专利名称：以天然纤维素纤维制备人工水苔的方法
技术领域：
本发明涉及一种以天然纤维素纤维制备人工水苔的方法，其属于绿色环保制程制造天然纤维素纤维的应用技术领域，主要是将纺丝后的天然纤维素纤维，经捻丝、裁切及干燥而制成天然纤维素纤维人工水苔，其PH值介于6.0 7.22之间，且EC值趋近于OmS/cm所含的盐类离子极少，故属于中性及纯净的介质，而与天然水苔相较下更适合作为兰花的栽培介质。
背景技术：
天然水苔(Sphagnum moss)是台湾兰花生产的主要栽培介质,其是一种低等植物，如线条状生长于多湿的温带林中，柔软如棉而富弹性，其吸水及干燥后情形有如海绵，目前台湾使用的天然水苔大部分由智利、纽西兰及大陆等地进口，估计每年消费量约1，100公吨，近年来，天然水苔由于大量采集，同时受水灾及自然生态变化影响，导致产量逐渐减少、成本提高，且采收时部分天然水苔因与土壤混合生长，而遭受严重的镰孢菌(Fusariumoxysporum)感染，以致使得品质不甚稳定,并影响日后兰花种植的品质。因此，利用纺纱技术生产合成或半合成纤维所制成的人工水苔乃因应而生，其具有产制效率高、品质均一及无病虫害带原等优点，并已有逐渐取代天然水苔的趋势；然而，目前合成或半合成纤维人工水苔均属于聚酯类(Polyester)或聚酰氨类(Polyamide)聚合物，所采用的制程为嫘萦(viscose rayon)、铜氨潔萦(Cuprammonium rayon)、醋酸纤维(Acetate)等传统纺丝制程，其嫘萦粘液是使用湿式纺丝来生产，故所需流程十分繁杂，且纺丝速度亦慢而耗时甚久，并导致大量生产的成本较高，此外，在制程中所排放的物质污染性高，极易造成环境的污染，再者，该聚酯类(Polyester)或聚酰氨类(Polyamide)聚合物纤维因属于不可溶解性纤维，常随着人工水苔栽培介质的用量越来越多下，促使其废弃量亦随之增加，反而再次对环境 形成污染源，完全不能符合长期性环保的要求。有鉴于上述合成或半合成纤维人工水苔的缺失，本发明的发明人乃应用自己先前所研发成功的天然纤维素纤维制法的技术(已分别获得台湾发明专利第1330208号及美国发明专利第US8092732号在案)，再加以创新完成本发明，并经实验证明其各项性能均能符合兰花栽培介质的要求，且在大量生产速度上，亦比现有合成或半合成纤维人工水苔的生产速度更快。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种以天然纤维素纤维制备人工水苔的方法，是将天然木浆与氧化甲基玛琳(NMMO)溶剂以适当比例调配成浆液，并掺入抗聚合度衰退安定剂，经溶解后去除水分形成纺丝的黏液(dope),再以干喷湿式纺丝法(dry-jet wet spinning),将黏液从纺口中挤压出来，并进入凝固浴中凝固再生成丝，经水洗后进行捻丝，最后经由裁切及干燥即制得天然纤维素纤维人工水苔；其中，捻丝是采用侧边喂纱的中空锭子方式，将数条天然纤维素纤维丝束合捻(twist)起来，并在进行合捻时同步加入一条包覆丝(coverfilament)，而将整个丝束充分缠绕包覆，可防止后续进行裁切时发生退捻的状态，此外，该中空锭子采用定齿皮带与高速马达进行连结传动，除可避免高速运转时产生滑溜外，更可提高量产天然纤维素纤维人工水苔的速度，进而达成快速量产与降低整体量产制造的成本，使其更具有市场竞争性。本发明的另一目的是在提供一种以天然纤维素纤维制备人工水苔的方法，其制程的溶剂可做充分循环使用，且掺入的抗聚合度衰退安定剂具有减少衰退及简化精制的功效，而使得溶剂的损耗率低，回收率可达99.5%以上，故不会造成环境污染。本发明的又一目的乃在提供一种以天然纤维素纤维制备人工水苔的方法，其制得的天然纤维素纤维人工水苔属于可溶解性纤维，使用后丢弃不会对环境再次造成污染源，故能符合长期性环保的要求。本发明的技术方案为:一种以天然纤维素纤维制备人工水苔的方法，其步骤包含:
(a)将天然木衆与氧化甲基玛琳(N-methylmorpholineN-oxide,简称ΝΜΜ0)溶剂混合成衆液，另掺入苯基恶唑(1，3-phenylene - bis 2_oxazoline,BOX)安定剂,使其相混合调配成一定比例的初浆液；其中，该选用天然木浆的纤维素是为α-纤维素含量在65%以上的长纤维或短纤维，且其纤维素聚合度(degree of polymerization,简称DP)为500 1200 ；
(b)使用高速搅拌机，将步骤(a)的初浆液置入后，以50°C 70°C低温进行高速搅碎，并藉由氧化甲基玛琳(NMMO)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；
(c)使用真空薄膜蒸发器蒸发多余的水分，以80°C 120°C加热，于5分钟内排除水分至5% 13%，即可将纤维 素溶解成纺丝的黏液(dope)；
(d)以计量泵(pump)将黏液送入纺丝机，再以干喷湿式纺丝法(dry-jetwetspinning)，将黏液从纺丝机的纺口中挤压出来形成纤维素丝束；
Ce)喷出水雾使纤维素丝束经凝固浴凝固而再生成纺丝，再以洁净的水漂洗；
Cf)进行捻丝，采用侧边喂纱的中空锭子方式，将数条天然纤维素纤维丝束合捻(twist)起来，喂入的每一天然纤维素纤维丝束的丹尼数约为2，500d，合捻后的总丹尼数约为25，OOOd 30，000d,且在进行合抢时同步加入一条包覆丝(cover filament),而将整个天然纤维素纤维丝束充分缠绕包覆，以防止经由夹丝轮输送至后续裁切时发生退捻的状态；其中，该中空锭子由高速马达带动，并以定齿皮带进行两者间的传动连结，其转速为I, 800r.p.m 10，800r.p.m,并将捻丝的捻度控制在200TPM 1，200TPM之间，而具有调整裁切后天然纤维素纤维人工水苔的松紧度，使其满足不同吸水能力所应有的不同松紧度的需求；
(g)裁切，依不同兰花栽培介质所需的长度，配合调整喂入夹丝轮的频率，再裁切成不同长度需求的天然纤维素纤维人工水苔，其长度可控制在3cm 30 cm ;及
(h)最后，将裁切过的天然纤维素纤维人工水苔送入滚筒干燥机内进行干燥，烘干温度为120°C 150°C，烘干时间约30分钟 60分钟，即可制得天然纤维素纤维人工水苔成品。该步骤(a)中氧化甲基玛琳(NMMO)溶剂的浓度为45% 75%。该天然纤维素纤维人工水苔的pH值介于6.0 7.2之间。
该天然纤维素纤维人工水苔的EC值比天然水苔低3倍以上。
图1为本发明的制造流程图。图2为本发明使用的氧化甲基玛琳(N-methylmorpholine N-oxide,简称ΝΜΜ0)化学结构图。图3为本发明中捻丝的作动示意图。图4为本发明的天然纤维素纤维人工水苔与天然水苔的外观示意图，其中，左图为天然纤维素纤维人工水苔外观图，右图为天然水苔外观图
图5为不同水苔的干燥特性曲线图。图6为使用本发明的天然纤维素纤维人工水苔与天然水苔同时进行蝴蝶兰栽培试验的生长示意图之一；其中，上图为天然水苔的生长示意图，下图为天然纤维素纤维人工水苔的生长示意图。图7为使用本发明的天然纤维素纤维人工水苔与天然水苔同时进行蝴蝶兰栽培试验的生长示意图之二。其中，左图为天然水苔的生长示意图，右图为天然纤维素纤维人工水苔的生长示意图。图8为使用本发明的天然纤维素纤维人工水苔与天然水苔同时进行蝴蝶兰栽培试验的生长示意图之三。其中，左图为天然水苔的生长示意图，右图为天然纤维素纤维人工水苔的生长示意图。图中具体标号如下。1-天然纤维素纤维丝束2-包覆丝
