專利名稱：二次加溶劑物理溶解草植物纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植物纖維的物理溶解方法，特別是指用人工種植的咸水草 (俗稱三角黃草)為原料提取植物纖維后，用物理溶解方法制備纖維素纖 維原液的方法。
背景技術(shù)：
近年來，對(duì)可再生資源植物纖維的利用，引起了人們的廣泛興趣。植 物纖維材料再生速度快，產(chǎn)量巨大，是具有天然降解性的環(huán)境友好型生物 原料，在新能源、紡織、建筑等領(lǐng)域得到越來越多的利用，已成為各國(guó)環(huán) 境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要方面之一。
將植物纖維在溶劑中進(jìn)行物理溶解，特別是用具有可回收的N-曱基氧 化嗎啉(NMMO)作為溶劑物理溶解植物纖維的方法，具有無污染，環(huán)境 友好等特點(diǎn)。用NMMO溶劑法制備的纖維素纖維(Lyocell類纖維)是一 種新型高檔紡織原料，用其制備的各類服裝，穿著舒適，吸水、透濕性好， 具有懸垂性和蠶絲的柔軟質(zhì)態(tài)，而且易于降解，被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色紡 織材料。
目前大部分用NMMO做溶劑物理溶解植物纖維的工作都集中于木漿 纖維，木材纖維比禾本科及莎草科草植物纖維的纖維素含量高，纖維長(zhǎng)， 雜細(xì)胞長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)外已有很多公開的以木材制成的纖維素漿粕為原料生產(chǎn)纖 維素纖維的專利，如美國(guó)專利US 3447939、 US 3447956和US 3508941等。 但隨著林木資源日益緊缺，已不能滿足人們對(duì)Lyocell纖維原料的需求趨 勢(shì)，因此，尋找新的原材料來制成纖維素漿粕成為當(dāng)務(wù)之急。近年來，國(guó) 內(nèi)外紡織科學(xué)工作者開始致力于竹纖維的研究開發(fā)，因而促使竹材在紡織 領(lǐng)域中的應(yīng)用得到了發(fā)展。目前，已有些專利涉及用竹子材料作為纖維素 漿粕原料，如中國(guó)專利CN1385287及中國(guó)專利申請(qǐng)CN1381620公開了制 備竹材粘膠纖維的方法，中國(guó)專利CN1383965公開了用NMMO制備竹纖 維素纖維的方法。
我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，草本植物資源非常豐富，多為一年生作物，產(chǎn)量多， 如在紹興附近大量人工種植的咸水草(俗稱三角黃草)。這種三角黃草，
一年可收獲兩季，徑高在1.5-1.8米左右，徑桿呈三角形。此草一生抗病 蟲能力強(qiáng)，無需農(nóng)藥防治，為綠色無污染環(huán)保型產(chǎn)品。目前主要使用此種 草作為編織工藝品的原料，其產(chǎn)品光滑柔軟，質(zhì)地堅(jiān)韌，兼有工藝性和實(shí) 用性，深受國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者青睞。擴(kuò)展這種人工種植的草產(chǎn)品優(yōu)良的植物纖 維性能，改變只能作為編織工藝品的傳統(tǒng)使用方法，開發(fā)新型具有可紡性 的咸水草植物纖維，不但能大幅降低種植收割的成本，而且擴(kuò)大草產(chǎn)品的
使用規(guī)模，增加地方特色產(chǎn)業(yè)，具有持續(xù)發(fā)展前景。
中國(guó)專利申請(qǐng)CN 101165230公開了 一種從人工種植的咸水草中提取 植物纖維的方法，原料三黃草經(jīng)過干燥—碾壓—堿液煮練—脫水—碳酸鈉 溶液浸漬—脫水-稀酸處理洗滌—脫水-^岌酸鈉溶液浸漬-脫水—稀酸 處理洗滌—水洗—脫水—干燥制備成草纖維漿粕。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種原料來源廣泛，可以有效提高植物纖維的溶解速度 的物理溶解草植物纖維的方法。
一種二次加溶劑物理溶解草植物纖維的方法，包括
