再生纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)纖維領(lǐng)域，具體涉及一種再生纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]再生纖維素纖維已廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)方面。目前已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)的再生纖維素纖維有:粘膠纖維、銅氨纖維、萊賽爾纖維等。粘膠纖維是堿纖維素與二硫化碳反應(yīng)生成纖維素磺酸酯，再經(jīng)溶解、再生制備的，生產(chǎn)過(guò)程包括堿化、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、熟成、過(guò)濾、脫泡、紡絲、水洗、脫硫、酸洗、上油、干燥等工序，工藝過(guò)程復(fù)雜，并且在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)釋放出CSjP H2S等有毒氣體和含重金屬的廢水，對(duì)大氣和水造成嚴(yán)重污染。銅氨纖維是以銅氨溶液為溶劑，經(jīng)溶解、噴絲、凝固、脫銅、酸洗、干燥等工序得到的纖維，在其生產(chǎn)過(guò)程中必須隔絕空氣，否則纖維素會(huì)發(fā)生劇烈的氧化降解，另外銅氨溶液消耗量大，回收困難，生產(chǎn)成本高，且污染嚴(yán)重，腐蝕設(shè)備，因此該工藝并沒(méi)有得到進(jìn)一步的發(fā)展。萊賽爾纖維是以N-甲基氧化嗎啉(簡(jiǎn)稱ΝΜΜ0)的水合物為溶劑制備的再生纖維素纖維，生產(chǎn)中的整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)需要全封閉，增加了運(yùn)行成本，限制了紡絲速度的提升和產(chǎn)品的多樣化發(fā)展，原因是整在不全封閉條件下會(huì)發(fā)生副反應(yīng)并形成副產(chǎn)物，導(dǎo)致纖維素降解、纖維永久或臨時(shí)性變色、產(chǎn)品性能下降、NMMO明顯分解、穩(wěn)定劑用量增加、熱失控反應(yīng)等。為此，研究者們正在努力尋找更加環(huán)境友好的纖維素溶劑。
[0003]目前已發(fā)現(xiàn)的新型纖維素溶劑有多種，但應(yīng)用于制備再生纖維素纖維方面的溶劑主要有兩種，一種是氫氧化鈉與添加劑(如尿素、硫脲、氧化鋅、聚乙二醇等)組成的復(fù)合體系，另一種是離子液體溶劑體系(如1- 丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽等)。氫氧化鈉/添加劑體系溶解纖維素時(shí)需要低溫環(huán)境(如_13°C -0°C )，該體系的溶解能力有限，只能溶解聚合度(DP)較低(如DP〈600)的纖維素原料，且所得紡絲液中纖維素的濃度一般低于6wt%。因此，由該體系制得的再生纖維素纖維的強(qiáng)度較低，嚴(yán)重制約了該溶劑體系的工業(yè)化進(jìn)程。而離子液體體系對(duì)纖維素具有良好的溶解能力，可以溶解高聚合度(DP>1000)的纖維素原料，并能制備高濃度(纖維素濃度范圍5% -20wt% )的紡絲液，因此具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。制備再生纖維素纖維的原料主要是高α-纖維素含量(一般在90%以上)的棉短絨漿或溶解木漿。這兩種漿柏受產(chǎn)地和生長(zhǎng)周期的影響較大，在我國(guó)出現(xiàn)了供給緊張的問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)主要依賴于國(guó)外進(jìn)口。
[0004]我國(guó)是竹材大國(guó)，且竹材的生長(zhǎng)周期短，其組成與木材相似，因此，采用竹材制備再生纖維素纖維的研究越來(lái)越多。竹莖主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，現(xiàn)有溶劑和技術(shù)只能溶解纖維素，不能溶解木質(zhì)素和半纖維素，為了保證纖維素的溶解和再生纖維產(chǎn)品的質(zhì)量，原料一般都需要經(jīng)過(guò)蒸煮、漂白等化學(xué)處理脫除其中的半纖維素和木質(zhì)素，處理過(guò)程中需要消耗大量的水和能量，并產(chǎn)生廢液、廢氣等，給環(huán)境帶來(lái)巨大壓力。而且，脫除的半纖維素和木質(zhì)素大多隨廢液排出或丟棄、燃燒，未被有價(jià)值地利用。因此，如何使新型溶劑溶解竹材中的全部組分、降低生產(chǎn)成本和減少污染成為目前制備再生纖維研究的重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種再生纖維制備方法，實(shí)現(xiàn)了竹莖全組分的充分利用，縮短了竹粉溶解時(shí)間，該方法具有工藝簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明還提供了一種再生纖維，具有良好的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。
[0007]—種再生纖維的制備方法，包括如下步驟:
[0008](I)制備竹粉；
[0009](2)制備紡絲液:將所述竹粉溶解到溫度為150-185Γ的溶劑中得到紡絲液，所述竹粉占所述竹粉和溶劑總質(zhì)量的5% -15%，所述溶劑為1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽或1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽和二甲基亞砜的混合液，所述混合液中1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽的含量彡60wt% ；
[0010](3)紡絲:當(dāng)所述竹粉質(zhì)量<所述竹粉和溶劑總質(zhì)量的10%時(shí)采用濕法紡絲，當(dāng)所述竹粉質(zhì)量多所述竹粉和溶劑總質(zhì)量的10%時(shí)采用濕法紡絲或干濕法紡絲，得到初生纖維；
[0011](4)將所述初生纖維制備成再生纖維。
[0012]進(jìn)一步的，所述溫度為165_175°C。
[0013]進(jìn)一步的，所述溶解時(shí)間為5-30min。
[0014]進(jìn)一步的，所述竹粉占所述竹粉和溶劑總質(zhì)量的8% -12%。
