[發(fā)明專利]高溫定向脫膠制備紡織及復(fù)合材料用富木質(zhì)素纖維的方法

有效

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• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108456933B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董震;潘剛偉;丁志榮;黃香玉
• 申請（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號: D01C1/00
• 分類號: D01C1/00
• 代理公司: 北京科家知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11427
• 代理人: 梁金娟

本發(fā)明提供一種高溫定向脫膠制備紡織及復(fù)合材料用富木質(zhì)素纖維的方法，經(jīng)過如下步驟：配置堿/醇脫膠試劑、富木質(zhì)素纖維浸堿液、離心控制纖維帶液量、微波加熱脫膠、清洗、干燥、梳理，制得細(xì)度小于24 dtex、強度高于3.0 cN/dtex的紡織、復(fù)合材料用富木質(zhì)素纖維。用本發(fā)明制備的富木質(zhì)素纖維加工的棉/富木質(zhì)素纖維混紡紗的強度比常規(guī)堿脫膠后的富木質(zhì)素纖維制成的混紡紗高100%。用本發(fā)明制備的富木質(zhì)素纖維制成的復(fù)合材料拉伸斷裂強度比常規(guī)堿脫膠后的富木質(zhì)素纖維制成的復(fù)合材料高50%以上，彎曲強度高80%以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于紡織或增強復(fù)合材料的纖維原料處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫定向脫膠制備紡織及復(fù)合材料用富木質(zhì)素纖維的方法。

背景技術(shù)

紡織工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展吸引了越來越多的研究者從農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品中提取紡織用天然纖維。當(dāng)前，全球的紡織纖維消費量已達(dá)到1億噸，但是，纖維供給的持續(xù)增長卻面臨著多方面的問題。首先，占纖維消費量67％的合成纖維來源于不可再生的石油資源，這些合成纖維在常規(guī)條件下很難降解；其次，由于大豆、玉米等作物的競爭，全球范圍內(nèi)棉花的種植面積和產(chǎn)量近年來呈逐漸下降的趨勢，農(nóng)作物秸稈的廢棄物是世界上最重要的纖維素資源之一，其主要成分是木質(zhì)纖維素，可用于提取天然纖維素纖維。世界范圍內(nèi)產(chǎn)量最大的農(nóng)業(yè)廢棄物主要有玉米、小麥、水稻、大麥、高粱和棉花的秸稈及椰子殼、香蕉葉和菠蘿葉等。由于這些纖維的木質(zhì)素含量較高，纖維粗且剛硬，用其制成的紡織及復(fù)合材料性能受限。

與苧麻、亞麻等傳統(tǒng)服用纖維相比，黃麻、劍麻、羅布麻等麻類纖維的木質(zhì)素含量較高，纖維較粗，很難在傳統(tǒng)的棉紡系統(tǒng)進(jìn)行加工，因而在高附加值紡織面料上的應(yīng)用較少，這些纖維目前多被用于制作麻繩、麻袋等低價值產(chǎn)品。

細(xì)度對于富木質(zhì)素纖維的紡織應(yīng)用或復(fù)合材料產(chǎn)品開發(fā)是至關(guān)重要的。通常情況下，纖維越細(xì)，應(yīng)用價值越高。以秸稈纖維或黃麻為代表的富木質(zhì)素纖維是由若干纖維素單細(xì)胞依靠膠質(zhì)彼此粘連在一起組成的。纖維變細(xì)的過程實質(zhì)上是單細(xì)胞從纖維剝離的過程。由于天然木質(zhì)素的大分子結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，常壓下的堿不能有效降解木質(zhì)素，對木質(zhì)素的去除作用非常有限，無法將秸稈或黃麻類纖維的細(xì)度降至理想的水平。在高溫條件下，堿對木質(zhì)素大分子的降解效率明顯提高，這引起了木質(zhì)素分子量的劇烈下降和纖維斷裂強度的損失。此外，高溫條件下堿液在纖維內(nèi)的滲透速度提高，容易引起纖維束內(nèi)、外側(cè)單細(xì)胞的同步剝離，造成纖維束的解體。因此，常規(guī)的堿脫膠方法無法得到細(xì)且強度高的富木質(zhì)素纖維。

為了實現(xiàn)富木質(zhì)素纖維在紡織及復(fù)合材料領(lǐng)域的高附加值應(yīng)用，需要采用定向脫膠的方法，以達(dá)到從纖維外側(cè)向內(nèi)側(cè)定向剝離單細(xì)胞的目的。因此，脫膠工藝需要同時滿足兩點要求：一、控制堿分子沿纖維束徑向的滲透程度，使單細(xì)胞的剝離停留在纖維束的表層；二、提高堿對木質(zhì)素的降解效率，使纖維表層的單細(xì)胞能有效地被剝離?，F(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)堿脫膠方法多在堿性水溶液中進(jìn)行。有在低于100℃的堿性水溶液中進(jìn)行的，俗稱常壓堿煮法。由于溫度較低，木質(zhì)素的去除效果較差，得到纖維較粗。還有在高于100℃的堿性水溶液中進(jìn)行的，俗稱高溫堿煮法，需要高壓密閉條件，其脫膠過程如圖1示意。這種情況下堿液在纖維徑向的滲透較嚴(yán)重，容易造成纖維解體，無法實現(xiàn)定向脫膠的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高溫定向脫膠制備紡織及復(fù)合材料用富木質(zhì)素纖維的方法，以獲得細(xì)度好、強度高的紡織或復(fù)合材料用富木質(zhì)素纖維。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施例提供一種高溫定向脫膠制備紡織及復(fù)合材料用富木質(zhì)素纖維的方法，包括如下步驟：

(1)配置脫膠試劑：將一定量的堿加入到沸點高于170℃、20℃下粘度大于200mPa·s的醇中，配置成質(zhì)量百分比濃度為2～10％的堿溶液，先升溫至堿完全溶解后，冷卻至室溫備用；

(2)富木質(zhì)素纖維浸入堿溶液：室溫下將細(xì)度>40dtex的富木質(zhì)素纖維在步驟(1)配制的堿溶液中浸漬0.2～2min后迅速取出；