木浆纤维素与丙纶熔喷材料加工工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种木浆纤维素与丙纶熔喷材料加工工艺，属于制作人造长丝或类似物的方法技术领域。先将天然木浆进行碱处理除杂，再经浸泡预处理，最后进行球磨粉碎后，加入到丙纶粒料或者粉料中进行熔喷复合加工，所述的球磨粉碎是指预处理后的木浆中添加分散剂和偶联剂置于软球磨机中进行研磨，当木浆纤维直径至100纳米以内、长度在微米尺度范围时，将其加入到丙纶粒料或粉料中进行熔喷；螺杆注塑机采用三段超长螺杆单螺纹注塑机，加工温度170‑220℃进行熔喷无纺布加工。将发明专利技术应用于木浆纤维素与丙纶或其他高聚物熔喷材料加工，具有能耗低、分散效果好、耐高温等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种木浆纤维素与丙纶熔喷材料加工工艺，属于制作人造长丝或类似物的方法

技术介绍
纤维素是自然界储量极其丰富的一种多糖类生物材料，广泛存在于木材、竹材、棉花、麻及农作物秸秆等绿色生物质材料中，因具有原料可再生、低成本、低密度、高比强度、高比强模量、生物相容性好、可降解、可循环利用等特点，使之被广泛应用于增强聚合物复合材料、医药、食品添加剂、造纸、建材、涂料、漆、地板、墙面等领域。随着纳米科学技术在森林产品开发领域的渗入和发展，从生物质纤维素中开发纳米材料，提高生物质纤维素的附加值和利用效率，日渐受到人们的关注，已成为纤维素科学领域的研究热点。我国森林资源相对紧缺而且分布不均，但又是森林资源消耗大国，森林产品出口大国。因而如何更加合理地可持续地开发我们有限的资源，服务本土及创造外汇，已经成为了越来越紧迫的问题。浙江省地处长江流域，森林资源相对丰富。根据2012年我省森林资源年度监测：全省林地面积661.27万公顷，其中森林面积604.06万公顷。全省活立木蓄积总生长量与总消耗量之比为2.16∶1，活立木蓄积量继续呈现生长大于消耗的趋势。全省森林覆盖率59.34％，位居全国前列。全省经济林面积101.48万公顷，占森林面积的16.80％。这为我省开发纤维素纳米纤维提供了契机。对纳米纤维素的提取与制备主要分为三种方式：(1)机械分离法。主要包括超声波粉碎法、研磨法、高压均质法三种。超声波粉碎法是利用高强度超声波产生的空化作用，对纤维素纤维进行破碎处理，得到了直径在纳米尺度的纤维素纤丝，但产率低、能耗大，设备投入也大，因而并不适用于推广。研磨法是将悬浮液倒入高速旋转的两个磨盘之间，利用磨盘的剪切作用对纤维进行破碎，这种方法得到的纤丝直径分布非常均匀，纤丝间相互交织成网状缠结结构，并具有较高的结晶度，但是由于在高强度精磨处理过程中产生了较大的剪切力，使得纤丝的长度偏短，约在几微米之间，影响了纤丝的长径比。高压均质法是将纤维的水悬浮液置于高压匀质机中，通过均质阀突然失压形成空穴效应和高速冲击，产生强烈的剪切作用，制得直径在纳米尺度的纤维素纤丝，具有简便高效的特点，并可以大量生产，这一方法目前存在的主要问题在于能耗大，通常需要结合化学前处理以减少能耗。(2)化学处理法。最主要方法是酸或碱的水解，也包括用表面活性剂或生物酶来处理，根据材料的不同来源，纳纤丝的长径比可为1-100。即从圆状微粒到细长的针状体，其几何形状不但取决于材料来源，也与强酸水解的条件，例如时间、温度和材料的纯净度有重要的关系。酸性水解对纤维素结晶区结构破坏太大，而且形成大量短的纳米须。还有一种利用四甲基哌啶(TEMPO)为媒介催化氧化的方法来制备纤维素纳米纤丝，该法主要利用TEMPO作为催化剂，通过向反应体系中添加助催化剂及氧化剂，对纤维素上的伯羟基进行选择性氧化，将其氧化成聚葡萄糖醛酸，使纤丝表面带有负电荷，纤丝之间产生一定的静电斥力，进而降低纤丝间的氢键作用力。这种方法可以制备高质量的纤维素纳米纤维，但是其工艺中采用了大量非环境友好体系，给环境造成压力，得不偿失。(3)人工合成纳米纤维素和静电纺丝制备纳米纤维素纤维等方法。人工合成方法最容易调控纳米纤维素的结构、晶型和粒径分布等，而静电纺丝可以做出超细的纤维，但是这两种方法产率太低，没有工业应用的价值。另外，体系中需要采用有毒的有机溶剂，破坏环境。综上所述，机械法从森林资源中提取纤维素纳米纤维是最具有工业应用前景的方法。但是现有最常用的高压均质法仍然由于产能消耗太大而无法满足工业界的需求。因而，纳米纤维素纤维批量制备方法成为制约其应用的瓶颈，研究和开发新的机械制备法已经是亟待解决的首要问题。基于此，做出本申请。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种最经济的方法从木浆中制备纳米木浆纤维素纤维，并进一步结合超细熔喷丙纶无纺布加工技术开发出具有高强、高韧性能的复合增强熔喷材料，以改善丙纶熔喷非织造布强度低、亲水性能差、应用范围窄等方面的缺陷。为实现上述目的，本申请采取的技术方案如下：木浆纤维素与丙纶熔喷材料加工工艺，先将天然木浆进行碱处理除杂，再经浸泡预处理，最后进行球磨粉碎后，加入到丙纶粒料或者粉料中进行熔喷复合加工，所述的球磨粉碎是指预处理后的木浆中添加偶联剂置于软球磨机中进行研磨，球磨媒介尺寸为0.3-1cm(球磨媒介指用于球磨的木制圆球，可以采用针叶木、阔叶木等，其尺寸以小球直径为单位)。木浆纤维素原料的纤维直径在5-1500微米之间，球磨时间1-1.5小时，经过球磨粉碎后，纤维素纤维之间的氢键发生水解，纤维素内分子间氢键保留，并能够适应PP聚合物熔喷加工过程的耐温性能和分散性能，当木浆纤维直径至100纳米以内、长度在微米尺度范围时，将其加入到丙纶粒料或粉料中进行熔喷；所述的熔喷工艺是指：以15-20g/10min将球磨处理后的木浆加入到丙纶粉料或粒料中，螺杆注塑机采用三段超长螺杆单螺纹注塑机，加工温度170-220℃进行熔喷无纺布加工。进一步的，作为优选：所述的碱处理是指采用氢氧化钠和/或硫化钠和/或亚硫酸钠进行蒸煮，蒸煮温度为80-120℃，蒸煮时间0.5-2小时，进一步除去天然木浆纤维表面残留的杂质，以获得纯度更高的纳米尺度纤维素纤维。所述的预处理是指将碱处理后的木浆置于水中浸泡，木浆与水的质量比为1:80-150，浸泡时间12-36小时进行预水解，经过预水解后，纤维进一步溶胀，减弱原纤维之强氢键。所述的球磨粉碎工序中，所添加的偶联剂为有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆铝酸酯系等中的任一种，其添加量为木浆纤维素质量的2-10％，偶联剂和木浆纤维素原料需均匀混合，通过偶联剂添加可提升木浆纤维与聚丙烯材料的界面结合力，提升产品力学性能。所述的熔喷工艺中，处理后的木浆纳米纤维质量占聚丙烯材料质量的1-5％。所述的为保证复合材料具有较高力学性能，丙纶粒料或粉料采用低熔点指数，熔体流动速率0.5-0.7g/10min。所述的三段超长螺杆单螺纹注塑机螺杆直径d为20mm，螺杆长度为22d。为控制熔喷纤维细度及均匀度，喷丝板采用0.08μm孔径，孔的长径比为20：1；最小孔间距0.2mm。由于天然纤维素具有很多优点，例如可再生、能生物分解、低密度、低成本、高强度和高弹性模量等，因此将其代替玻璃纤维等人造纤维作为增强材料和填料制造环保产品时，不仅可以赋予复合材料天然纤维素所具有的良好性能，还可以进一步增强挤出材料的性能。本申请在熔喷材料加工过程中，其创新性重点体现在以下两方面：(1)如何将木浆进行预处理，从而确保其能够适应丙纶等高聚物熔喷加工的高温和分散要求。首先，通过碱处理将木浆原料表面的残留杂质进一步的去除，从而获得纯度较高的纳米尺寸纤维素纤维，在碱处理过程中，氢氧化钠、硫化钠以及亚硫酸钠蒸煮过程中，这些杂质与碱剂发生作用并溶解在碱剂中，最终从纤维素纤维表面剥离下来，仅留下纯度较高的纤维素纤维；其次进行预水解，碱处理后的木浆纤维与水充分接触，纤维进一步溶胀，原纤维素分子之间的强氢键被削弱；当进行球磨分散时，在偶联剂的作用下，纤维素纤维之间的氢键发生水解，纤维素内分子间氢键则保留，通过电镜与热重分析对球磨后的原料进行表征本文档来自技高网...

