一种竹炭Lyocell纤维及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】一种竹炭Lyocell纤维，其是对竹炭进行表面改性处理，然后将其与浓缩后的NMMO水溶液混合，再与活化后的纤维素浆粕混合进行溶解，抽真空并保温，持续抽出多余的水分，制得纺丝原液，最后经纺丝制得的纤维中竹炭含量为3wt%～20wt%的竹炭Lyocell纤维，本发明同时提供了竹炭Lyocell纤维的制备工艺。本发明不需要引入额外试剂，利于溶剂回收，不会降低纤维力学性能，而且制得的竹炭Lyocell纤维具有良好的除菌抑菌、吸湿除潮性能。
【专利说明】一种竹炭Lyocel I纤维及其制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及Lyocell纤维【技术领域】,具体涉及一种竹炭Lyocell纤维及其制备工艺。
【背景技术】
[0002]纤维素是地球上储量最多、分布最广的天然高聚物，是自然界中取之不竭的可再生资源。纤维素纤维具有强度高、染色性好、纺纱性能好以及产业用途广等优势，因此，近年来全世界对纤维素纤维的市场需求量在持续增加。用NMMO水溶液作为纤维素溶剂生产的纤维素纤维成为Lyocell纤维，在纺丝原液中加入竹炭可制成竹炭Lyocell纤维。竹炭具有多孔结构，其分子细密多孔，质地坚硬，有很强的吸附能力，可消除异味、吸湿防霉、抑菌驱虫，与人体接触能去湿吸汗，促进人体血液循环和新陈代谢，缓解疲劳。竹炭具有弱导电性，起到防静电与屏蔽电磁辐射的作用。由于炭质本身有着无数的孔隙，这种炭质气孔能有效地吸附空气中一部分浮游物质，对硫化物、氢化物、甲醇、苯、酚等有害化学物质起到吸附、分解异味和消臭作用。竹炭细密多孔，比表面积大，若周围环境湿度大时，可吸收水分，若周围环境干燥，则可释放水分。因此，竹炭Lyocell越来越多的受到人们的青睐。
[0003]目前生产竹炭Lyocell纤维的主要方法是在竹炭中加入分散剂，加入水制成均匀的竹炭浆料，然后与纺丝原液混合，并加入表面活性剂，最后通过纺丝工艺制得竹炭Lyocell纤维。但是，分散剂和表面活性剂的加入污染了溶剂，给NMMO的回收带来了一定的困难，提高了成本。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种竹炭Lyocell纤维及其制备工艺，其不会对溶剂造成污染，而且产品具有良好的除菌抑菌、吸湿除潮性能，从而消除上述【背景技术】中缺陷。
[0005]为解决上述技术问题，本发明的技术方案是:
[0006]一种竹炭Lyocell纤维，其是对竹炭进行表面改性处理，然后将其与浓缩后的NMMO水溶液混合，再与活化后的纤维素浆柏混合进行溶解，抽真空并保温，持续抽出多余的水分，制得纺丝原液，最后经纺丝制得的纤维中竹炭含量为3wt%?20wt%的竹炭Lyocell纤维。
[0007]一种竹炭Lyocell纤维的制备工艺,步骤如下:
[0008](I)将竹炭材料研磨至纳米级，并顺序利用硝酸处理、氨水处理，洗涤后真空干燥；
[0009](2)将步骤(I)制备的竹炭材料再次研磨，与浓缩至74wt%?86wt%的NMMO水溶液在70?120°C下混合均匀；
[0010](3)将纤维素浆柏利用纤维素酶进行活化，并将活化处理后的纤维素浆柏进行压榨，使之含水率约为45wt%?60wt% ；[0011](4)将步骤(2)制得的含有竹炭的NMMO溶液与步骤(3)制备的纤维素浆柏混合，保持真空度-5 X IO4?-10 X IO4Pa,加热温度为85?120°C，用真空泵抽出多余水分制得的纺丝原液；
[0012](5)将步骤(4)制得纺丝原液经凝固浴纺丝成型，得到竹炭Lyocell纤维。
