适用于碱尿素体系的竹溶解浆及其制备方法

文献发布时间：2023-06-19 16:08:01

技术领域

本发明涉及纤维原料技术领域，具体涉及一种适用于碱尿素体系的竹溶解浆及其制备方法。

背景技术

纤维素功能材料，由于其独特的功能如无毒、安全、生物可降解性、生物相容性、亲水性等，已广泛用于食品、日用化工、医药、建筑、石油化学和生物化学等领域。纤维素主要通过物理方法、溶解-再生、共混等手段制备纤维素材料及功能材料。竹纤维除了如上功能还具有自己独特的其他功能，具有抗菌性，防紫外线性能，热湿舒适性能非常突出。而我国是世界上竹资源最丰富的国家之一，且竹子生长周期短、成活率高，具有可持续发展性。因此，利用竹材漂白浆制备溶解浆意义重大。

我国武汉大学张俐娜原院士团队提出NaOH/尿素的溶解体系。低温溶解技术不仅突破了加热溶解的传统方法，而且低温溶解过程无挥发物产生，可推进化学“绿色化”进程，并指出质量分数7％的NaOH/质量分数12％的尿素体系在预冷到-12℃左右可以快速溶解纤维素的方法，该体系方法为纤维素的溶解提供了一种绿色、经济、高效的方法。(汪森.纤维素在碱性水体系中的相互作用和溶解机理及溶液性质[D].武汉大学,2017.)。但是该体系对粘均分子量要求很严格，因为纤维素分子内有大量的极性基团羟基，它们之间会形成大量的氢键。氢键是一种比较强的价键，分子内氢键提供分子链刚性，而另一方面，分子间氢键使线性聚合物分子组装成片状结构，使得纤维素分子能在垂直方向上堆叠，形成稳定的网络结构(韩宗保,王运利.纤维素溶解体系研究进展[J].合成纤维,2021,50(02):1-6.)。这些都与粘均分子量有着密切关系。用NaOH/尿素水溶液可以溶解纤维素的粘均分子量(Mη＝3.2×104-12.9×104)(NaOH/尿素水溶液对纤维素的溶解及新材料研究.武汉大学，2008.)随粘均分子量增大溶解率呈现下降趋势。所以粘均分子量是影响溶解的关键因素。并且竹纤维比棉纤维更加表现出刚性，更加难容在碱体系里。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的漂白竹浆溶解度低的问题，提供一种适用于碱尿素体系的竹溶解浆，本发明所述的竹溶解浆具有低分子量和低分散性特点，该竹溶解浆在碱尿素溶液中的的溶解性显著提高且易溶性好。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种适用于碱尿素体系的竹溶解浆，该竹溶解浆粘均分子量为4-8万，多分散性为2.2-3.5。

本发明第二方面提供一种本发明所述竹溶解浆的制备方法，该方法包括：该方法包括：

漂白竹浆与碱溶液混合后，升温至90-110℃，再分至少两次加入过氧化氢溶液并保温60-300min，再进行洗涤、干燥得到溶解浆。

本发明提供的竹溶解浆具有分子量低，多分散性窄的优点，该竹溶解浆在碱尿素溶液中的的溶解性显著提高且易溶性好；优选地，本发明所述的竹溶解浆特性粘度低且α纤维素含量高，进一步竹溶解浆在碱尿素溶液中的溶解度。

采用本发明所述的制备方法，分步加入过氧化氢，能够进一步降低竹溶解浆的粘均分子量，降低多分散性，使制备的溶解浆溶解度高且易溶于碱尿素溶剂体系中。

附图说明

图1a为漂白竹浆在碱尿素体系溶解的偏光显微镜纤维结构图；图1b为实施例2制备的竹溶解浆在碱尿素体系溶解的偏光显微镜纤维结构图。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明第一方面提供一种适用于碱尿素体系的竹溶解浆，该竹溶解浆粘均分子量为4-8万，多分散性为2.2-3.5。

根据本发明的一种优选实施方式，所述竹溶解浆的特异性粘度为200-400mg/L，优选为200-300mg/L。

根据本发明的一种优选实施方式，溶解浆α纤维素含量≥84％。

根据本发明的一种优选实施方式，溶解浆的多分散性为2.2-3。

本发明第二方面提供一种本发明所述竹溶解浆的制备方法，该方法包括：

漂白竹浆与碱溶液混合后，升温至90-110℃，再分至少两次加入过氧化氢溶液并保温60-300min，再进行洗涤、干燥得到溶解浆。采用本发明所述的制备方法，能够制备得到多分散性窄、特性粘度低的竹溶解浆，且该竹溶解浆能够保持较高的α纤维素含量。

根据本发明的一种优选实施方式，分2-5次加入过氧化氢溶液，优选按过氧化氢溶液用量2-5份等分后分次加入。

根据本发明的一种优选实施方式，过氧化氢溶液按10-60min/次的间隔分批加入。

根据本发明的一种优选实施方式，漂白竹浆与碱溶液的质量比为1:10-1:29。

根据本发明的一种优选实施方式，漂白竹浆与碱的质量比为1:0.01-1；和/或

根据本发明的一种优选实施方式，碱和过氧化氢的质量比为1:0.2-5，优选为1：0.5-2。

根据本发明的一种优选实施方式，所述过氧化氢溶液的浓度为10-35wt％，优选地，加入过氧化氢溶液后，使得漂白竹浆与溶液的质量比为1:10-1：30。

根据本发明的一种优选实施方式，洗涤过程包括用去离子水洗涤至pH为7-8。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，漂白竹浆原料为华劲纸业公司生产的生活用纸中间品。其中，所述漂白竹浆中，特性粘度为603mg/L、多分散性为5.02、粘均分子量为140000、α纤维素含量为87.5wt％，在7wt％NaOH/12wt％尿素水溶液中溶解度为40％。

以下实施例中，通过IV8000X全自动粘度仪测出制备得到的竹溶解浆的特性黏度。

通过Waters e2695/2414RI Detector测出制备得到的竹溶解浆的多分散性。

通过7wt％NaOH/12wt％尿素水体系溶解4-5.5wt％的竹溶解浆，并通过偏光显微镜观察纤维结构。

α纤维素含量测试方法包括：溶解浆在20℃浸于17.5％-18％的氢氧化钠溶液中经过45分钟后不溶解的部分。

竹溶解浆的溶解度测试条件包括：在-12℃条件下，将不同特性粘度的竹溶解浆溶解于7wt％NaOH/12wt％尿素水溶液。

实施例1

漂白竹浆20g加入到393.38g含NaOH的碱溶液(氢氧化钠质量为1g)，中，升温到100℃后加入3.31g 20wt％的H