一種竹原纖維的分類製備方法與流程
2023-07-06 04:31:21 4
本發明涉及紡織材料技術，具體為一種竹原纖維的提取工藝。
背景技術：
竹原纖維以天然竹子為原料，是一種真正意義上的環保纖維。纖維光澤亮麗，具有獨特的抗菌防臭性能及優良的著色性、反彈性、懸垂性、耐磨性。竹原纖維橫截面布滿了大大小小的空隙，可以在瞬間吸收並蒸發水分。業內專家稱竹纖維為「會呼吸的纖維」。竹原纖維紗線是最環保的綠色產品，而用該紗線生產的針織、機織面料和服裝具有明顯不同於棉、木型纖維素纖維的獨特風格，強力高、耐磨、吸溼、手感柔軟，穿著涼爽舒適，染色性能優良，光澤亮麗，具有較好的天然抗菌效果。同時竹原纖維也被用於竹塑複合材料、隔熱隔音的裝飾材料。採用機械、物理方法提取的天然竹纖維，其結構較粗且硬，均勻度、細度等指標不僅達不到紡織用纖維的要求，甚至不能滿足製備車用複合材料、無紡布的要求。而採用化學、生物等方法提取竹原纖維的現有技術中，如中國專利CN1621580A，經過蒸煮、酶製劑發酵、清洗漂白、浸酸和乳化劑養生等反覆流程處理得到了適合紡紗用竹原纖維，但工藝流程繁瑣，提取成本較高；中國專利CN101748628A，通過高壓蒸煮軟化、高速解纖機製取了長度為3-6mm的適用於竹塑符合材料要求的竹原纖維，但纖維長度過短，限制了其應用範圍；另外CN102634856A專利技術中，利用微生物複合菌技術提取竹原纖維，但生物菌培養技術要求技術條件高、成本高，且效果不穩定。
技術實現要素：
針對竹原纖維提取工藝存在工藝流程長、生產成本高等問題，結合竹原纖維在紡織和竹塑複合材料兩方面的應用，本發明解決所述技術問題的技術方案是：設計一種竹原纖維的分類提取工藝，該生產方法採用以下工藝：
工藝流程是：前處理→鹼液浸泡1→常壓蒸煮→竹青、竹黃分離 ①竹黃→碾壓→梳理→乾燥→浸酸→熱水衝洗至中性→鹼氧處理→熱水衝洗至中性→柔軟處理→乾燥→竹黃處纖維 ②竹青→鹼液浸泡2→碾壓→梳理→乾燥→竹青處纖維；其中，
所述前處理工藝是指將長竹片中的各個竹節去掉，然後在清水裡用刷子將竹片上面的白色碎屑和雜質清洗乾淨；
所述鹼液浸泡1、2工藝是將清洗好的竹片放於鹼液中常溫浸泡，其中鹼液為NaOH、Na2SO3、JFC滲透劑的混合溶液，NaOH濃度為40-70g/L，JFC滲透劑濃度為3-5g/L，Na2SO3濃度為2-3g/L，工序1浸泡時間為24-30小時，工序2浸泡時間為3-5小時(溶液為工序1的浸泡液)；
所述常壓蒸煮工藝：將浸泡好的竹片放入常壓蒸煮容器中蒸煮1-2小時；
所述竹青、竹黃分離工藝：將蒸煮好的竹片取出，沿竹片縱向用刀具將竹片從中間破開一分為二，靠近竹青處的部分統稱為竹青，靠近竹黃的部分統稱為竹黃；
所述的碾壓工藝：是指將分離後的竹青、竹黃分別通過一對表面光滑的加壓羅拉(100-200N)，靠物理機械作用將連接在一起的纖維分散開來，便於後道梳理工序；
所述的梳理工藝：是將碾壓好的竹黃處纖維束和竹青處纖維束在鋒利、稠密梳針的單向作用力下反覆梳理成單纖維狀；
所述浸酸工藝：將竹黃處纖維浸泡於1-1.5g/L的H2SO4溶液中40-60分鐘，溫度為60-80℃；
