专利名称：具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，其属于竹纤维制造技术领域，且制程采用不会造成环境污染的环保制程，所制得的竹纤维素纤维属于长纤丝(filament),或可依所需要的长度切断成为短纤丝(staple),均具有良好的抗菌、除臭及负离子等功能，可被应用于纺织品、医疗卫生材料及生物科技材料等用途上。
背景技术：
目前人造合成纤维生产中所使用的最大量原料，依序为聚丙烯(PP)、聚酯(PET)、聚乙烯(PE)与尼龙(Nylon)，共计占总使用量的96%，当这些大量人造合成纤维被制成织品且经使用后成为废弃物时，因无法被自然环境分解，而对环境形成巨大的危害，因此，以木浆(pulp)为原料，并使用溶剂法来生产制造天然纤维素纤维已渐成主流，其织物产品的废弃物因可自然降解，而被称为绿色环保纤维或称为Lyocell纤维。发表于中国山东纺织科技期刊2003年第2期的 ''新型再生纤维素纤素-竹纤维"已研究证实，竹纤维具有天然抗菌、吸湿透气、负离子保健等特性，且竹子属快速生长植物，繁殖力强(2至3年即可砍伐)，更新容易，是极佳的再生资源，在资源利用过程中不会发生如林木砍伐时，所产生林地环境生态受到严重破坏等问题，此外，竹浆的成本只有木浆的三分之一，因此，应用制造Lyocell纤维的溶剂法来做为生产竹纤维，已见于诸多专利文献中，例如:中国发明专利CN1129680、CN1190531、CN1315624及CN100395384等皆是，由该公开的各中国发明专利技术内容可知，其生产所得的竹纤维并未具有除臭的功效。根据中国海关数据显示，2007-2011年中国共计进口咖啡豆13.7万吨，单2011年就进口咖啡4.3万吨，同比增长41.9%，以2011年为例:烘焙使用后的废咖啡渣数量至少达
2万公吨以上(咖啡豆与使用后的比例约为2:1计算)，目前这些每年多达2万公吨以上的废咖啡渣，大部分是以直接焚化或掩埋等方式来处理，少部分则因咖啡渣具有除臭的功效而拿来做去除异味，或做为供给植物的养分，或做为清洁的功用；另外，已有人将其应用来制造咖啡纱之用，例如中国发明专利授权公告号CN101418477，由该咖啡纱专利所揭露的技术内容可知，其将咖啡渣和高分子聚合物颗粒混合制成母粒后，再将母粒抽丝成纱线，而所用的高分子聚合物颗粒选自聚丙烯、尼龙和聚酯，因此，经由该咖啡纱所制得的织物，因含有高分子聚合物，故使用后成为废弃物时，也将无法被自然环境分解，仍会有对环境造成危害的结果。中国除竹林资源丰富外(现有竹林面积达421万公顷，储蓄量1.27亿顿，约占全球竹资源的三分之一)，更有每年多达2万公吨以上的废咖啡渣可做为除臭之用，本发明人有鉴于此，特别深入研究如何将可被自然环境分解的竹纤维，与具有除臭功能的废咖啡渣相结合，再加上竹纤维本身所具备天然抗菌、负离子保健等特性，而成为具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维，经多次实验试作成功后，终能完成本发明的制法
发明内容
本发明的主要目的是提供一种具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，系将适量的废咖啡洛(Coffee residue)先加入竹衆(Bamboo pulp)作为原料，再加入氧化甲基玛琳(N-methylmorpholine N-oxide,简称ΝΜΜ0)溶剂使其相混合溶解，并使用真空薄膜蒸发器(Thin Film Evaporator, TFE)以8(TC 10(TC加热,在5分钟内蒸发溶解混合后的水份排除至5 13%而形成黏液(dope)，再以干喷湿式纺丝法(Dry-jetWet Spinning)将该黏液从纺嘴中挤压出来，并经凝固浴中凝固再生成丝，最后经水洗、干燥、上油及卷取等程序后，即可制得长纤丝(filament)，或依所需要的长度切断成为短纤丝(staple)的具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维；其整体的制程短且使用无毒性的氧化甲基玛琳作为溶剂，并经由脱色、过滤、浓缩及精制等溶剂回收方式，能将氧化甲基玛琳溶剂充分回收循环使用，而成为不会对环境造成污染的环保制程，且制得的竹纤维素纤维除本身所具备天然抗菌、负离子保健等特性外，更因含有废咖啡渣而具有除臭的功效，其织物成品在使用后成为废弃物时，完全能在环境中自然分解，而不会对环境造成破坏。