专利名称：二次加溶剂物理溶解草植物纤维的方法
技术领域：
本发明涉及植物纤维的物理溶解方法，特别是指用人工种植的咸水草 (俗称三角黄草)为原料提取植物纤维后，用物理溶解方法制备纤维素纤 维原液的方法。
背景技术：
近年来，对可再生资源植物纤维的利用，引起了人们的广泛兴趣。植 物纤维材料再生速度快，产量巨大，是具有天然降解性的环境友好型生物 原料，在新能源、纺织、建筑等领域得到越来越多的利用，已成为各国环 境保护和可持续发展战略的重要方面之一。
将植物纤维在溶剂中进行物理溶解，特别是用具有可回收的N-曱基氧 化吗啉(NMMO)作为溶剂物理溶解植物纤维的方法，具有无污染，环境 友好等特点。用NMMO溶剂法制备的纤维素纤维(Lyocell类纤维)是一 种新型高档纺织原料，用其制备的各类服装，穿着舒适，吸水、透湿性好， 具有悬垂性和蚕丝的柔软质态，而且易于降解，被誉为21世纪的绿色纺 织材料。
目前大部分用NMMO做溶剂物理溶解植物纤维的工作都集中于木浆 纤维，木材纤维比禾本科及莎草科草植物纤维的纤维素含量高，纤维长， 杂细胞长。国内外已有很多公开的以木材制成的纤维素浆粕为原料生产纤 维素纤维的专利，如美国专利US 3447939、 US 3447956和US 3508941等。 但随着林木资源日益紧缺，已不能满足人们对Lyocell纤维原料的需求趋 势，因此，寻找新的原材料来制成纤维素浆粕成为当务之急。近年来，国 内外纺织科学工作者开始致力于竹纤维的研究开发，因而促使竹材在纺织 领域中的应用得到了发展。目前，已有些专利涉及用竹子材料作为纤维素 浆粕原料，如中国专利CN1385287及中国专利申请CN1381620公开了制 备竹材粘胶纤维的方法，中国专利CN1383965公开了用NMMO制备竹纤 维素纤维的方法。
我国是农业大国，草本植物资源非常丰富，多为一年生作物，产量多， 如在绍兴附近大量人工种植的咸水草(俗称三角黄草)。这种三角黄草，
一年可收获两季，径高在1.5-1.8米左右，径杆呈三角形。此草一生抗病 虫能力强，无需农药防治，为绿色无污染环保型产品。目前主要使用此种 草作为编织工艺品的原料，其产品光滑柔软，质地坚韧，兼有工艺性和实 用性，深受国内外消费者青睐。扩展这种人工种植的草产品优良的植物纤 维性能，改变只能作为编织工艺品的传统使用方法，开发新型具有可纺性 的咸水草植物纤维，不但能大幅降低种植收割的成本，而且扩大草产品的
使用规模，增加地方特色产业，具有持续发展前景。
中国专利申请CN 101165230公开了 一种从人工种植的咸水草中提取 植物纤维的方法，原料三黄草经过干燥—碾压—碱液煮练—脱水—碳酸钠 溶液浸渍—脱水-稀酸处理洗涤—脱水-^岌酸钠溶液浸渍-脱水—稀酸 处理洗涤—水洗—脱水—干燥制备成草纤维浆粕。
发明内容
本发明提供了 一种原料来源广泛，可以有效提高植物纤维的溶解速度 的物理溶解草植物纤维的方法。
一种二次加溶剂物理溶解草植物纤维的方法，包括
(1) 将草植物纤维浆粕磨碎，加入N-氧化曱基吗啡的水溶液中，制 得草植物纤维浆粕重量与N-氧化曱基吗啡重量比为1: 4的悬浮液，加入 悬浮液总重量0.5-1.5%的氯化铵，常压加热至60。C-80。C,搅拌至浆粥状， 调整悬浮液的pH值至8-10，静置过夜；也可在调整悬浮液pH范围后， 加入草植物纤维浆粕重量0.5%的正丙基没食子酸盐作为抗氧化剂；