[0013]作为一种改进，所述步骤(I)中，研磨得到的纳米级竹炭材料的粒径为50?200nm。
[0014]作为一种改进，所述步骤(I)中，硝酸处理时，将纳米竹炭加入到3?Smol/的硝酸溶液中，其中竹炭为溶液质量的15%?30%，在60?90°C下回流10?30小时，然后用去离子水反复洗涤至中性，将竹炭在真空干燥箱中80?120°C下真空干燥2?6小时。
[0015]作为一种改进，所述步骤(I)中，氨水处理时，将干燥后的竹炭研磨后加入到4?7mol/L的氨水溶液中，其中竹炭为溶液质量的20%?40%，在40?70°C恒温振荡器中恒温震荡3?8小时，然后用去离子水反复洗涤至中性。
[0016]作为一种改进，所述步骤(I)中，真空干燥时,将竹炭在真空干燥箱中80?120°C下真空干燥2?6小时。
[0017]作为一种改进，所述步骤(2)中，研磨后的竹炭材料和NMMO溶液的质量比为
0.001:1 ?0.06:1。
[0018]作为一种改进，所述步骤(3)中，将聚合度为300?1300的纤维素浆柏粉碎加入去离子水中进行溶胀，加入纤维素酶，并用甲酸调节PH值为4?6之间，在40?60°C下保温40?100分钟，并持续搅拌，搅拌转速为100?400r/min ;活化完成后，加入NaOH调节pH到9.5?11之间，并在与活化相同条件下持续搅拌6?15min,以使酶失活。
[0019]作为一种进一步的改进，所述步骤(3)中，纤维素浆柏和纤维素酶的质量比为1:
0.0045?0.0055 ;纤维素浆柏和去离子水的质量比为1: 15?1:25。
[0020]作为一种改进，所述步骤(4)中，所述纺丝原液的纤维素含量为6wt%? 20wt%，NMMO含量为68wt%?78wt%，水含量为8wt%?12wt%，竹炭含量为0.2wt%?4wt%。
[0021]由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0022]本发明制备的竹炭Lyocell纤维的纤度为1.1dtex?4.8dtex，干强为IcN/dtex?5cN/dtex，断裂伸长率为8%?20%，具有良好的除菌抑菌、吸湿除潮性能。
[0023]本发明是首先将竹炭用硝酸和氨水进行纯化和表面改性处理，使其表面富含羟基、羧基等极性基团，从而可以均匀分散在纺丝原液中，不需要在原液中额外加入分散剂和表面活性剂，不会造成溶剂的污染，可以简化溶剂回收方法以降低回收投入，提高溶剂的回收率节约成本。而且由于竹炭在NMMO水溶液中分散的均匀性得以加强，竹炭在Iyocell纤维中的分布更加均匀，不会出现团聚现象，从而降低竹炭的加入对纤维力学性能的影响，同时可以使产品的除菌抑菌、吸湿除潮性能分布更为均匀，而不会导致产品的部分性能差异；同时，由于处理后的竹炭表面富含大量极性基团，可以与纤维素羟基形成氢键或发生反应，加强了两者之间的结合，从而不会造成传统处理方法引起的力学性能降低的问题。
[0024]纤维素是由D-吡喃式葡萄糖通过β -1, 4糖苷键相互连接起来的线性高聚物，纤维素大分子中的每个葡萄糖基环均具有三个醇羟基，使纤维素分子间以及分子内具有极强的氢键作用。这时的纤维素一方面具有结晶度高、物化性能稳定、玻璃化转变温度较高的特性；另一方面，极强的氢键和较高的结晶度使得纤维素难以溶解。发明人基于该点，用纤维素酶对纤维素浆柏进行短时间的活化处理，可以破坏氢键、降低结晶度，使纤维素分子链变得疏松，NMMO分子易于渗入纤维素分子内部，降低了纤维素溶解的难度，降低了原液制备过程中的能耗，使纺丝原液粘度降低，有利于提高竹炭在原液中分布的均匀性，提高竹炭Iyocell纤维的综合性能。
[0025]总之，本发明不需要加入分散剂和表面活性剂，不会对溶剂造成污染，利于NMMO的回收，在保证纤维原有力学性能不受影响的前提下，降低了成本，而且制得的竹炭Lyocell纤维具有良好的除菌抑菌、吸湿除潮性能。