本发明的技术方案为:一种具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，其特征在于:其步骤包含:
a.将废咖啡渣加入竹浆作为原料；该废咖啡渣先经高速研磨成500nnTl000nm的微颗粒后再加入竹浆内，该竹浆选用a —纤维素含量在80%以上的竹浆纤维素，其纤维素聚合度介于400 800。b.加入氧化甲基玛琳溶剂及苯基恶唑安定剂于步骤a的竹浆中，并使其相混合溶解成黏液；其系利用卧式调浆机，将该废咖啡渣与竹浆纤维素、氧化甲基玛琳溶剂及苯基恶唑添加剂一起置入后，以60°C 80°C低温进行高速搅碎，并藉由氧化甲基玛琳对纤维素膨润性大、溶解性高及溶解速率快等功效，来达成快速相互混合溶解形成浆液，再利用真空薄膜蒸发器以80Π20 加热，在5分钟内 蒸发溶解混合后的水份排除至5 13%，即可形成黏液。c.以干喷湿式纺丝法进行纺丝，将纺丝粘液从纺嘴中挤压出来后，再进入凝固浴中使其凝固再生成丝。d.将凝固再生的纺丝经过水洗、干燥、上油及卷取等程序后，即可制得长纤丝的具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维。该步骤a中所加入竹浆内的废咖啡渣含量为0.5Wt°/r5Wt%。该步骤b中氧化甲基玛琳溶剂的浓度为50°/Γ75%。该该步骤d中的干燥的温度为100°C "150°C。该步骤d中的卷取速度为每分钟20(Γ800公尺。该步骤d中所制得竹纤维素纤维的纤维强度为1.5g/cT4.0g/d。该步骤d中所制得竹纤维素纤维的纤维伸率为4.09Γ8.0%。该步骤d中所制得竹纤维素纤维的纤维杨氏系数为50g/cTl50g/d。该步骤d中经凝固再生的纺丝，可在水洗、干燥及上油后，即依所需要的长度切断成为短纤丝。该步驟d中凝固再生與水洗後的溶劑回收步驟包含:
1.脱色:系以活性碳悬浮方式吸付脱色，未脱色液加入0.059Γ0.10%吸附性和悬浮性良好的活性碳粉末，用鼓风混合吸附复和静置悬浮吸附交替处理，其两者之处理时间比例为1:3至1: 6，处理时间8小时以上即可完成脱色。2.过滤:系采用二阶段过滤，其第一阶段粗滤用一般滤芯式过滤器以简化设备，但为避免活性碳逐渐累积在滤芯最外层而减缓过滤的速度，故助滤剂除预布于滤芯表面之夕卜，亦在未滤液中加入0.039Γ0.05%,使未滤液含有少量膨松助滤剂，则过滤速度大幅提高且可保持不减退，该助滤剂的组成以硅藻土:纤维素=4:1的比例效果最好，粗滤完成后将滤洛残液离心、脱水、回收，而脱水后的滤洛助滤剂仍具有助滤效果可再回收使用一次。其第二阶段精滤使用精密过滤器UF，精滤后滤液清净度与新鲜溶剂相同。 3.浓缩:本发明制程因水洗液回收时，其溶剂浓度由6.59Γ8.0%需浓缩到50°/Γ55%，每吨纤维约需浓缩除水90吨，浓缩负荷极大；当纤维产量较少时:系采用三效浓缩方式，其除水每吨约需蒸汽用量0.5吨(虽蒸汽消耗高，但电力消耗较小)；当纤维产量稍大时:则采用MVR浓缩方式，其除水每吨约需蒸汽0.003^0.03吨(虽蒸汽消耗低，但电力消耗稍大)，该二种浓缩方式各适不同产量，但所产生的浓缩液和冷凝水都可全部回收；其中，浓缩液可供制程溶剂之用；冷凝水可供原丝水洗之用。4.精制:系采用80°C低温氧化和中和还原，用35%H202为氧化剂、85% N2H4.H20为中和还原剂，用电位滴定法测定氧化还原的结果，其NMM含量可降到IOppm以下，可提高NMMO纯度和减少损耗。
图1为本发明的制造流程方块图。图2为本发明所使用氧化甲基玛琳溶剂(N-methylmorpholine N-oxide,简称ΝΜΜ0)的化学结构图。图中具体标号如下 :