[0015]進(jìn)一步的，所述混合液中1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽的含量彡80wt%。
[0016]進(jìn)一步的，所述濕法紡絲的具體步驟為:所述紡絲液在80-100°C下經(jīng)過(guò)濾、真空脫泡后，置于紡絲裝置中，由噴絲孔噴出后直接進(jìn)入到溫度為20-60°C凝固浴中得到所述初生纖維，所述凝固浴為水或濃度< 20被％的1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽的水溶液。
[0017]進(jìn)一步的，所述干濕法紡絲具體步驟為:所述紡絲液在80-100°C下經(jīng)過(guò)濾、脫泡后，置于紡絲裝置中，由噴絲孔噴出，所述噴絲頭與凝固浴的間距為5-lOcm，即紡絲液由噴絲孔出來(lái)，經(jīng)一段空氣后，再進(jìn)入凝固浴，所述凝固浴為水或濃度< 20wt %的1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽的水溶液，溫度為20-60°C。
[0018]一種再生纖維，包含如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分:纖維素30-70%，半纖維素10-25%和木質(zhì)素10-35%。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0020]1、采用竹莖為原料，原料來(lái)源廣泛，竹莖溶解前只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的物理粉碎過(guò)程，無(wú)需經(jīng)過(guò)蒸煮、漂白等化學(xué)處理脫除其中的半纖維素和木質(zhì)素，避免了溶解漿制備過(guò)程中的環(huán)境污染問(wèn)題并且節(jié)省了能源；所得再生纖維幾乎保留了原天然竹莖中的全部組分，實(shí)現(xiàn)了竹莖的全組分充分利用。
[0021]2、采用1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽/ 二甲基亞砜復(fù)合溶劑體系，溶解溫度高于木質(zhì)素玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(約150°C)，縮短了溶解時(shí)間，減少了纖維素的降解。同時(shí)，二甲基亞砜能夠促進(jìn)溶解，降低紡絲液的粘度；溶解及后續(xù)的再生過(guò)程中，沒(méi)有毒害物質(zhì)產(chǎn)生，符合綠色生產(chǎn)的要求。
[0022]3、本發(fā)明申請(qǐng)中的再生纖維木質(zhì)素和半纖維素含量高，且具有良好的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率(拉伸強(qiáng)度為1.5-4.5cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為10-25% )。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0024]實(shí)施例1
[0025]—種再生纖維的制備方法，包括如下步驟:
[0026](I)將毛竹竹莖切成長(zhǎng)約3_5cm、寬約0.5-lcm的小條，小條的尺寸過(guò)小會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，過(guò)大則會(huì)造成干燥效果不好，占用空間大，粉碎操作不容易進(jìn)行；干燥后用粉碎機(jī)將其粉碎，并過(guò)80目篩，得到竹粉；
[0027](2)將由15.3kg 1-乙基_3_甲基咪唑醋酸鹽和1.7kg 二甲基亞砜組成的的混合液加熱至185°C，由于二甲基亞砜的沸點(diǎn)為189°C，因此溫度不能過(guò)高，二甲基亞砜可以促進(jìn)竹莖的溶解，在劇烈攪拌下加入3kg竹粉，繼續(xù)攪拌20min，攪拌時(shí)間過(guò)短會(huì)使紡絲液不均勻，得到紡絲液，濃度為15wt% ;
[0028](3)所得紡絲液在100°C下依次通過(guò)200目和400目的篩網(wǎng)，并真空脫泡；將脫泡后的紡絲液置于紡絲裝置中，由噴絲孔噴出，噴絲孔與凝固浴之間的空氣間隙為10cm，此時(shí)紡絲液濃度較高，可以進(jìn)行干濕法紡絲，與濕法紡絲相比，干濕法紡絲可以使再生纖維的強(qiáng)度增強(qiáng)，凝固浴由純水組成，節(jié)省成本，凝固浴溫度為20°C，制得初生纖維；
[0029](4)凝固成型的初生纖維再經(jīng)多次水洗、牽伸、干燥、整理、收集后，得到再生毛竹纖維。
[0030]本實(shí)施例再生纖維的制備方法可以將竹莖全物質(zhì)進(jìn)行溶解，實(shí)現(xiàn)了竹莖的全部利用，減少了再生纖維制備過(guò)程中的環(huán)境污染和原材料的浪費(fèi)，再生毛竹纖維的拉伸強(qiáng)度為4.5cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為15.3%。
[0031]實(shí)施例2
[0032](I)將慈竹竹莖切成長(zhǎng)約3-5cm、寬約0.5-lcm的小條，干燥后用粉碎機(jī)將其粉碎，并過(guò)60目篩，得到竹粉，目數(shù)過(guò)低將造成竹粉顆粒過(guò)大，不利于后續(xù)溶解；
[0033](2)將由7.2kg 1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽和1.8kg 二甲基亞砜組成的混合液加熱至175°C，在劇烈攪拌下加入Ikg竹粉，繼續(xù)攪拌18min，得到紡絲液，濃度為10wt% ；
[0034](3)所得紡絲液在90°C下依次通過(guò)200目和400目的篩網(wǎng)，并真空脫泡。將脫泡后的紡絲液置于紡絲裝置中，由噴絲孔噴出，噴絲孔與凝固浴之間的空氣間隙為5cm，凝固浴由水/1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽(1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽的濃度為5wt% )組成的凝固浴中，凝固浴溫度為60°C，制得初生纖維；
[0035](4)凝固成型的初生纖維再經(jīng)多次水洗、牽伸、干燥、整理、收集后，得到再生慈竹纖維。
[0036]本實(shí)施例再生纖維的制備方法可以將竹莖全物質(zhì)進(jìn)行溶解，實(shí)現(xiàn)了竹莖的全部利用，減少