TPM 1，200TPM之間，而具有調(diào)整裁切后天然纖維素纖維人工水苔3的松緊度，使其滿足不同吸水能力所應(yīng)有的不同松緊度的需求。(g)裁切，如圖3所示，是依不同蘭花栽培介質(zhì)所需的長度，而配合調(diào)整喂入夾絲輪40的頻率，再用鎢鋼裁刀50裁切成不同長度需求的天然纖維素纖維人工水苔3，該天然纖維素纖維人工水苔3的長度可控制在3cm 30 cm。(h)最后，將裁切過的天然纖維素纖維人工水苔3送入滾筒干燥機(jī)內(nèi)進(jìn)行干燥，烘干溫度為120°C 150°C，烘干時間約30分鐘 60分鐘，即可制得天然纖維素纖維人工水苔3成品，其外觀形狀如圖4中的左圖所示(另圖4中的右圖是天然水苔的外觀圖示)。其中，步驟(a)中氧化甲基瑪琳(NMMO)溶劑的濃度為45% 75%。將本發(fā)明依上述步驟所完成的天然纖維素纖維人工水苔，進(jìn)行各項試驗并與天然水苔比較分析如下:
一、〔水苔通氣與吸水性量測方法〕:
水苔的物性量測標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序如下:
1.以3.5吋軟盆，底部排水口以膠帶或其它填塞工具加以密封，密閉性代表確定水分無法滲出。軟盆的容積(總體積)可以承置的水分總重量加以計算(Vp)。2.將待測水苔放置于軟盆內(nèi)，直到完全填滿。放入的水苔體積和軟盆體積(Vm)相同(Vm=Vp)。3.緩慢的加入水分，直到水苔飽和不再吸收水分。水分不可過滿而溢出軟盆之外，也不能造成水苔浮起而流到軟盆外面。4.靜置15分鐘，如果水面低下代表水苔需要持續(xù)加水，則再添加水分至水苔飽和，而維持軟盆表面水位整齊。5.紀(jì)錄所加入的水重(Wadd)。6.自軟盆底部撕去膠帶或移除填塞物，使水分自軟盆滴落，滴落的水分加以收集并稱重(Wdrop)，此水分滴落時間通常需要維持I小時以上。7.自軟盆內(nèi)取出水苔加以稱重(Wl)。8.潮濕的水苔放置烘箱內(nèi)，以70-80°C，烘干36小時以上，最后的干燥的水苔重量為W2。二、〔水苔物性的定義與計算方式〕:
1.總孔隙度(Total porosity, TP):代表在一定體積的水苔所能夠加入的水量(吸水量)，此數(shù)值代表此代表吸水能力，也可以用以評估通氣性能。
權(quán)利要求
1.一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其特征在于:其步驟包含: (a)將天然木漿與氧化甲基瑪琳溶劑混合成漿液，另摻入苯基惡唑安定劑，使其相混合調(diào)配成一定比例的初漿液；其中，該選用天然木漿的纖維素是為α-纖維素含量在65%以上的長纖維或短纖維，且其纖維素聚合度為500 1200 ； (b)使用高速攪拌機(jī)，將步驟(a)的初漿液置入后，以50°C 70°C低溫進(jìn)行高速攪碎，并藉由氧化甲基瑪琳對纖維素膨潤性大、溶解性高及溶解速率快等功效，來達(dá)成快速相互混合溶解； (c)使用真空薄膜蒸發(fā)器蒸發(fā)多余的水分，以80°C 120°C加熱，于5分鐘內(nèi)排除水分至5% 13%，即可將纖維素溶解成紡絲的黏液； Cd)以計量泵將黏液送入紡絲機(jī)，再以干噴濕式紡絲法，將黏液從紡絲機(jī)的紡口中擠壓出來形成纖維素絲束； Ce)噴出水霧使纖維素絲束經(jīng)凝固浴凝固而再生成紡絲，再以潔凈的水漂洗； (f)進(jìn)行捻絲，采用側(cè)邊喂紗的中空錠子方式，將數(shù)條天然纖維素纖維絲束合捻起來，喂入的每一天然纖維素纖維絲束的丹尼數(shù)約為2，500d，合捻后的總丹尼數(shù)約為25，OOOd 30，000d，且在進(jìn)行合捻時同步加入一條包覆絲，而將整個天然纖維素纖維絲束充分纏繞包覆，以防止經(jīng)由夾絲輪輸送至后續(xù)裁切時發(fā)生退捻的狀態(tài)；其中，該中空錠子由高速馬達(dá)帶動，并以定齒皮帶進(jìn)行兩者間的傳動連結(jié)，其轉(zhuǎn)速為1，8001^.111 10，8001^.111，并將捻絲的捻度控制在200TPM 1，200TPM之間，而具有調(diào)整裁切后天然纖維素纖維人工水苔的松緊度，使其滿足不同吸水能力所應(yīng)有的不同松緊度的需求； (g)裁切，依不同蘭花栽 培介質(zhì)所需的長度，配合調(diào)整喂入夾絲輪的頻率，再裁切成不同長度需求的天然纖維素纖維人工水苔，其長度可控制在3cm 30 cm ;及 (h)最后，將裁切過的天然纖維素纖維人工水苔送入滾筒干燥機(jī)內(nèi)進(jìn)行干燥，烘干溫度為120°C 150°C，烘干時間約30分鐘 60分鐘，即可制得天然纖維素纖維人工水苔成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其特征在于:該步驟(a)中氧化甲基瑪琳溶劑的濃度為45% 75%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其特征在于:該天然纖維素纖維人工水苔的pH值介于6.0 7.2之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其特征在于:該天然纖維素纖維人工水苔的EC值比天然水苔低3倍以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，是將天然木漿與氧化甲基瑪琳溶劑以適當(dāng)比例調(diào)配成漿液，去除水分后形成黏液，并以干噴濕式紡絲法紡絲，再經(jīng)凝固再生、水洗、捻絲、裁切及干燥而制得天然纖維素纖維人工水苔。
文檔編號D01F1/10GK103210826SQ20131014451
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者周文東, 賴明毅, 黃坤山 申請人:聚隆纖維股份有限公司