3-天然纤维素纤维人工水苔 10-中空锭子
20-高速马达30-定齿皮带
40-夹丝轮50-裁刀。
具体实施例方式为进一步说明本发明的制作流程与功效，兹佐以图标及各试验实例详细说明如后。请参阅图1至图4所示，本发明以天然纤维素纤维制备人工水苔的方法，其步骤包含:
(a)将天然木衆与氧化甲基玛琳(N-methylmorpholine N-oxide,简称ΝΜΜ0)溶剂混合的衆液内，另掺入苯基恶唑(1，3-phenylene - bis 2-oxazoline,BOX)安定剂,使其相混合调配成一定比例的初浆液；其中，该选用天然木浆的纤维素是为α-纤维素含量在65%以上的长纤维或短纤维，且其纤维素聚合度(degree of polymerization,简称DP)为500 1200，该氧化甲基玛琳(NMMO)的化学结构图如图2所示。(b)使用高速搅拌机，将步骤(a)的初浆液置入后，以50°C 70°C低温进行高速搅碎，并藉由氧化甲基玛琳(NMMO)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。 (c)使用真空薄膜蒸发器蒸发多余的水分，以80°C 120°C加热，于5分钟内排除水分至5% 13%，即可将纤维素溶解成纺丝的黏液(dope)。(d)以计量泵(pump)将黏液送入纺丝机，再以干喷湿式纺丝法(dry-jet wetspinning)，将黏液从纺丝机的纺口中挤压出来形成纤维素丝束；
(e)喷出水雾使纤维素丝束经凝固浴凝固而再生成纺丝，再以洁净的水漂洗。(f)进行捻丝，如图3所示，是采用侧边喂纱的中空锭子10方式，将数条天然纤维素纤维丝束I合捻(twist)起来，喂入的每一天然纤维素纤维丝束I的丹尼数约为2，500d,合捻后的总丹尼数约为25，OOOd 30，OOOd,且在进行合捻时同步加入一条包覆丝(coverfilament) 2,而将整个天然纤维素纤维丝束I充分缠绕包覆，以防止经由夹丝轮40输送至后续裁刀50进行裁切时发生退捻的状态，其中，该中空锭子10由高速马达20带动，并以定齿皮带30进行两者间的传动连结，其转速为1，8001^.111 10，8001^.111，并将捻丝的捻度控制在200TPM 1，200TPM之间，而具有调整裁切后天然纤维素纤维人工水苔3的松紧度，使其满足不同吸水能力所应有的不同松紧度的需求。(g)裁切，如图3所示，是依不同兰花栽培介质所需的长度，而配合调整喂入夹丝轮40的频率，再用钨钢裁刀50裁切成不同长度需求的天然纤维素纤维人工水苔3，该天然纤维素纤维人工水苔3的长度可控制在3cm 30 cm。(h)最后，将裁切过的天然纤维素纤维人工水苔3送入滚筒干燥机内进行干燥，烘干温度为120°C 150°C，烘干时间约30分钟 60分钟，即可制得天然纤维素纤维人工水苔3成品，其外观形状如图4中的左图所示(另图4中的右图是天然水苔的外观图示)。其中，步骤(a)中氧化甲基玛琳(NMMO)溶剂的浓度为45% 75%。将本发明依上述步骤所完成的天然纤维素纤维人工水苔，进行各项试验并与天然水苔比较分析如下:
一、〔水苔通气与吸水性量测方法〕:
水苔的物性量测标准作业程序如下:
1.以3.5吋软盆，底部排水口以胶带或其它填塞工具加以密封，密闭性代表确定水分无法渗出。软盆的容积(总体积)可以承置的水分总重量加以计算(Vp)。2.将待测水苔放置于软盆内，直到完全填满。放入的水苔体积和软盆体积(Vm)相同(Vm=Vp)。3.缓慢的加入水分，直到水苔饱和不再吸收水分。水分不可过满而溢出软盆之外，也不能造成水苔浮起而流到软盆外面。4.静置15分钟，如果水面低下代表水苔需要持续加水，则再添加水分至水苔饱和，而维持软盆表面水位整齐。5.纪录所加入的水重(Wadd)。6.自软盆底部撕去胶带或移除填塞物，使水分自软盆滴落，滴落的水分加以收集并称重(Wdrop)，此水分滴落时间通常需要维持I小时以上。7.自软盆内取出水苔加以称重(Wl)。8.潮湿的水苔放置烘箱内，以70-80°C，烘干36小时以上，最后的干燥的水苔重量为W2。二、〔水苔物性的定义与计算方式〕:
1.总孔隙度(Total porosity, TP):代表在一定体积的水苔所能够加入的水量(吸水量)，此数值代表此代表吸水能力，也可以用以评估通气性能。
权利要求
1.一种以天然纤维素纤维制备人工水苔的方法，其特征在于:其步骤包含: (a)将天然木浆与氧化甲基玛琳溶剂混合成浆液，另掺入苯基恶唑安定剂，使其相混合调配成一定比例的初浆液；其中，该选用天然木浆的纤维素是为α-纤维素含量在65%以上的长纤维或短纤维，且其纤维素聚合度为500 1200 ； (b)使用高速搅拌机，将步骤(a)的初浆液置入后，以50°C 70°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； (c)使用真空薄膜蒸发器蒸发多余的水分，以80°C 120°C加热，于5分钟内排除水分至5% 13%，即可将纤维素溶解成纺丝的黏液； Cd)以计量泵将黏液送入纺丝机，再以干喷湿式纺丝法，将黏液从纺丝机的纺口中挤压出来形成纤维素丝束； Ce)喷出水雾使纤维素丝束经凝固浴凝固而再生成纺丝，再以洁净的水漂洗； (f)进行捻丝，采用侧边喂纱的中空锭子方式，将数条天然纤维素纤维丝束合捻起来，喂入的每一天然纤维素纤维丝束的丹尼数约为2，500d，合捻后的总丹尼数约为25，OOOd 30，000d，且在进行合捻时同步加入一条包覆丝，而将整个天然纤维素纤维丝束充分缠绕包覆，以防止经由夹丝轮输送至后续裁切时发生退捻的状态；其中，该中空锭子由高速马达带动，并以定齿皮带进行两者间的传动连结，其转速为1，8001^.111 10，8001^.111，并将捻丝的捻度控制在200TPM 1，200TPM之间，而具有调整裁切后天然纤维素纤维人工水苔的松紧度，使其满足不同吸水能力所应有的不同松紧度的需求； (g)裁切，依不同兰花栽 培介质所需的长度，配合调整喂入夹丝轮的频率，再裁切成不同长度需求的天然纤维素纤维人工水苔，其长度可控制在3cm 30 cm ;及 (h)最后，将裁切过的天然纤维素纤维人工水苔送入滚筒干燥机内进行干燥，烘干温度为120°C 150°C，烘干时间约30分钟 60分钟，即可制得天然纤维素纤维人工水苔成品。
2.根据权利要求1所述的以天然纤维素纤维制备人工水苔的方法，其特征在于:该步骤(a)中氧化甲基玛琳溶剂的浓度为45% 75%。
3.根据权利要求1所述的以天然纤维素纤维制备人工水苔的方法，其特征在于:该天然纤维素纤维人工水苔的pH值介于6.0 7.2之间。
4.根据权利要求1所述的以天然纤维素纤维制备人工水苔的方法，其特征在于:该天然纤维素纤维人工水苔的EC值比天然水苔低3倍以上。
全文摘要
本发明涉及一种以天然纤维素纤维制备人工水苔的方法，是将天然木浆与氧化甲基玛琳溶剂以适当比例调配成浆液，去除水分后形成黏液，并以干喷湿式纺丝法纺丝，再经凝固再生、水洗、捻丝、裁切及干燥而制得天然纤维素纤维人工水苔。
文档编号D01F1/10GK103210826SQ20131014451
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月24日 优先权日2012年12月14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