无
具体实施例方式为进一步说明本发明的制作流程与功效，兹佐以图示及各试验实例详细说明如后:
请参阅图1至图2所示，本发明具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，其步骤包含:
a.将废咖啡洛(Coffee residue)加入竹衆(Bamboo pulp)作为原料；该废咖啡洛先经高速研磨成500nnTl000nm (奈米)的微颗粒后再加入竹浆内，该竹浆选用a—纤维素含量在80%以上的竹衆纤维素,其纤维素聚合度(degree of polymerization,简称DP)介于400 800。b.加入氧化甲基玛琳溶剂(N-methylmorpholine N-oxide,简称ΝΜΜ0,其化学结构如图2所不)及苯基恶唑安定剂(I, 3-phenylene - bis 2-oxazoline, BOX)于步骤a的竹浆中，并使其相混合溶解成黏液(dope);其系利用卧式调浆机，将该废咖啡渣与竹浆纤维素、氧化甲基玛琳溶剂及苯基恶唑添加剂一起置入后，以60°C 80°C低温进行高速搅碎，并藉由氧化甲基玛琳对纤维素膨润性大、溶解性高及溶解速率快等功效，来达成快速相互混合溶解形成衆液(slurry),再利用真空薄膜蒸发器(Thin Film Evaporator, TFE)以80°C 120°C加热，在5分钟内蒸发溶解混合后之水份排除至5 13%，即可形成黏液(dope)。c.以干喷湿式纺丝法(Dry-Jet Wet Spinning)进行纺丝,将纺丝粘液从纺嘴中挤压出来后，再进入凝固浴中使其凝固再生成丝。d.将凝固再生的纺丝经过水洗、干燥、上油及卷取等程序后，即可制得长纤丝(filament),或依所需要的长度切断成为短纤丝(staple)的具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维，其中，干燥的温度为100°C 150°C，卷取速度为每分钟200 800公尺，所制得竹纤维素纤维的纤维强度为1.5g/cT4.0g/d，纤维伸率为4.09Γ8.0%，纤维杨氏系数为 50g/cTl50g/d。其中，步骤a中所加入竹浆内的废咖啡渣含量为0.5wt°/T5wt%。其中，步骤b所加入之苯基恶唑安定剂(1，3-phenylene - bis 2-oxazoline,BOX)可降低纤维素黏液的色泽及聚合度的衰退，其氧化甲基玛琳溶剂的浓度为509Γ75%且为无毒性溶剂，于水洗过程中被洗出后，再经由回收再使用，其损耗率低且回收率可达99.7%以上，除可降低制造成本外，亦不会造成环境的污染，完全符合环保制程的规范。另步骤d中凝固再生与水洗后的溶剂回收步骤包含:
1.脱色:系以活性碳悬浮方式吸付脱色，未脱色液加入0.059Γ0.10%吸附性和悬浮性良好的活性碳粉末，用鼓风混合吸附复和静置悬浮吸附交替处理，其两者之处理时间比例为1:3至1: 6，处理时间8小时以上即可完成脱色，该方式及程序可简化设备、节省能源和提高吸附脱色效果。2.过滤:系采用二阶段过滤，其第一阶段粗滤用一般滤芯式过滤器以简化设备，但为避免活性碳逐渐累积在滤芯最外层而减缓过滤之速度，故助滤剂除预布于滤芯表面之夕卜，亦在未滤液中加入0.039Γ0.05%,使未滤液含有少量膨松助滤剂，则过滤速度大幅提高且可保持不减退，该助滤剂的组成以硅藻土:纤维素=4:1的比例效果最好，粗滤完成后将滤洛残液离心、脱水、回收，而脱水后的滤洛助滤剂仍具有助滤效果可再回收使用一次。其第二阶段精滤使用精密过滤器UF，精滤后滤液清净度与新鲜溶剂相同，采用本方式的粗滤和精滤可得低设备费、低损耗率、高处理量、高清净度的特点。3.浓缩:本发明制程因水洗液回收时，其溶剂浓度由6.59Γ8.0%需浓缩到50°/Γ55%，每吨纤维约需浓缩除水90吨，浓缩负荷极大；当纤维产量较少时:系采用三效浓缩方式，其除水每吨约需蒸汽用量0.5吨(虽蒸汽消耗高，但电力消耗较小)；当纤维产量稍大时:则采用MVR浓缩方式，其除水每吨约需蒸汽0.003^0.03吨(虽蒸汽消耗低，但电力消耗稍大)，该二种浓缩方式各适不同产量，但所产生的浓缩液和冷凝水都可全部回收；其中，浓缩液可供制程溶剂之用；冷凝水可供原丝水洗之用。 4.精制:系采用80°C低温氧化和中和还原，用35%H202为氧化剂、85% N2H4.H20为中和还原剂，用电位滴定法测定氧化还原的结果，其NMM含量可降到IOppm以下，可提高NMMO纯度和减少损耗。为进一步证明本发明的功效，特依本发明制程，设定不同的组分、条件和参数，而完成下列各试验的实施例，并详加说明如下:
实施例一:(依本发明制法制得样品编号1飞):
将废咖啡渣加入聚合度为500的竹浆纤维素与氧化甲基玛琳(NMMO)溶剂混合的浆液，并掺入不同添加比例之苯基恶唑(1，3-phenylene-bis 2-oxazoline, BOX)安定剂,然后利用真空薄膜蒸发器蒸发多余的水份，以80°C 120°C加热，5分钟内排除水分至59Γ13%，即可将竹浆纤维素溶解成黏液(dope)，再将此黏液以计量pump送至纺丝机进行纺丝，以干喷湿式纺丝法(Dry-jet Wet Spinning)的押出方式经纺嘴挤压出来后,经凝固浴再生成丝,再经水洗、干燥、上油及卷取而制成具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维。以上所得竹纤维素纤维样品之黏液组成表如表一中样品编号I飞所示。实施例二:(依本发明制法制得样品编号7 12):
将废咖啡渣加入聚合度为750的竹浆纤维素与氧化甲基玛琳(NMMO)溶剂混合的浆液，并掺入不同添加比例的苯基恶唑(1，3-phenylene-bis 2-oxazoline, BOX)安定剂,然后利用真空薄膜蒸发器蒸发多余的水份，以80°C 120°C加热，5分钟内排除水分至59Γ13%，即可将竹浆纤维素溶解成黏液(dope)，再将此黏液以计量pump送至纺丝机进行纺丝，以干喷湿式纺丝法(Dry-jet Wet Spinning)的押出方式经纺嘴挤压出来后,经凝固浴再生成丝,再经水洗、干燥、上油及卷取而制成具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维。以上所得竹纤维素纤维样品的黏液组成表如表一中样品编号7 12所示。表一:竹纤维素纤维样品I至样品12的黏液组成表
权利要求
1.一种具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，其特征在于:其步骤包含: a.将废咖啡渣加入竹浆作为原料；该废咖啡渣先经高速研磨成500nnTl000nm的微颗粒后再加入竹浆内，该竹浆选用a —纤维素含量在80%以上的竹浆纤维素，其纤维素聚合度介于400 800 ； b.加入氧化甲基玛琳溶剂及苯基恶唑安定剂于步骤a的竹浆中，并使其相混合溶解成黏液；其系利用卧式调浆机，将该废咖啡渣与竹浆纤维素、氧化甲基玛琳溶剂及苯基恶唑添加剂一起置入后，以60°C 80°C低温进行高速搅碎，并藉由氧化甲基玛琳对纤维素膨润性大、溶解性高及溶解速率快等功效，来达成快速相互混合溶解形成浆液，再利用真空薄膜蒸发器以80°C 120°C加热，在5分钟内蒸发溶解混合后的水份排除至5 13%，即可形成黏液； c.以干喷湿式纺丝法进行纺丝，将纺丝粘液从纺嘴中挤压出来后，再进入凝固浴中使其凝固再生成丝；及 d.将凝固再生的纺丝经过水洗、干燥、上油及卷取等程序后，即可制得长纤丝的具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维。
2.根据权利要求1所述的具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，其特征在于:该步骤a中所加入竹浆内的废咖啡渣含量为0.5Wt9T5wt%。
3.根据权利要求1所述的具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，其特征在于:该步骤b中氧化甲基玛琳溶剂的浓度为509Γ75%。