[0026]本发明主要在于竹炭的处理方法，不需要引入额外试剂，利于溶剂回收，不会降低纤维力学性能，而且制得的竹炭Lyocell纤维具有良好的除菌抑菌、吸湿除潮性能。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0028]一种竹炭Lyocell纤维，其是对竹炭进行表面改性处理，然后将其与浓缩后的NMMO水溶液混合，再与活化后的纤维素浆柏混合进行溶解，抽真空并保温，持续抽出多余的水分，制得纺丝原液，最后经纺丝制得的纤维中竹炭含量为3wt%?20wt%的竹炭Lyocell纤维。
[0029]竹炭Lyocell纤维的制备方法的实施例如下。
[0030]实施例1
[0031]一种竹炭Lyocell纤维的制备工艺,步骤如下:
[0032](I)竹炭纯化和表面改性:取IOg竹炭材料，将竹炭材料研磨至纳米级，粒径为50nm，将纳米竹炭加入到3mol/的硝酸溶液中，其中竹炭为溶液质量的15%，在60°C下回流30小时，然后用去离子水反复洗涤至中性，将竹炭在真空干燥箱中120°C下真空干燥2小时，后将干燥后的竹炭研磨后加入到7mol/L的氨水溶液中，其中竹炭为溶液质量的20%，在40°C恒温振荡器中恒温震荡3小时，然后用去离子水反复洗涤至中性，然后将竹炭在真空干燥箱中80°C下真空干燥6小时；
[0033](2)将步骤(I)制备的竹炭材料再次研磨，与浓缩至74wt%的NMMO水溶液在70°C下混合均匀，研磨后的竹炭材料和NMMO溶液的质量比为0.001:1 ;
[0034](3)纤维素浆柏活化:将聚合度为300的纤维素浆柏粉碎加入去离子水中进行溶胀，加入纤维素酶，并用甲酸调节pH值为6，在60°C下保温40分钟，并持续搅拌，搅拌转速为400r/min,活化完成后,加入NaOH调节pH到11,并在与活化相同条件下持续搅拌15min,以使酶失活，纤维素浆柏和纤维素酶的质量比为1:0.0045，纤维素浆柏和去离子水的质量比为1: 15，最后将纤维素浆柏进行压榨，使之含水率约为45wt% ；
[0035](4)溶解:将步骤(2)制得的含有竹炭的NMMO溶液与步骤(3)制备的纤维素浆柏混合，保持真空度-5X 104Pa，加热温度为120°C，用真空泵抽出多余水分制得的纺丝原液，所述纺丝原液的纤维素含量为8wt%’ NMMO含量为78wt%，水含量为12wt%，竹炭含量为2wt% ；
[0036](5)纺丝:将步骤(4)制得纺丝原液经凝固浴纺丝成型，得到竹炭Lyocell纤维。
[0037]本发明制备的竹炭Lyocell纤维的纤度为1.3dtex，干强为3.0cN/dtex，断裂伸长率为14%，具有良好的除菌抑菌、吸湿除潮性能。[0038]实施例2
[0039]一种竹炭Lyocell纤维的制备工艺,步骤如下:
[0040](I)竹炭纯化和表面改性:将竹炭材料研磨至纳米级，粒径为200nm，将纳米竹炭加入到8mol/的硝酸溶液中，其中竹炭为溶液质量的30%，在90°C下回流10小时，然后用去离子水反复洗涤至中性，将竹炭在真空干燥箱中80°C下真空干燥6小时，后将干燥后的竹炭研磨后加入到4mol/L的氨水溶液中，其中竹炭为溶液质量的40%，在70°C恒温振荡器中恒温震荡8小时，然后用去离子水反复洗涤至中性，然后将竹炭在真空干燥箱中120°C下真空干燥2小时；
[0041](2)将步骤(I)制备的竹炭材料再次研磨，与浓缩至86wt%的NMMO水溶液在120°C下混合均匀，研磨后的竹炭材料和NMMO溶液的质量比为0.06:1 ;
