採用高溫高壓分段式製備微晶化纖維素的處理工藝的製作方法
2023-07-18 11:32:46 1
專利名稱：採用高溫高壓分段式製備微晶化纖維素的處理工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製備高分子材料領域，尤其屬於製備微晶化纖維素工藝。
背景技術：
纖維素是一種高分子的有機材料，在航天、航空、醫藥、建材、皮革、染料和塗料等領域廣泛應用，是當今新材料領域開發研究相當引人注目的領域。隨著我國對外開放和加入世貿組織，近些年來到我國皮革工業和製鞋業有了長足的發展，成為輕工產品外銷出口的一項拳頭產品。因此，這幾年浙江、廣東、江蘇等皮革業發展快速的省份，對優質纖維素產品的需求量從原來的一、二百噸，猛增到現在的幾十萬噸。而且要求的質量也越來越高。然而起步了上世紀九十年代的國內三十幾家企業的產品品質均只能滿足客戶的低標準需求。也就是只能生產低檔次的產品。我們福建省是林業大省，有豐富的木材資源和大量山場剩餘物，它是纖維素最本質的原始原料，因此發展纖維素的加工生產有著得天獨後的條件。自2000年後，福建省多家林產品加工企業就根據市場的需要，先後投資開發生產纖維素。
目前生產纖維素工藝均採用常壓熱解法，它的優點是對設備要求不高。但是也帶來熱解時間長，對纖維素降解破壞大，造成低聚合度的纖維素大大增加，影響產品吸水膨脹率。
發明內容
本發明的目的在於提供一種能加速製備反應過程，提高產品吸水膨脹率，達到減少蒸汽消耗，節省電、煤能源的工藝，即採用高溫高壓分段式製備微晶化纖維素的處理工藝(以下簡稱加壓工藝)。
本發明的目的是這樣實現的，1)首先選擇原料，目前製備纖維素所採用原料可以是紙漿或紙漿板、木漿、木片。為了與現有的生產企業工藝條件相銜接，本發明加壓工藝優選採用的原料為紙漿板，既由東南亞國家或國內製漿和紙漿廠提供的普通漿板。漿板的原料為闊葉樹材、竹子等均可，並採用化學製漿漂白工藝生產的漿板。我們採用的印尼白桉紙漿板質量指標如下成品規格840×620(mm)重量 (1150--1450)g/m2水份 (7--11)％白度 ≥80％ISOPH值 6-8由於漿板要進行改小處理，本發明可以採用其它尺寸規格的紙漿板。不過漿板白度必須達到≥80％ISO。
2)製備方法本發明的製備工藝對紙漿板進行加溼和改小處理後，加入配製好初始期PH值定為0.1-4.5的鹽酸處理液，酸處理液的用量應按照漿板重量值加以確定。鹽酸處理液與紙漿或紙漿板、木漿、木片的體積重量比值為2-10∶1，優選為5∶1。鹽酸優選工業鹽酸，成本較低，當然也可以是純度高的分析純也可以用，但成本太高，鹽酸處理液配製成PH值為0.1-4.5的水溶液，鹽酸處理液用完後可回收後提純重複使用2-3次；經鹽酸處理液處理的紙漿板經電動攪拌器的分散纖維處理後，投入蒸煮罐中，並按照工藝方案確定的要求加熱，進行程序升溫。在60-100℃溫度下蒸煮10-40分鐘；然後轉入加壓熱解反應階段。此時處理溫度、壓力的上升速率因根據全程45-100分鐘工藝流程時間來安排確定。隨著蒸煮罐內溫度快速上升至102--150℃、壓力為0.03-0.80Mpa，蒸煮熱解反應15-60鍾，再升溫到150--220℃、壓力為0.80-1.80反應進入到平衡熱解反應階段，時間為20-30分鐘。結束平衡熱解反應後，既可出罐進入後期的水洗、過濾、乾燥、粉碎等後處理工序。最終獲得純白色微晶化纖維素。
上述加壓熱解反應階段時，蒸煮熱解反應優選時間為15-30分鐘。熱解反應進入到平衡熱解反應階段時，優選壓力為0.80-1.00MPa。