所述鹼氧處理工藝是將竹黃處纖維放於配置好的鹼溶液中，其中NaOH濃度為6-8g/L，Na2SO3、Na2SiO3、Na5P3O4、尿素等助劑質量為纖維乾重的2-3％，浴比1∶30-1∶50，鹼煮溫度70-80℃，鹼煮30-40min後，將溫度升到90-100℃，添加6-8g/L的H2O2，鹼氧處理60-90min。
所述的熱水衝洗至中性工藝：是用50-70℃的水，衝洗竹黃處纖維至中性；
所述柔軟處理工藝是選用10-15g/L的TDSL-2005A型柔軟劑對竹黃處纖維進行浸泡處理，時間為30-60分鐘，溫度為30-50℃；
與現有技術相比，本發明工藝流程較短，工藝簡單，較好地結合竹片結構和竹原纖維用途，採取竹青、竹黃分離工藝既提取到紡織用性能較好的竹黃處竹原纖維，又提取到力學性能較好的適用於竹塑複合材料的竹青處竹原纖維，且獲得的竹原纖維長度接近原始竹片長度，能滿足不同長度竹原纖維的需要。分類利用 竹片提取不同用途的竹原纖維既有效地利用了竹材原料，又具有很好的經濟效益。
附圖說明
圖1為本發明的製備工藝流程圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明做進一步詳細說明。
本發明設計的竹原纖維提取工藝，採用以下工藝：
工藝流程是：前處理→鹼液浸泡1→常壓蒸煮→竹青、竹黃分離①竹黃→碾壓→梳理→乾燥→浸酸→熱水衝洗至中性→鹼氧處理→熱水衝洗至中性→柔軟處理→乾燥→竹黃處纖維②竹青→鹼液浸泡2→碾壓→梳理→乾燥→竹青處纖維；其中，
所述鹼液浸泡1、2工藝是將清洗好的竹片放於鹼液中常溫浸泡，其中鹼液為NaOH、Na2SO3、JFC滲透劑的混合溶液，NaOH濃度為40-70g/L，JFC滲透劑濃度為3-5g/L，Na2SO3濃度為2-3g//L，工序1浸泡時間為24-30小時，工序2浸泡時間為3-5小時(溶液為工序1的浸泡液)。鹼液浸泡起到去除竹片中的糖類、半纖維素、果膠等雜質的作用，另外可使竹片軟化；
所述常壓蒸煮工藝：將浸泡好的竹片放入常壓蒸煮容器中蒸煮1-2小時；
所述竹青、竹黃分離工藝：將蒸煮好的竹片取出，沿竹片縱向用刀具將竹片從中間破開一分為二，靠近竹青處的部分統稱為竹青，靠近竹黃的部分統稱為竹黃；
所述的碾壓工藝：是指將分離後的竹青、竹黃分別通過一對表面光滑的加壓羅拉(100-200N)，靠物理機械作用將連接在一起的纖維分散開來，便於後道梳理工序；
所述的梳理工藝：是將碾壓好的纖維在鋒利、稠密梳針的單向作用力下反覆梳理成單纖維狀，將單纖之間的連接物去掉，為了保證梳理效果，碾壓完成後直接梳理；
所述浸酸工藝：將竹黃浸泡於1-1.5g/L的H2SO4溶液中40-60分鐘，溫度為60-80℃；
所述鹼氧處理工藝是將竹黃處纖維放於配置好的鹼溶液中，其中NaOH濃度為6-8g/L，Na2SO3、Na2SiO3、Na5P3O4、尿素等助劑質量為纖維乾重的2-3％，浴比1∶30-1∶50，鹼煮溫度70-80℃，鹼煮30-40min後，將溫度升到90-100℃，添加6-8g/L的H2O2，鹼氧處理60-90min。