[0042](3)纤维素浆柏活化:将聚合度为1300的纤维素浆柏粉碎加入去离子水中进行溶胀，加入纤维素酶，并用甲酸调节pH值为4，在40°C下保温100分钟，并持续搅拌，搅拌转速为100r/min,活化完成后,加入NaOH调节pH到9.5,并在与活化相同条件下持续搅拌6min,以使酶失活，纤维素浆柏和纤维素酶的质量比为1:0.0055，纤维素浆柏和去离子水的质量比为1:25，最后将纤维素浆柏进行压榨，使之含水率约为60wt%，；
[0043](4)溶解:将步骤(2)制得的含有竹炭的NMMO溶液与步骤(3)制备的纤维素浆柏混合，保持真空度-10 X 104Pa，加热温度为85°C，用真空泵抽出多余水分制得的纺丝原液，所述纺丝原液的纤维素含量为20wt%，NMMO含量为70wt%，水含量为8wt%，竹炭含量为2wt% ；
[0044](5)纺丝:将步骤(4)制得纺丝原液经凝固浴纺丝成型，得到竹炭Lyocell纤维。
[0045]本发明制备的竹炭Lyocell纤维的纤度为1.6dtex，干强为3.2cN/dtex，断裂伸长率为12%，具有良好的除菌抑菌、吸湿除潮性能。
[0046]实施例3
[0047]一种竹炭Lyocell纤维的制备工艺,步骤如下:
[0048](I)竹炭纯化和表面改性:将竹炭材料研磨至纳米级，粒径为150nm，将纳米竹炭加入到5mol/的硝酸溶液中，其中竹炭为溶液质量的23%，在75°C下回流20小时，然后用去离子水反复洗涤至中性，将竹炭在真空干燥箱中100°C下真空干燥4小时，后将干燥后的竹炭研磨后加入到5.5mol/L的氨水溶液中，其中竹炭为溶液质量的30%，在55°C恒温振荡器中恒温震荡5.5小时，然后用去离子水反复洗涤至中性，然后将竹炭在真空干燥箱中100°C下真空干燥3.5小时；
[0049](2)将步骤(I)制备的竹炭材料再次研磨，与浓缩至80wt%的NMMO水溶液在100°C下混合均匀，研磨后的竹炭材料和NMMO溶液的质量比为0.03:1 ;
[0050](3)纤维素浆柏活化:将聚合度为1000的纤维素浆柏粉碎加入去离子水中进行溶胀，加入纤维素酶，并用甲酸调节pH值为5，在50°C下保温70分钟，并持续搅拌，搅拌转速为250r/min，活化完成后，加入NaOH调节pH到10，并在与活化相同条件下持续搅拌lOmin，以使酶失活，纤维素浆柏和纤维素酶的质量比为1:0.005，纤维素浆柏和去离子水的质量比为1:20，最后将纤维素浆柏进行压榨，使之含水率约为50wt%，；
[0051](4)溶解:将步骤(2)制得的含有竹炭的NMMO溶液与步骤(3)制备的纤维素浆柏混合，保持真空度-8X 104Pa，加热温度为100°C，用真空泵抽出多余水分制得的纺丝原液，所述纺丝原液的纤维素含量为12wt%，NMMO含量为74wt%，水含量为10wt%，竹炭含量为4wt% ；[0052](5)纺丝:将步骤(4)制得纺丝原液经凝固浴纺丝成型，得到竹炭Lyocell纤维。
[0053]本发明制备的竹炭Lyocell纤维的纤度为3.ldtex，干强为2.9cN/dteX，断裂伸长率为20%,具有良好的除菌抑菌、吸湿除潮性能。
[0054]对比实施例
[0055]传统的制备方法，步骤如下:
[0056](I)竹炭浆料配置:用粒径为75nm的竹炭，在竹炭中按竹炭重量的0.5%添加多烷基三甲基氯化铵，按竹炭重量的0.5%加入分散剂二烷氧基硅烷季铵盐，在加入去离子水，配置成18%的竹炭衆料，至于球磨机中，球磨120min制成均匀的纳米竹炭衆料；
[0057](2)纺丝原液的制备:将聚合度为1300的棉浆柏、聚合度为1200的木浆柏按重量比1:8的混合粉碎后与浓缩后的NMMO溶液混合，在90°C下减压蒸馏形成均一稳定的纺丝原液，纺丝原液的浓度为10% ；
[0058](3)纺丝:将步骤(4)制得纺丝原液经凝固浴纺丝成型，得到竹炭Lyocell纤维。
[0059]本发明制备的竹炭Lyocell纤维的纤度为2.22dtex，干强为2.65cN/dtex，断裂伸长率为10%。