(1) 將草植物纖維漿粕磨碎，加入N-氧化曱基嗎啡的水溶液中，制 得草植物纖維漿粕重量與N-氧化曱基嗎啡重量比為1: 4的懸浮液，加入 懸浮液總重量0.5-1.5%的氯化銨，常壓加熱至60。C-80。C,攪拌至漿粥狀， 調(diào)整懸浮液的pH值至8-10，靜置過夜；也可在調(diào)整懸浮液pH范圍后， 加入草植物纖維漿粕重量0.5%的正丙基沒食子酸鹽作為抗氧化劑；
(2) 將步驟(1 )制得的草植物纖維懸浮液于70-90。C靜置30-50min 后攪拌，減壓蒸餾，當(dāng)懸濁液中N-氧化甲基嗎啡與水的摩爾比為1:4-5時(shí)， 向懸浮液中加入的固態(tài)N-氧化曱基嗎啡粉末，使懸浮液中草植物纖維漿 粕的重量百分含量達(dá)10%-16%;
(3) 90-ll(TC繼續(xù)對(duì)懸浮液減壓蒸餾，直至草植物纖維漿粕完全溶解； 減壓蒸餾至懸浮液中N-氧化曱基嗎啡與水的摩爾比為1:0.7-1時(shí)，生產(chǎn)的 纖維素纖維具有較大的可紡性和彈性。
由本發(fā)明方法制得的草纖維漿粕完全溶解的溶液為琥珀色透明無氣
泡的紡絲原液，粘度400-1000Pa.S,折光指數(shù)為1.4830-1.4860。反應(yīng)釜內(nèi) 紡絲原料出料前，停止攪拌和抽真空，充入壓力l-5kg/cm、々N2,經(jīng)過濾 后，在90-100。C下擠壓噴絲，拉伸并水相凝固得到草纖維素纖維。
所述的草植物纖維漿粕可采用公開號(hào)CN101165230的發(fā)明專利申請(qǐng) 公開的方法制備。
NMMO水合物的7jc合數(shù)目(n)對(duì)它的流變性能和在這水合物中的纖 維素溶液的狀態(tài)有重要的影響。n=0.7-l的NMMO水合物生產(chǎn)的纖維素纖 維具有較大的可紡性和彈性。加入正丙基沒食子酸鹽用來作為抗氧化劑可 以明顯降低植物纖維的氧化，加入氯化銨及調(diào)節(jié)溶液的pH值到8-10，紡 絲原液具有更好的可紡性。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于，釆用草本植物纖維漿粕為原料，原料來源廣 泛，在溶解草植物纖維漿粕的過程中先采用NMMO水溶液溶脹草纖維， 之后在減壓蒸餾分水到一定程度時(shí)加入固態(tài)NMMO粉末，以使NMMO 與水的摩爾比盡快的小于1: 3，因而草纖維漿粕的溶解速度加快，制成 草植物纖維紡絲原液。
草植物纖維漿粕易于在溶劑中溶脹和溶解，因此，在制備草纖維紡絲 原液時(shí)漿粕所需浸泡及溶解的時(shí)間均比木、棉漿粕時(shí)間短，所制得的紡絲 原液粘度較低，因而具有可紡性好等特點(diǎn)，可制得各種品種與規(guī)格的草纖 維素纖維。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
將125克草植物纖維漿粕粉碎為0.5厘米左右的碎片后，加入到1000g 含有50。/cNMMO的水溶液中，加入草纖維漿粕量0.5%的氯化銨，在常壓 60。C-8(TC條件，在密閉反應(yīng)釜中以100-200r/min攪拌60分鐘，成漿粥狀， 浸潤(rùn)靜置過夜；將上述的草植物纖維漿粕懸浮液于9(TC溫度下靜止浸泡 30-50 min，然后開動(dòng)攪拌器以100 ~ 130r/min轉(zhuǎn)速攪拌物料，抽真空至真 空度達(dá)到80000Pa左右，維持該溫度及真空度，不斷去掉物料中的水分， 1 -2h后，NMMO與水的摩爾比約為1: 4-5;向混合物中加入225克NMMO 粉末，充分?jǐn)嚢?，增加體系中NMMO含量及進(jìn)一步降低體系中NMMO 的結(jié)合水?dāng)?shù)，以加快草纖維漿粕的溶解速度；抽真空至真空度達(dá)到
90000Pa左右，ll(TC油浴加熱，經(jīng)過l-2h后，NMMO與水的摩爾比達(dá)到 1: 0.7-1時(shí)，體系中使該纖維素懸浮液在攪拌容器中均質(zhì)化，體系棕黑色 透明溶液，纖維素在溶劑中完全溶解，部分草纖維發(fā)生氧化現(xiàn)象。
實(shí)施例2:
將128克草植物纖維漿粕粉碎為0.5厘米左右的碎片后，加入到1000g 含有50%NMMO的水溶液中，加入草纖維漿粕量0.5%的氯化銨，在常壓 60。C-80。C條件，在密閉反應(yīng)釜中以100-200r/min攪拌60分鐘，成漿粥狀， 向懸浮液中加入0.5 wt% (相對(duì)于草纖維的含量)正丙基沒食子酸鹽用來 作為抗氧化劑，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)懸浮液的pH值為9，浸潤(rùn)靜置過夜；將 上述的草纖維漿粕懸浮液于90。C溫度下靜止浸泡30-50 min，然后開動(dòng)攪 拌器以100~ 130r/min轉(zhuǎn)速攪拌物料，抽真空至真空度達(dá)到80000Pa左 右，維持該溫度及真空度，不斷蒸去物料中的水分，l-2h后，NMMO與 水的摩爾比約為1: 4-5;向混合物中加入293克NMMO粉末，充分?jǐn)嚢瑁?以加快草植物纖維漿粕的溶解速度，增加體系中NMMO的含量及進(jìn)一步 降低體系中NMMO的結(jié)合水?dāng)?shù)；抽真空至真空度達(dá)到90000Pa左右，110 。C油浴加熱，經(jīng)過l 2h后，NMMO與水的摩爾比達(dá)到1: 1時(shí)，體系中 使該纖維素懸浮液在攪拌容器中均質(zhì)化，體系深黃色透明溶液，纖維素在 溶劑中完全溶解。
將上述紡絲原液，在紡絲溫度為90。C的條件下，經(jīng)壓力為5kg/cm2 的氮?dú)鈮喝腩A(yù)過濾器過濾后進(jìn)入計(jì)量泵，然后由不同孔徑的噴絲頭噴出； 室溫下，噴出的原液細(xì)流先經(jīng)過長(zhǎng)度為3Omm的氣隙，再進(jìn)入NMMO濃 度為20-30%、長(zhǎng)度為2m的凝固浴中凝固成形，拉伸，水洗，得到草纖 維素纖維。
權(quán)利要求
1、一種二次加溶劑物理溶解草植物纖維的方法，包括(1)將草植物纖維漿粕磨碎，加入N-氧化甲基嗎啡的水溶液中，制得草植物纖維漿粕重量與N-氧化甲基嗎啡重量比為1∶4的懸浮液，加入懸浮液總重量0.5-1.5％的氯化銨，常壓加熱至60℃-80℃，攪拌至漿粥狀，調(diào)整懸浮液的pH值至8-10，靜置過夜；(2)將步驟(1)制得的草植物纖維懸浮液于70-90℃靜置30-50min后攪拌，減壓蒸餾，當(dāng)懸濁液中N-氧化甲基嗎啡與水的摩爾比為1∶4-5時(shí)，向懸浮液中加入固態(tài)N-氧化甲基嗎啡粉末，使懸浮液中草植物纖維漿粕的重量百分含量為10％-16％；(3)90-110℃繼續(xù)對(duì)懸浮液減壓蒸餾，直至草植物纖維漿粕完全溶解。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述的步驟(l)中，調(diào) 整懸浮液pH范圍后，加入正丙基沒食子酸鹽。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的正丙基沒食子酸 鹽的加入量為草植物纖維漿粕重量的0.5%。
4、 如權(quán)利要求l-3任一所述的方法，其特征在于所述的步驟(3) 中繼續(xù)對(duì)懸浮液減壓蒸餾，使懸浮液中N-氧化曱基嗎啡與水的摩爾比為 1:0.7-1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二次加溶劑物理溶解草植物纖維的方法，包括將草植物纖維漿粕磨碎，加入N-氧化甲基嗎啡的水溶液中，制得草植物纖維漿粕重量與NMMO重量比為1∶4的懸浮液，減壓蒸餾，當(dāng)懸濁液中N-氧化甲基嗎啡與水的摩爾比為1∶4-5時(shí)，向懸浮液中加入固態(tài)N-氧化甲基嗎啡粉末，使懸浮液中草植物纖維漿粕的重量百分含量達(dá)10％-16％；繼續(xù)對(duì)懸浮液減壓蒸餾，使草植物纖維漿粕完全溶解。本發(fā)明原料來源廣泛，制備時(shí)間短，所制得的紡絲原液粘度較低，因而具有可紡性好等特點(diǎn)，可制得各種品種與規(guī)格的草纖維素纖維。
文檔編號(hào)D01D1/02GK101353824SQ200810120740
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者單興海, 李文江 申請(qǐng)人:浙江大學(xué);紹興市東江工藝編織有限公司