本發明工藝流程中所述的前處理、浸酸、熱水衝洗至中性、柔軟處理和乾燥工序與現有竹原纖維處理方法基本相同或類似，但鹼液浸泡、常壓蒸煮、碾壓、梳理、竹青和竹黃分離和鹼氧處理等工序不同於現有竹原纖維提取方法，是本發明針對現有竹原纖維生產工藝的不足而創新設計的新工序和工藝。
本發明方法將鹼液浸泡和常壓蒸煮作為竹片預處理工藝，並且又將竹青和竹黃分離，常溫浸泡成本低、能耗小，常壓下蒸煮時間短；竹青、竹黃分離工序較好地結合竹片結構和竹原纖維用途，對不同部位的竹原纖維分類取用；分離後對竹青處纖維再在原鹼液中浸泡既減輕了後道工序的處理難度，又循環利用了原液，降低了生產成本；碾壓、梳理工序作用緩和，對竹原纖維損傷較小，且可使竹原纖維均勻分散成單纖維狀；為使竹黃處纖維滿足紡織用竹原纖維品質要求，對纖維進行進一步化學精細化處理。在化學脫膠部分先鹼煮一段時間，去除纖維表面的半纖維素、果膠等，然後再加雙氧水鹼氧處理，這樣不僅可有效去除纖維內部的木質素、半纖維素、果膠等物質，還可減少纖維損傷，製取的纖維潔白、柔軟。本生產可製取出可以滿足不同需求的竹原纖維，工藝流程短、生產成本低。
本發明方法所得到的竹原纖維主要參數是：竹黃處竹原纖維直徑40-100μm，長度200-300mm，斷裂強度200-500MPa；竹青處竹原纖維直徑80-130μm，長度200-300mm，斷裂強度400-1000MPa。竹黃處竹原纖維適合用於紡紗原料，竹青處竹原纖維適合用於竹塑複合材料原料。
本發明未述及之處適用於現有技術。
下面給出本發明的具體實施例。這些實施例僅用於詳細具體說明本發明的技術方案，並不限制本申請權利要求保護的範圍。
實施例1
將500g兩年生慈竹竹片去掉竹節，用普通塑料刷子在清水中刷洗幾遍竹片內外表面，量取3000mL蒸餾水倒入浸泡容器中，加入150g NaOH、6g Na2SO3、 9g JFC滲透劑攪拌均勻，將竹片放入溶液中在常溫下浸泡30小時；然後取出放入常壓蒸煮容器中，加入清水常壓沸煮1小時，待冷卻後取出竹片，再用刀具對竹片沿纖維縱向分離竹青、竹黃，分離後的竹青處纖維放入原鹼液中浸泡4小時後常壓蒸煮1小時，再和竹黃處纖維一樣通過一對表面光滑的羅拉(作用力為150N)碾壓成鬆散狀態，再用鋒利、稠密的梳針進行梳理，去除纖維間連接物和雜質，纖維成近似單纖狀，自然晾乾；然後對初步提取出的竹黃處纖維進行化學精細化處理，稱取20g竹黃處纖維，量取800mL水再稱取1.2g質量分數為98％的濃硫酸加入後升溫到70℃，加入纖維進行處理，50分鐘後冷卻取出纖維用50℃的熱水進行衝洗4遍，至中性。再稱取800mL水，加入4.8g NaOH和Na2SO3 0.6g、Na2SiO3 0.4g、Na5P3O4 0.4g、尿素0.4g攪拌均勻，升溫到70℃，加入竹黃處纖維進行脫膠，鹼煮30分鐘後升溫到90℃再加入16g質量分數為30％的H2O2鹼氧處理60分鐘。然後取出用熱水衝洗至中性，放入12g/L的柔軟劑溶液中30℃處理40分鐘。柔軟完成後將纖維取出，自然晾乾。
經檢測，本實例得到的竹黃處竹原纖維平均直徑78μm，平均長度178mm，平均斷裂強度246MPa；竹青處竹原纖維平均直徑105μm，平均長度230mm，平均斷裂強度650MPa。
實施例2