[0060]将对比实施例中生产的竹炭Lyocell纤维与实施例1_3进行对比，结果如下表:
[0061]
【权利要求】
1.一种竹炭Lyocell纤维，其特征在于:是对竹炭进行表面改性处理，然后将其与浓缩后的NMMO水溶液混合，再与活化后的纤维素浆柏混合进行溶解，抽真空并保温，持续抽出多余的水分，制得纺丝原液，最后经纺丝制得的纤维中竹炭含量为3wt%?20wt%的竹炭Lyocell 纤维。
2.—种如权利要求1所述的竹炭Lyocell纤维的制备工艺,其特征在于:步骤如下: (1)将竹炭材料研磨至纳米级，并顺序利用硝酸处理、氨水处理，洗涤后真空干燥； (2)将步骤(I)制备的竹炭材料再次研磨，与浓缩至74wt%?86wt%的NMMO水溶液在70?120°C下混合均匀； (3)将纤维素浆柏利用纤维素酶进行活化，并将活化处理后的纤维素浆柏进行压榨，使之含水率约为45wt%?60wt% ； (4)将步骤(2)制得的含有竹炭的NMMO溶液与步骤(3)制备的纤维素浆柏混合，保持真空度-5 X IO4?-1OX IO4Pa,加热温度为85?120°C，用真空泵抽出多余水分制得的纺丝原液； (5)将步骤(4)制得纺丝原液经凝固浴纺丝成型，得到竹炭Lyocell纤维。
3.如权利要求2所述的一种竹炭Lyocell纤维的制备工艺,其特征在于:所述步骤(I)中，研磨得到的纳米级竹炭材料的粒径为50?200nm。
4.如权利要求3所述的一种竹炭Lyocell纤维的制备工艺,其特征在于:所述步骤(O中，硝酸处理时，将纳米竹炭加入到3?8mol/的硝酸溶液中，其中竹炭为溶液质量的15%?30%，在60?90°C下回流10?30小时，然后用去离子水反复洗涤至中性，将竹炭在真空干燥箱中80?120°C下真空干燥2?6小时。
5.如权利要求4所述的一种竹炭Lyocell纤维的制备工艺,其特征在于:所述步骤(I)中，氨水处理时，将干燥后的竹炭研磨后加入到4?7mol/L的氨水溶液中，其中竹炭为溶液质量的20%?40%，在40?70°C恒温振荡器中恒温震荡3?8小时，然后用去离子水反复洗涤至中性。
6.如权利要求5所述的一种竹炭Lyocell纤维的制备工艺,其特征在于:所述步骤(I)中，真空干燥时，将竹炭在真空干燥箱中80?120°C下真空干燥2?6小时。
7.如权利要求2所述的一种竹炭Lyocell纤维的制备工艺，其特征在于:所述步骤(2)中，研磨后的竹炭材料和NMMO溶液的质量比为0.001:1?0.06:1。
8.如权利要求2所述的一种竹炭Lyocell纤维的制备工艺,其特征在于:所述步骤(3)中，将聚合度为300?1300的纤维素浆柏粉碎加入去离子水中进行溶胀，加入纤维素酶，并用甲酸调节PH值为4?6之间，在40?60°C下保温40?100分钟，并持续搅拌，搅拌转速为100?400r/min ;活化完成后，加入NaOH调节pH到9.5?11之间，并在与活化相同条件下持续搅拌6?15min,以使酶失活。
9.如权利要求8所述的一种竹炭Lyocell纤维的制备工艺,其特征在于:所述步骤(3)中，纤维素浆柏和纤维素酶的质量比为1:0.0045?0.0055 ;纤维素浆柏和去离子水的质量比为1:15?1:25。
10.如权利要求2所述的一种竹炭Lyocell纤维的制备工艺,其特征在于:所述步骤(4)中，所述纺丝原液的纤维素含量为6wt%?20wt%，NMMO含量为68wt%?78wt%，水含量为8wt%?12wt%,竹炭含量为0.2wt%?4wt%。
【文档编号】C09C1/44GK103556248SQ201310516896
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】韩荣桓, 孙永连, 朱波, 陈保磊, 李丽丽, 李永威, 杨祥泽 申请人:山东英利实业有限公司