後期處理具體過程如下蒸煮罐出來的溶液由原來的清白液轉變成帶灰白色的混濁液，水洗除酸後，採用真空脫水方法將酸液回收後，(真空脫水是常規方法，一般在常溫下，真空度任意值均可)，經提純再利用；經過漂洗後過濾所獲得反應物均未帶任何雜色，再經乾燥、粉碎為純白色微晶化纖維素，產品顆粒細度一般為400--800目。
上述主要工藝參數影響酸值、溫度和處理時間對製備影響纖維素是無水葡萄糖殘基通過β-1，4苷鍵連接的立體規整性高分子，製備過程中酸值、溫度壓力和時間三個參數對其影響極大。
1)酸值影響根據實驗現場測定，溶液濃度太高將產生水解物增多，影響纖維素得率。溶液濃度太低，則達不到解聚木纖維的結果。初始期鹽酸處理溶液的PH值定為0.1-4.5比較合適。處理結束後溶液的酸值發生了一定的變化，該液可回收後提純重複使用2-3次。
2)壓力、溫度作用對於纖維素製備工藝而言熱解反應的溫度、壓力是極為重要的關鍵參數。通過大量的試驗證明，溫度和壓力對製備纖維素的反應進程影響比其他技術參數要大得多。高溫能使反應明顯加快。在熱解反應溶液濃度相同條件下，採用高溫高壓處理工藝比目前國內企業所用常壓工藝製備纖維素縮短一半時間。高溫高壓處理工藝製備纖維素的關鍵點就是妥當選擇合適的反應溫度和壓力。實驗結果驗證在溫度為102--220℃、壓力為0.03-0.80MPa時為最佳熱解反應條件。
3)處理時間在纖維素熱解反應過程中，酸值和反應溫度、壓力直接影響處理時間的長短。為了達到人為控制整個反應進程，便於工人安全操作，對於它的設定是必要。製備纖維素過程中，為了避免出現反應物得率明顯偏低現象，以及反應不完全問題，從放入蒸煮罐開始計時整個處理時間控制在45-100分鐘比較適宜。
本發明具有如下特點工藝涉及到反應過程的溶液酸值、溫度、壓力和處理時間。特別涉及到溫度和壓力分段控制，從而能加速製備反應過程，通過大量的試驗證明，在熱解反應溶液濃度相同條件下，採用高溫高壓分段式製備工藝比目前國內企業所用常壓工藝製備纖維素縮短一半時間，達到減少蒸汽消耗，節省電、煤能源的目的。本發明加壓工藝通過對處理液的酸值，熱解的溫度、壓力進行篩選，改變原有工藝中不帶壓力和木材纖維解纖過程降解度太高，聚合度小於130的纖維素大量增加的問題，篩選出能獲取吸水膨脹體積達≥50(ml)，當吸水膨脹體積在50-53ml時，纖維素產品性能最佳。並且降低生產成本的優選工藝。滿足皮革企業生產高檔皮革時對纖維素產品的該項指標的特殊要求。從試驗結果看由於熱解時間的縮短，聚合度小於130的纖維素比原有降低30-60％，因此所產出纖維素吸水膨脹體積性能比原有工藝好一些。
圖1為本發明採用高溫高壓處理工藝所製備纖維素的工藝流程圖。
圖2為本發明的製備設備的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明進行詳細說明如圖1所示，工藝流程為以紙漿板為原料→加溼預處理→一段程序升溫→加壓熱解反應→平衡熱解反應處理→纖維素原漿出罐→水洗過濾處理→去溼烘乾處理→粉碎過篩不同成品→成品質量檢驗，最後出品。具體處理反應在圖2中完成，圖中有蒸煮罐1、鍋爐2、疏水器3、排料閥4、溫度顯示裝置5、壓力控制裝置6、電接點壓力表7、不鏽鋼接點控壓閥8、進料口9、安全閥10、壓力表11。
本發明採用木漿或紙漿板、木片為原料，從各實例得到的產品經測試纖維素的含水率、白度、炭份、吸水膨脹體積和PH值結果與現有的工藝生產的產品對比數據詳見表一。
表一 纖維素的含水率、白度、炭份和PH值結果對比