將500g兩年生慈竹竹片去掉竹節，用普通塑料刷子在清水中刷洗幾遍竹片內外表面，量取3000mL蒸餾水倒入浸泡容器中，加入165g NaOH、6g Na2SO3、12g JFC滲透劑攪拌均勻，將竹片放入溶液中在常溫下浸泡28小時；然後取出放入常壓蒸煮容器中，加入清水常壓沸煮1.5小時，待冷卻後取出竹片，再用刀具對竹片沿纖維縱向分離竹青、竹黃，分離後的竹青處纖維放入原鹼液中浸泡3小時後常壓蒸煮1小時，再和竹黃處纖維一樣通過一對表面光滑的羅拉(作用力為120N)碾壓成鬆散狀態，再用鋒利、稠密的梳針進行梳理，去除纖維間連接物和雜質，纖維成近似單纖狀，自然晾乾；然後對初步提取出的竹黃處纖維進行化學精細化處理，稱取20g竹黃處纖維，量取800mL水再稱取1.2g質量分數為98％的濃硫酸加入後升溫到80℃，加入纖維進行處理，40分鐘後冷卻取出纖維用60℃的熱水進行衝洗3遍，至中性。再稱取800mL水，加入5.6g NaOH和 Na2SO3 0.6g、Na2SiO3 0.4g、Na5P3O4 0.4g、尿素0.4g攪拌均勻，升溫到70℃，加入竹黃處纖維進行脫膠，鹼煮40分鐘後升溫到95℃再加入16g質量分數為30％的H2O2鹼氧處理70分鐘。然後取出用熱水衝洗至中性，放入13g/L的柔軟劑溶液中40℃處理30分鐘。柔軟完成後將纖維取出，自然晾乾。
經檢測，本實例得到的竹黃處竹原纖維平均直徑75μm，平均長度165mm，平均斷裂強度238MPa；竹青處竹原纖維平均直徑103μm，平均長度250mm，平均斷裂強度645MPa。
實施例3
將500g兩年生慈竹竹片去掉竹節，用普通塑料刷子在清水中刷洗幾遍竹片內外表面，量取3000mL蒸餾水倒入浸泡容器中，加入170g NaOH、6g Na2SO3、13g JFC滲透劑攪拌均勻，將竹片放入溶液中在常溫下浸泡27小時；然後取出放入常壓蒸煮容器中，加入清水常壓沸煮1.5小時，待冷卻後取出竹片，再用刀具對竹片沿纖維縱向分離竹青、竹黃，分離後的竹青處纖維放入原鹼液中浸泡4小時後常壓蒸煮1小時，再和竹黃處纖維一樣通過一對表面光滑的羅拉(作用力為120N)碾壓成鬆散狀態，再用鋒利、稠密的梳針進行梳理，去除纖維間連接物和雜質，纖維成近似單纖狀，自然晾乾；然後對初步提取出的竹黃處纖維進行化學精細化處理，稱取20g竹黃處纖維，量取800mL水再稱取1.3g質量分數為98％的濃硫酸加入後升溫到75℃，加入纖維進行處理，40分鐘後冷卻取出纖維用60℃的熱水進行衝洗3遍，至中性。再稱取800mL水，加入6.4g NaOH和Na2SO3 0.6g、Na2SiO3 0.4g、Na5P3O4 0.4g、尿素0.4g攪拌均勻，升溫到70℃，加入竹黃處纖維進行脫膠，鹼煮30分鐘後升溫到90℃再加入18.7g質量分數為30％的H2O2鹼氧處理60分鐘。然後取出用熱水衝洗至中性，放入15g/L的柔軟劑溶液中40℃處理30分鐘。柔軟完成後將纖維取出，自然晾乾。
經檢測，本實例得到的竹黃處竹原纖維平均直徑73μm，平均長度158mm，平均斷裂強度220MPa；竹青處竹原纖維平均直徑102μm，平均長度225mm，平均斷裂強度670MPa。