4.根据权利要求1所述的具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，其特征在于:该该步骤d中的干燥的温度为100°C 150°C。
5.根据权利要求1所述的具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，其特征在于:该步骤d中的卷取速度为每分钟20(Γ800公尺。
6.根据权利要求1所述的具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，其特征在于:该步骤d中所制得竹纤维素纤维的纤维强度为1.5g/cT4.0g/d。
7.根据权利要求1所述的具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，其特征在于:该步骤d中所制得竹纤维素纤维的纤维伸率为4.09Γ8.0%。
8.根据权利要求1所述的具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，其特征在于:该步骤d中所制得竹纤维素纤维的纤维杨氏系数为50g/cTl50g/d。
9.根据权利要求1所述的具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，其特征在于:该步骤d中经凝固再生的纺丝，可在水洗、干燥及上油后，即依所需要的长度切断成为短纤丝。
10.根据权利要求1所述的具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，其特征在于:该步驟d中凝固再生與水洗後的溶劑回收步驟包含: .1.脱色:系以活性碳悬浮方式吸付脱色，未脱色液加入0.059Π).10%吸附性和悬浮性良好的活性碳粉末，用鼓风混合吸附复和静置悬浮吸附交替处理，其两者之处理时间比例为1:3至1:6，处理时间8小时以上即可完成脱色， .2.过滤:系采用二阶段过滤，其第一阶段粗滤用一般滤芯式过滤器以简化设备，但为避免活性碳逐渐累积在滤芯最外层而减缓过滤的速度，故助滤剂除预布于滤芯表面之外，亦在未滤液中加入0.039Γ0.05%,使未滤液含有少量膨松助滤剂，则过滤速度大幅提高且可保持不减退，该助滤剂的组成以硅藻土:纤维素=4:1的比例效果最好，粗滤完成后将滤渣残液离心、脱水、回收，而脱水后的滤渣助滤剂仍具有助滤效果可再回收使用一次，其第二阶段精滤使用精密过滤器UF，精滤后滤液清净度与新鲜溶剂相同，.3.浓缩:本发明制程因水洗液回收时，其溶剂浓度由6.59Γ8.0%需浓缩到50°/Γ55%，每吨纤维约需浓缩除水90吨，浓缩负荷极大；当纤维产量较少时:系采用三效浓缩方式，其除水每吨约需蒸汽用量0.5吨(虽蒸汽消耗高，但电力消耗较小)；当纤维产量稍大时:则采用MVR浓缩方式，其除水每吨约需蒸汽0.003^0.03吨(虽蒸汽消耗低，但电力消耗稍大)，该二种浓缩方式各适不同产量，但所产生的浓缩液和冷凝水都可全部回收；其中，浓缩液可供制程溶剂之用；冷凝水可供原丝水洗之用，.4.精制:系采用80°C低温氧化和中和还原，用35%H202为氧化剂、85%N2H4.H20为中和还原剂，用电位滴定法测定氧化还原的结果，其NMM含量可降到IOppm以下，可提高NMMO纯度和减少损耗。
全文摘要
本发明涉及一种具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维的制法，系将适量的废咖啡渣先加入竹浆作为原料，再加入氧化甲基玛琳溶剂，使其相混合溶解成黏液后，以干喷湿式纺丝法将该黏液从纺嘴中挤压出来，并经凝固浴中凝固再生成丝，最后经水洗、干燥、上油及卷取等程序后，即可制得具有天然抗菌、除臭及负离子功能竹纤维素纤维。
文档编号D01F13/02GK103215678SQ20131009704
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者周文东, 赖明毅, 黄坤山 申请人:聚隆纤维股份有限公司