實例1稱取印尼白桉紙漿板20千克撕碎成小片狀，加1千克水溼潤後，加入配製好初始期PH值為0.8的鹽酸處理液50千克，在電動攪拌器的分散纖維處理後，投入特製的蒸煮罐中，在70℃溫度下蒸煮10分鐘，溫度快速上升至100℃，壓力分別為0.06Mpa，蒸煮熱解反應15分鐘，再升溫到200℃、壓力為1.70MPa時，熱解反應進入到平衡熱解反應階段，時間為30分鐘。結束平衡熱解反應後，既可出罐進入後期的水洗、過濾、乾燥、粉碎後處理工序。蒸煮罐出來的溶液由原來的清白液轉變成帶灰白色的混濁液。採用真空脫水方法將酸液回收後，經提純再利用。經過漂洗後所獲得反應物均未帶任何雜色，乾燥、粉碎後為純白色纖維素，測得吸水膨脹體積46ml，含水率6.2，白度82，炭份0.26，PH為7。
實例2稱取國產雜木紙漿板20千克撕碎成小片狀，加1千克水溼潤後，加入配製好初始期PH值為1.8的鹽酸處理液60千克，在電動攪拌器的分散纖維處理後，投入特製的蒸煮罐中，在80℃溫度下蒸煮10分鐘，隨後溫度快速上升至122℃、壓力為0.50Mpa，蒸煮熱解反應18分鐘，再升溫到170℃、壓力為1.80MPa時，熱解反應進入到平衡熱解反應階段，時間為30分鐘。結束平衡熱解反應後，既可出罐進入後期的水洗、過濾、乾燥、粉碎等後處理工序。蒸煮罐出來的溶液由原來的清白液轉變成帶灰白色的混濁液。採用真空脫水方法將酸液回收後，經提純再利用。經過漂洗後所獲得反應物均未帶任何雜色，乾燥、粉碎後為純白色纖維素，測得吸水膨脹體積45.2ml，含水率6.3，白度83，炭份0.26，PH為7。
實例3稱取國產竹漿板20千克撕碎成小片狀，加10千克水溼潤後，加入配製好初始期PH值為3.8的鹽酸處理液70千克，在電動攪拌器的分散纖維處理後，投入特製的蒸煮罐中，在90℃溫度下蒸煮8分鐘，隨後溫度快速上升至142℃、壓力為0.70Mpa，蒸煮熱解反應30分鐘，再升溫到210℃、壓力為1.30MPa時，熱解反應進入到平衡熱解反應階段，時間為30分鐘。結束平衡熱解反應後，既可出罐進入後期的水洗、過濾、乾燥、粉碎等後處理工序。蒸煮罐出來的溶液由原來的清白液轉變成帶灰白色的混濁液。採用真空脫水方法將酸液回收後，經提純再利用。獲得的微晶化纖維素經過漂洗後所獲得反應物均未帶任何雜色，乾燥、粉碎後為純白色微晶化纖維素，測得吸水膨脹體積46.2，含水率6.3，白度82，炭份0.27，PH為7。
實例4稱取國產雜木木漿20千克撕碎成小片狀，加14千克水溼潤後，加入配製好初始期PH值為4.5的鹽酸處理液80千克，在電動攪拌器的分散纖維處理後，投入特製的蒸煮罐中，在60℃溫度下蒸煮10分鐘，隨後溫度快速上升至112℃、壓力為0.30Mpa，蒸煮熱解反應25分鐘，再升溫到200℃、壓力為1.80MPa時，熱解反應進入到平衡熱解反應階段，時間為25分鐘。結束平衡熱解反應後，既可出罐進入後期的水洗、過濾、乾燥、粉碎等後處理工序。蒸煮罐出來的溶液由原來的清白液轉變成帶灰白色的混濁液。採用真空脫水方法將酸液回收後，經提純再利用。經過漂洗後所獲得反應物均未帶任何雜色，乾燥、粉碎後為純白色木漿，測得吸水膨脹體積50ml，含水率6.2，白度82，炭份0.26，PH為7。
實例5稱取木片10千克熱磨成溼狀木纖維後，加1.4千克水溼潤後，加入配製好初始期PH值為2.8的鹽酸處理液100千克，在電動攪拌器的分散纖維處理後，投入特製的蒸煮罐中，在100℃溫度、壓力為0.76Mpa下蒸煮10分鐘，溫度快速上升至140℃、壓力為1.30Mpa，蒸煮熱解反應15分鐘，再升溫到170℃、壓力為1.80MPa時，熱解反應進入到平衡熱解反應階段，時間為30分鐘。結束平衡熱解反應後，既可出罐進入後期的水洗、過濾、乾燥、粉碎等後處理工序。蒸煮罐出來的溶液由原來的清白液轉變成帶灰白色的混濁液。採用真空脫水方法將酸液回收後，經提純再利用。經過漂洗後所獲得反應物均未帶任何雜色，乾燥、粉碎後為純白色纖維素，測得吸水膨脹體積48.2ml，含水率6.3，白度83，炭份0.26，PH為7。
