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竹浆短纤维制造中的技术要点

发布时间:2010/5/6 21:25:00

  竹浆纤维制造不同于普通粘胶纤维,由于竹材原料的特性带来制取竹浆纤维的困难,对设备和工艺技术要求更高。

  1、制浆技术关键

  根据竹材的化学成分和生态结构制定适宜的制浆工艺,制取高品质浆粕才能制务均匀、稳定的纺丝液和性能优良的竹浆纤维。竹浆纤维浆粕生产过程中主要是脱除木质素并减少半纤维素含量,降低聚戊糖含量,直至小于4%,调整聚合度和纤维强度。制造竹浆粕中应重点把握好几个环节。

  (1)脱除木质素。竹材中含有20%~30%的木质素,木质素是由苯基丙烷结构单元,通过碳-碳链和醚键连接而成的具有三维空间结构的网状高分子聚合物,不能形成纤维,制浆时,必须将其除去,否则会给纤维制造和纤维成品质量带来不利影响。如纤维中木质素过高,丝条手感发硬,纤维漂白时生成的氯化木质素在碱介质(脱硫浴)中形成有色物,使纤维产生斑点,木质素中含有的易被氧化的羰基与空气中氧作用而消耗部分氧,从而延缓了老成时间,除低浆粕的膨润能力和反应性能,会延长碱浸时间,并降低了过滤效率。

  视竹材原料结构的紧密程度,可在脱除木质素过程中采用预处理。竹材木质素是一种典型的草类木质素,对高温、高尝试的碱液和酸液抵抗力较弱。因此,制取工艺中温度、碱液和酸液尝试设计要适当。

  蒸煮的预处理:预处理采用硫酸盐法。将合格的竹片在蒸煮器内进行预处理,木质素在酸性条件下引起ɑ-芳基醚键部分的碎片化作用,为黄化反应奠定了基础。同时,酸型和非酸型单元ɑ-C原子上形成苯甲正碳离子,增加了木质素的亲水性,使部分木质素溶出。

  蒸煮处理过程:蒸煮过程是脱除木质素的最重要反应,其结果使木质素大分子裂开生成碱木质素与硫化木质素溶于碱液中,竹纤维也溶解出来并分离成浆。蒸煮中既有木质素裂开溶出,也有裂开溶出的木质素子分子相互缩全的机会,但蒸煮过程中经多次低压小放汽,保证了蒸煮液均匀渗透,避免了缺碱升温条件下的缩合反应。同时HS-离子与木质素反应生成的一硫化物和二硫化物,随着蒸煮温度的升高,硫能从木质素硫化物中析出,再继续参加反应,防止和减少木质素缩合,有利于已裂开的木质素小分子稳定。在蒸煮过程中加入蒸煮助剂,能更有效地促包间层木质素和细胞壁中残留木质素的脱除。

  木质素溶出分两个阶段:

  第一阶段是大量木质素脱除阶段。竹材纤维芯杆壁外层导管细,内层导管粗,造成蒸煮过程化学剂液涌透困难,不易蒸煮均匀。生产中经过多次小放汽及较长低压升温,使化学剂液均匀渗透至竹秆内部后再将温度升至155~170度,此阶段木质素脱胎换骨除在83%以上。

  第二阶段是补充脱木质素阶段。大量脱除木质素后,仍不能满足后道工序的生产要求,需要补充脱木质素阶段,即高温保温阶段,此阶段脱除木质素率在13%以上。经两个阶段处理后,竹浆料中木质素去除率在95%以上,剩余木质素奖在多段漂白中去除。

  (2)降低半纤维素含量。竹材中半纤维素含量在16%~21%。半纤维素是指用17.5%的氢氧化钠溶液,在20度处理竹纤浆45分钟,溶于碱液的那部分低分子化合物,其聚合度低于200,纤维素经破坏降解后变为半纤维素,生产中以聚戊糖表示。

  竹浆粕中半纤维素含量过度,以纺丝工艺和竹纤维品质都有影响。

  一是影响浸渍时间:浸渍时,由于半纤维素大量溶入碱液中,使碱液黏度增设,降低了碱液渗入浆粕内的速度,使半纤维素不能完全溶出。

  二是影响黄化:由于半纤维素也能发生酯化反应,且反应速度比纤维素快,黄化时半纤维素会更快地消耗CS2,影响纤维素的黄化均匀性及生成黄原酸酯的酯化度。

  三是影响纤维成品的物理性能:半纤维素的聚合度低,混入纤维成品中使纤维强度、耐磨性及耐多次变形性降低。在实际生产中,采取以下技术措施:

  进行蒸煮处理:在竹材中,半纤维素结构以木糖基以1-4连接构成主链,在主链木糖基和C3上连有阿拉伯糖基、4-0-甲基-葡萄醛酸或葡萄糖醛酸枝链。由于糖醛基的存在,蒸煮处理时,其不断溶出形成可溶性的醛酸和糖醛酸而被除去,其去除率达80%以上。

  通过碱浸过程:在碱浸过程中,纤维素发生膨润,使浆粕中的半纤维素充分接触碱液,溶解要烧碱溶液中,通过压榨而溢出,压榨出的碱淮用真空吸滤机或压滤机过滤,滤去半纤维素及其他杂质。而碱液可重新回用。

  竹浆纤维中林质素降到4¥以内,半纤维素降到2%以内,纤维将有较好的可纺性。

  (3)清除灰分。竹材化学组成中灰分较多,且含有大量的二氧化硅、氧化铁等物质,它们大部分沉积在竹表面层,给制浆时化学剂液的回收带来一定难度,还影响浆液的质量。彩用蒸煮的方法可将其去除,但蒸煮的时间与温度要适宜,时间不宜过长,温度不宜过高,并加强多段漂白、水洗等工艺措施,这样可削除绝大部分灰分。

  2、竹材浆粕的质量指标

  竹材在制取浆粕的过程中,支除木质素、半纤维素、灰分后,竹材浆粕质量良好,可供制胶、纺丝之用。




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