【技术保护点】
木浆纤维素与丙纶熔喷材料加工工艺，其特征在于：先将天然木浆进行碱处理除杂，再经浸泡预处理，最后进行球磨粉碎后，加入到丙纶粒料或者粉料中进行熔喷复合加工，所述的球磨粉碎是指预处理后的木浆中添加偶联剂置于软球磨机中进行研磨，球磨媒介尺寸为0.3‑1cm，木浆范围5‑1500微米，球磨时间1‑1.5小时，当木浆纤维直径至100纳米以内、长度在微米尺度范围时，将其加入到丙纶粒料或粉料中进行熔喷；所述的熔喷工艺是指：以15‑20g/10min将球磨处理后的木浆加入到丙纶粉料或粒料中，螺杆注塑机采用三段超长螺杆单螺纹注塑机，加工温度170‑220℃进行熔喷无纺布加工。

【技术特征摘要】
1.木浆纤维素与丙纶熔喷材料加工工艺，其特征在于：先将天然木浆进行碱处理除杂，再经浸泡预处理，最后进行球磨粉碎后，加入到丙纶粒料或者粉料中进行熔喷复合加工，所述的球磨粉碎是指预处理后的木浆中添加偶联剂置于软球磨机中进行研磨，球磨媒介尺寸为0.3-1cm，木浆范围5-1500微米，球磨时间1-1.5小时，当木浆纤维直径至100纳米以内、长度在微米尺度范围时，将其加入到丙纶粒料或粉料中进行熔喷；所述的熔喷工艺是指：以15-20g/10min将球磨处理后的木浆加入到丙纶粉料或粒料中，螺杆注塑机采用三段超长螺杆单螺纹注塑机，加工温度170-220℃进行熔喷无纺布加工。2.如权利要求1所述的木浆纤维素与丙纶熔喷材料加工工艺，其特征在于：所述的碱处理是指采用氢氧化钠和/或硫化钠和/或亚硫酸钠进行蒸煮，蒸煮温度为80-120℃，蒸煮时间为0.5-2小时。3.如权利要求1所述的木浆纤维素与丙纶熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张才前，
申请(专利权)人：绍兴文理学院元培学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33