實例6稱取國產竹漿板30千克撕碎成小片狀，加2千克水溼潤後，加入配製好初始期PH值為2.8的鹽酸處理液100千克，在電動攪拌器的分散纖維處理後，投入特製的蒸煮罐中，在100℃溫度下蒸煮10分鐘，溫度快速上升至150℃、壓力為0.80Mpa，蒸煮熱解反應20分鐘，再升溫到220℃、壓力為1.80MPa時，熱解反應進入到平衡熱解反應階段，時間為30分鐘。結束平衡熱解反應後，既可出罐進入後期的水洗、過濾、乾燥、粉碎等後處理工序。蒸煮罐出來的溶液由原來的清白液轉變成帶灰白色的混濁液。採用真空脫水方法將酸液回收後，經提純再利用。獲得的微晶化纖維素經過漂洗後所獲得反應物均未帶任何雜色，乾燥、粉碎後為純白色微晶化纖維素，測得吸水膨脹體積47.2ml，含水率6.2，白度82，炭份0.27，PH為7。
權利要求
1.一種採用高溫高壓分段式製備微晶化纖維素的處理工藝，包括以下步驟1)紙漿或紙漿板或木漿或木片進行加溼和細化處理後，加入配製好初始期PH值定為0.1-4.5的鹽酸處理液；2)經鹽酸處理液處理的紙漿或紙漿板或木漿或木片經電動攪拌器的分散纖維處理後，投入蒸煮罐中，進行程序升溫蒸煮，在60-100℃溫度下蒸煮10-40分鐘；然後轉入加壓熱解反應階段，溫度快速上升至102-150℃，壓力為0.03-0.80Mpa，蒸煮熱解反應15-60分鐘，再升溫到150-220℃、壓力為0.80-1.80MPa時，熱解反應進入到平衡熱解反應階段，時間為20-30分鐘；3)結束平衡熱解反應後，即可出罐進入後期的水洗、過濾、乾燥、粉碎處理，最終獲得純白色微晶化纖維素。
2.根據權利要求1所述的採用高溫高壓分段式製備微晶化纖維素的處理工藝，其特徵在於鹽酸處理液與紙漿或紙漿板、木漿、木片的體積重量比值為2-10∶1。
3.根據權利要求1或2所述的採用高溫高壓分段式製備微晶化纖維素的處理工藝，其特徵在於鹽酸處理液與紙漿或紙漿板、木漿、木片的體積重量比值優選為5∶1。
4.根據權利要求1或2所述的採用高溫高壓分段式製備微晶化纖維素的處理工藝，其特徵在於加壓熱解反應階段，蒸煮熱解反應優選時間為15-30分鐘。
5.根據權利要求1或2所述的採用高溫高壓分段式製備微晶化纖維素的處理工藝，其特徵在於熱解反應進入到平衡熱解反應階段，優選壓力為0.80-1.00MPa。
全文摘要
本發明公開一種採用高溫高壓分段式製備微晶化纖維素的處理工藝，特點為紙漿或紙漿板等加溼和細化處理後，加入配製好初始期pH值為0.1－4.5的鹽酸處理液；經攪拌分散纖維處理後，投入蒸煮罐中程序升溫蒸煮，在60－100℃溫度下蒸煮10－40分鐘；快速上升至102－150℃，壓力0.03－0.80MPa，蒸煮熱解反應15－60分鐘，再升溫到150－220℃、壓力0.80－1.80MPa，平衡熱解反應20－30分鐘；結束反應出罐的溶液採用真空脫水方法獲得產物，再經過漂洗後為純白色微晶化纖維素。本發明製備工藝比常壓法工藝縮短一半時間，聚合度小於130的纖維素比原有降低30－60％。達到減少蒸汽消耗，節能。
文檔編號D21C7/00GK101063277SQ20061001899
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月27日 優先權日2006年4月27日
發明者餘光, 柯龍華, 葉友章 申請人:福建省林業科學研究院