(2) 将步骤(1 )制得的草植物纤维悬浮液于70-90。C静置30-50min 后搅拌，减压蒸馏，当悬浊液中N-氧化甲基吗啡与水的摩尔比为1:4-5时， 向悬浮液中加入的固态N-氧化曱基吗啡粉末，使悬浮液中草植物纤维浆 粕的重量百分含量达10%-16%;
(3) 90-ll(TC继续对悬浮液减压蒸馏，直至草植物纤维浆粕完全溶解； 减压蒸馏至悬浮液中N-氧化曱基吗啡与水的摩尔比为1:0.7-1时，生产的 纤维素纤维具有较大的可纺性和弹性。
由本发明方法制得的草纤维浆粕完全溶解的溶液为琥珀色透明无气
泡的纺丝原液，粘度400-1000Pa.S,折光指数为1.4830-1.4860。反应釜内 纺丝原料出料前，停止搅拌和抽真空，充入压力l-5kg/cm、々N2,经过滤 后，在90-100。C下挤压喷丝，拉伸并水相凝固得到草纤维素纤维。
所述的草植物纤维浆粕可采用公开号CN101165230的发明专利申请 公开的方法制备。
NMMO水合物的7jc合数目(n)对它的流变性能和在这水合物中的纤 维素溶液的状态有重要的影响。n=0.7-l的NMMO水合物生产的纤维素纤 维具有较大的可纺性和弹性。加入正丙基没食子酸盐用来作为抗氧化剂可 以明显降低植物纤维的氧化，加入氯化铵及调节溶液的pH值到8-10，纺 丝原液具有更好的可纺性。
本发明方法的优点在于，釆用草本植物纤维浆粕为原料，原料来源广 泛，在溶解草植物纤维浆粕的过程中先采用NMMO水溶液溶胀草纤维， 之后在减压蒸馏分水到一定程度时加入固态NMMO粉末，以使NMMO 与水的摩尔比尽快的小于1: 3，因而草纤维浆粕的溶解速度加快，制成 草植物纤维纺丝原液。
草植物纤维浆粕易于在溶剂中溶胀和溶解，因此，在制备草纤维纺丝 原液时浆粕所需浸泡及溶解的时间均比木、棉浆粕时间短，所制得的纺丝 原液粘度较低，因而具有可纺性好等特点，可制得各种品种与规格的草纤 维素纤维。
具体实施例方式
实施例1
将125克草植物纤维浆粕粉碎为0.5厘米左右的碎片后，加入到1000g 含有50。/cNMMO的水溶液中，加入草纤维浆粕量0.5%的氯化铵，在常压 60。C-8(TC条件，在密闭反应釜中以100-200r/min搅拌60分钟，成浆粥状， 浸润静置过夜；将上述的草植物纤维浆粕悬浮液于9(TC温度下静止浸泡 30-50 min，然后开动搅拌器以100 ~ 130r/min转速搅拌物料，抽真空至真 空度达到80000Pa左右，维持该温度及真空度，不断去掉物料中的水分， 1 -2h后，NMMO与水的摩尔比约为1: 4-5;向混合物中加入225克NMMO 粉末，充分搅拌，增加体系中NMMO含量及进一步降低体系中NMMO 的结合水数，以加快草纤维浆粕的溶解速度；抽真空至真空度达到
90000Pa左右，ll(TC油浴加热，经过l-2h后，NMMO与水的摩尔比达到 1: 0.7-1时，体系中使该纤维素悬浮液在搅拌容器中均质化，体系棕黑色 透明溶液，纤维素在溶剂中完全溶解，部分草纤维发生氧化现象。
实施例2:
