再生纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学纤维领域，具体涉及一种再生纤维及其制备方法。
【背景技术】
[0002]再生纤维素纤维已广泛应用于人们日常生活和工业生产方面。目前已经工业化生产的再生纤维素纤维有:粘胶纤维、铜氨纤维、莱赛尔纤维等。粘胶纤维是碱纤维素与二硫化碳反应生成纤维素磺酸酯，再经溶解、再生制备的，生产过程包括碱化、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、熟成、过滤、脱泡、纺丝、水洗、脱硫、酸洗、上油、干燥等工序，工艺过程复杂，并且在生产过程中会释放出CSjP H2S等有毒气体和含重金属的废水，对大气和水造成严重污染。铜氨纤维是以铜氨溶液为溶剂，经溶解、喷丝、凝固、脱铜、酸洗、干燥等工序得到的纤维，在其生产过程中必须隔绝空气，否则纤维素会发生剧烈的氧化降解，另外铜氨溶液消耗量大，回收困难，生产成本高，且污染严重，腐蚀设备，因此该工艺并没有得到进一步的发展。莱赛尔纤维是以N-甲基氧化吗啉(简称ΝΜΜ0)的水合物为溶剂制备的再生纤维素纤维，生产中的整个循环系统需要全封闭，增加了运行成本，限制了纺丝速度的提升和产品的多样化发展，原因是整在不全封闭条件下会发生副反应并形成副产物，导致纤维素降解、纤维永久或临时性变色、产品性能下降、NMMO明显分解、稳定剂用量增加、热失控反应等。为此，研究者们正在努力寻找更加环境友好的纤维素溶剂。
[0003]目前已发现的新型纤维素溶剂有多种，但应用于制备再生纤维素纤维方面的溶剂主要有两种，一种是氢氧化钠与添加剂(如尿素、硫脲、氧化锌、聚乙二醇等)组成的复合体系，另一种是离子液体溶剂体系(如1- 丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐等)。氢氧化钠/添加剂体系溶解纤维素时需要低温环境(如_13°C -0°C )，该体系的溶解能力有限，只能溶解聚合度(DP)较低(如DP〈600)的纤维素原料，且所得纺丝液中纤维素的浓度一般低于6wt%。因此，由该体系制得的再生纤维素纤维的强度较低，严重制约了该溶剂体系的工业化进程。而离子液体体系对纤维素具有良好的溶解能力，可以溶解高聚合度(DP>1000)的纤维素原料，并能制备高浓度(纤维素浓度范围5% -20wt% )的纺丝液，因此具有良好的工业化应用前景。制备再生纤维素纤维的原料主要是高α-纤维素含量(一般在90%以上)的棉短绒浆或溶解木浆。这两种浆柏受产地和生长周期的影响较大，在我国出现了供给紧张的问题，长期以来主要依赖于国外进口。
[0004]我国是竹材大国，且竹材的生长周期短，其组成与木材相似，因此，采用竹材制备再生纤维素纤维的研究越来越多。竹茎主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，现有溶剂和技术只能溶解纤维素，不能溶解木质素和半纤维素，为了保证纤维素的溶解和再生纤维产品的质量，原料一般都需要经过蒸煮、漂白等化学处理脱除其中的半纤维素和木质素，处理过程中需要消耗大量的水和能量，并产生废液、废气等，给环境带来巨大压力。而且，脱除的半纤维素和木质素大多随废液排出或丢弃、燃烧，未被有价值地利用。因此，如何使新型溶剂溶解竹材中的全部组分、降低生产成本和减少污染成为目前制备再生纤维研究的重点。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供了一种再生纤维制备方法，实现了竹茎全组分的充分利用，缩短了竹粉溶解时间，该方法具有工艺简单、对环境无污染的优点。
[0006]本发明还提供了一种再生纤维，具有良好的拉伸强度和断裂伸长率。
[0007]—种再生纤维的制备方法，包括如下步骤:
[0008](I)制备竹粉；
[0009](2)制备纺丝液:将所述竹粉溶解到温度为150-185Γ的溶剂中得到纺丝液，所述竹粉占所述竹粉和溶剂总质量的5% -15%，所述溶剂为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐和二甲基亚砜的混合液，所述混合液中1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的含量彡60wt% ；
[0010](3)纺丝:当所述竹粉质量<所述竹粉和溶剂总质量的10%时采用湿法纺丝，当所述竹粉质量多所述竹粉和溶剂总质量的10%时采用湿法纺丝或干湿法纺丝，得到初生纤维；
[0011](4)将所述初生纤维制备成再生纤维。
[0012]进一步的，所述温度为165_175°C。
[0013]进一步的，所述溶解时间为5-30min。
[0014]进一步的，所述竹粉占所述竹粉和溶剂总质量的8% -12%。
[0015]进一步的，所述混合液中1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的含量彡80wt%。