将128克草植物纤维浆粕粉碎为0.5厘米左右的碎片后，加入到1000g 含有50%NMMO的水溶液中，加入草纤维浆粕量0.5%的氯化铵，在常压 60。C-80。C条件，在密闭反应釜中以100-200r/min搅拌60分钟，成浆粥状， 向悬浮液中加入0.5 wt% (相对于草纤维的含量)正丙基没食子酸盐用来 作为抗氧化剂，用氢氧化钠调节悬浮液的pH值为9，浸润静置过夜；将 上述的草纤维浆粕悬浮液于90。C温度下静止浸泡30-50 min，然后开动搅 拌器以100~ 130r/min转速搅拌物料，抽真空至真空度达到80000Pa左 右，维持该温度及真空度，不断蒸去物料中的水分，l-2h后，NMMO与 水的摩尔比约为1: 4-5;向混合物中加入293克NMMO粉末，充分搅拌， 以加快草植物纤维浆粕的溶解速度，增加体系中NMMO的含量及进一步 降低体系中NMMO的结合水数；抽真空至真空度达到90000Pa左右，110 。C油浴加热，经过l 2h后，NMMO与水的摩尔比达到1: 1时，体系中 使该纤维素悬浮液在搅拌容器中均质化，体系深黄色透明溶液，纤维素在 溶剂中完全溶解。
将上述纺丝原液，在纺丝温度为90。C的条件下，经压力为5kg/cm2 的氮气压入预过滤器过滤后进入计量泵，然后由不同孔径的喷丝头喷出； 室温下，喷出的原液细流先经过长度为3Omm的气隙，再进入NMMO浓 度为20-30%、长度为2m的凝固浴中凝固成形，拉伸，水洗，得到草纤 维素纤维。
权利要求
1、一种二次加溶剂物理溶解草植物纤维的方法，包括(1)将草植物纤维浆粕磨碎，加入N-氧化甲基吗啡的水溶液中，制得草植物纤维浆粕重量与N-氧化甲基吗啡重量比为1∶4的悬浮液，加入悬浮液总重量0.5-1.5％的氯化铵，常压加热至60℃-80℃，搅拌至浆粥状，调整悬浮液的pH值至8-10，静置过夜；(2)将步骤(1)制得的草植物纤维悬浮液于70-90℃静置30-50min后搅拌，减压蒸馏，当悬浊液中N-氧化甲基吗啡与水的摩尔比为1∶4-5时，向悬浮液中加入固态N-氧化甲基吗啡粉末，使悬浮液中草植物纤维浆粕的重量百分含量为10％-16％；(3)90-110℃继续对悬浮液减压蒸馏，直至草植物纤维浆粕完全溶解。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于所述的步骤(l)中，调 整悬浮液pH范围后，加入正丙基没食子酸盐。
3、 如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的正丙基没食子酸 盐的加入量为草植物纤维浆粕重量的0.5%。
4、 如权利要求l-3任一所述的方法，其特征在于所述的步骤(3) 中继续对悬浮液减压蒸馏，使悬浮液中N-氧化曱基吗啡与水的摩尔比为 1:0.7-1。
全文摘要
本发明公开了一种二次加溶剂物理溶解草植物纤维的方法，包括将草植物纤维浆粕磨碎，加入N-氧化甲基吗啡的水溶液中，制得草植物纤维浆粕重量与NMMO重量比为1∶4的悬浮液，减压蒸馏，当悬浊液中N-氧化甲基吗啡与水的摩尔比为1∶4-5时，向悬浮液中加入固态N-氧化甲基吗啡粉末，使悬浮液中草植物纤维浆粕的重量百分含量达10％-16％；继续对悬浮液减压蒸馏，使草植物纤维浆粕完全溶解。本发明原料来源广泛，制备时间短，所制得的纺丝原液粘度较低，因而具有可纺性好等特点，可制得各种品种与规格的草纤维素纤维。
文档编号D01D1/02GK101353824SQ200810120740
公开日2009年1月28日 申请日期2008年9月10日 优先权日2008年9月10日
发明者单兴海, 李文江 申请人:浙江大学;绍兴市东江工艺编织有限公司