[0016]进一步的，所述湿法纺丝的具体步骤为:所述纺丝液在80-100°C下经过滤、真空脱泡后，置于纺丝装置中，由喷丝孔喷出后直接进入到温度为20-60°C凝固浴中得到所述初生纤维，所述凝固浴为水或浓度< 20被％的1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的水溶液。
[0017]进一步的，所述干湿法纺丝具体步骤为:所述纺丝液在80-100°C下经过滤、脱泡后，置于纺丝装置中，由喷丝孔喷出，所述喷丝头与凝固浴的间距为5-lOcm，即纺丝液由喷丝孔出来，经一段空气后，再进入凝固浴，所述凝固浴为水或浓度< 20wt %的1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的水溶液，温度为20-60°C。
[0018]一种再生纤维，包含如下质量分数的组分:纤维素30-70%，半纤维素10-25%和木质素10-35%。
[0019]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0020]1、采用竹茎为原料，原料来源广泛，竹茎溶解前只需经过简单的物理粉碎过程，无需经过蒸煮、漂白等化学处理脱除其中的半纤维素和木质素，避免了溶解浆制备过程中的环境污染问题并且节省了能源；所得再生纤维几乎保留了原天然竹茎中的全部组分，实现了竹茎的全组分充分利用。
[0021]2、采用1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐/ 二甲基亚砜复合溶剂体系，溶解温度高于木质素玻璃态转化温度(约150°C)，缩短了溶解时间，减少了纤维素的降解。同时，二甲基亚砜能够促进溶解，降低纺丝液的粘度；溶解及后续的再生过程中，没有毒害物质产生，符合绿色生产的要求。
[0022]3、本发明申请中的再生纤维木质素和半纤维素含量高，且具有良好的拉伸强度和断裂伸长率(拉伸强度为1.5-4.5cN/dtex，断裂伸长率为10-25% )。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
[0024]实施例1
[0025]—种再生纤维的制备方法，包括如下步骤:
[0026](I)将毛竹竹茎切成长约3_5cm、宽约0.5-lcm的小条，小条的尺寸过小会费时费力，过大则会造成干燥效果不好，占用空间大，粉碎操作不容易进行；干燥后用粉碎机将其粉碎，并过80目筛，得到竹粉；
[0027](2)将由15.3kg 1-乙基_3_甲基咪唑醋酸盐和1.7kg 二甲基亚砜组成的的混合液加热至185°C，由于二甲基亚砜的沸点为189°C，因此温度不能过高，二甲基亚砜可以促进竹茎的溶解，在剧烈搅拌下加入3kg竹粉，继续搅拌20min，搅拌时间过短会使纺丝液不均匀，得到纺丝液，浓度为15wt% ;
[0028](3)所得纺丝液在100°C下依次通过200目和400目的筛网，并真空脱泡；将脱泡后的纺丝液置于纺丝装置中，由喷丝孔喷出，喷丝孔与凝固浴之间的空气间隙为10cm，此时纺丝液浓度较高，可以进行干湿法纺丝，与湿法纺丝相比，干湿法纺丝可以使再生纤维的强度增强，凝固浴由纯水组成，节省成本，凝固浴温度为20°C，制得初生纤维；
[0029](4)凝固成型的初生纤维再经多次水洗、牵伸、干燥、整理、收集后，得到再生毛竹纤维。
[0030]本实施例再生纤维的制备方法可以将竹茎全物质进行溶解，实现了竹茎的全部利用，减少了再生纤维制备过程中的环境污染和原材料的浪费，再生毛竹纤维的拉伸强度为4.5cN/dtex，断裂伸长率为15.3%。
[0031]实施例2
[0032](I)将慈竹竹茎切成长约3-5cm、宽约0.5-lcm的小条，干燥后用粉碎机将其粉碎，并过60目筛，得到竹粉，目数过低将造成竹粉颗粒过大，不利于后续溶解；
[0033](2)将由7.2kg 1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐和1.8kg 二甲基亚砜组成的混合液加热至175°C，在剧烈搅拌下加入Ikg竹粉，继续搅拌18min，得到纺丝液，浓度为10wt% ；
[0034](3)所得纺丝液在90°C下依次通过200目和400目的筛网，并真空脱泡。将脱泡后的纺丝液置于纺丝装置中，由喷丝孔喷出，喷丝孔与凝固浴之间的空气间隙为5cm，凝固浴由水/1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的浓度为5wt% )组成的凝固浴中，凝固浴温度为60°C，制得初生纤维；
[0035](4)凝固成型的初生纤维再经多次水洗、牵伸、干燥、整理、收集后，得到再生慈竹纤维。
[0036]本实施例再生纤维的制备方法可以将竹茎全物质进行溶解，实现了竹茎的全部利用，减少