專利名稱：生物技術(shù)制備棉稈韌皮紡織工藝?yán)w維的方法及脫膠反應(yīng)釜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種韌皮纖維的制備方法，具體涉及ー種生物技術(shù)制備棉桿韌皮紡織エ藝?yán)w維的方法。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)年產(chǎn)皮棉600萬(wàn)噸，種植棉花產(chǎn)生棉桿約900萬(wàn)噸，棉桿皮年產(chǎn)量約500萬(wàn)噸，而資源豐富、價(jià)格低廉的棉桿一般被丟棄或者焚燒，造成較大的浪費(fèi)。在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，棉桿韌皮與棉桿一起作為棉花副產(chǎn)品(廢棄物)用于農(nóng)村的燃料，并未能夠得以充分利用。近年來，隨著環(huán)境保護(hù)與自然資源深度利用熱潮的高漲，人們開始加大了對(duì)棉桿開發(fā)利用的研究，比如中國(guó)專利CN1068866中公開了ー種棉桿纖維預(yù)處理的方法；中國(guó)專利CN1052484中公開了以棉桿為原料制造硝化纖維素的方法；盡管他們?cè)诶妹迼U的方面邁 出了積極的一大歩，但是用他們的方法不能制出適用于紡織用途的紡織纖維。1998年山東菏澤發(fā)明專利《棉桿皮提取紡織纖維的方法》;2005年劉磊發(fā)明專利《棉桿皮纖維及其加エ方法》化學(xué)+鞣制脫膠；天維紡織科技(深圳)有限公司2006年申請(qǐng)了化學(xué)脫膠專利，エ藝流程剝皮一除禮:一脫膠一養(yǎng)生一切斷一鞋制一打纖一梳理一分尚一烘干一分箱分級(jí)；2009浙江理工、廣東溢達(dá)專利《ー種高溫低堿棉桿皮纖維快速脫膠方法》;大多數(shù)專利技術(shù)集中于化學(xué)脫膠上，明顯與發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)不相符合，且缺乏綜合利用，基本上沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。以至于棉桿韌皮纖維在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用研究很少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，提供ー種生物技術(shù)制備棉桿韌皮紡織エ藝?yán)w維的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的生物技術(shù)制備棉桿韌皮紡織エ藝?yán)w維的方法，將棉桿依次進(jìn)行如下步驟的處理(1)自然法脫膠脫膠后經(jīng)清水洗滌，脫水后自然晾干，后打纖；(2)復(fù)合生物酶水溶液生物脫膠將步驟(I)得到的棉桿皮脫膠后經(jīng)清水洗滌，脫水后自然晾干得脫膠后粗纖維；(3)去除棉桿韌皮纖維中木質(zhì)素；(4)脫膠后的漂白及給油處理；所述步驟(2)的エ藝是采用復(fù)合生物酶SCOurZyme301L，復(fù)合生物酶溶液濃度為2_6g/L、pH值8_10、溶液溫度45-55°C、保溫時(shí)間 8-12h。所述步驟(3)的エ藝是將步驟(2)得到的生物酶脫膠后棉桿韌皮粗纖維經(jīng)浸酸、一次煮煉、水洗、ニ煮煉、水洗滌、脫水、烘干、打纖，其中浸酸浴比為I :28-32，pH = 5 ;—次煮煉的煮煉液組成為FD-ZT02助劑3 g/ L、NaOH 13 g/ L，浴比為I : 8_12 ;常壓100°C、保溫100-140 min ;二次煮煉煮煉液組成為FD-ZT02助劑I g/ L、NaOH 5 g/ L，浴比I 8-12 ；常壓100°C，保溫時(shí)間50-70min。所述步驟(I)的エ藝是普通池塘水，棉桿水浴比I :30、水溫度控制16 22°C、脫膠時(shí)間18 22d。
所述步驟(4)的エ藝是棉桿韌皮纖維經(jīng)漂白、給油、自然晾干、打纖開松、牽切得到棉桿韌皮紡織エ藝?yán)w維，漂白液的組成為=H2O2 10g/l、H2NCONH2 10g/l、Na2SiO3. 9H202%,Na5P3O10 3%，Na0H調(diào)節(jié)pH值8· 5、纖維溶液浴比1:20 ;給油エ藝參數(shù)硅油水=1:2、纖維溶液浴比I :20、溫度90°C、時(shí)間2-4h。本發(fā)明上述技術(shù)方案中所用到的設(shè)備均可采用現(xiàn)有技術(shù)中的現(xiàn)有設(shè)備。本發(fā)明還提供一種棉桿韌皮復(fù)合生物酶水溶液生物脫膠反應(yīng)釜，包括釜體，釜體頂部設(shè)有釜蓋及進(jìn)料ロ，釜蓋上設(shè)有注水口和觀測(cè)ロ ；釜體下部設(shè)有加熱管和出料ロ，底部設(shè)有排污ロ，釜體ー側(cè)回流管，釜體中部設(shè)有溫度控制傳感器。釜體頂部設(shè)有時(shí)間控制器。優(yōu)選在排污ロ的上部設(shè)有隔污柵。該反應(yīng)釜設(shè)計(jì)有傳感器控制的加熱及循環(huán)裝置、脫膠水能夠循環(huán)重復(fù)使用。 本發(fā)明還提出了棉桿皮產(chǎn)業(yè)化綜合利用エ藝流程設(shè)計(jì)即將棉桿切除兩端及枝杈，切除掉的部分棉桿兩端及枝杈初步粉碎，壓縮為餅狀體作為燃料。棉桿中間段經(jīng)浸泡后脫皮，無(wú)皮棉桿經(jīng)粉碎后用于造紙/板，棉桿韌皮采用本發(fā)明的エ藝制備成紡織エ藝?yán)w維。本發(fā)明利用棉花產(chǎn)地大量廢棄的生物質(zhì)棉桿材料，在棉田首先對(duì)棉桿進(jìn)行掐頭去尾整形，被掐頭去尾下來的廢料經(jīng)過壓縮制備成易搬運(yùn)的塊狀燃料；經(jīng)過整形后的棉桿利用普通池塘水浸泡一剝皮后，其中棉桿木質(zhì)部分被粉碎后代替木材用于制備纖維板、造紙、或者制備粘膠纖維；棉桿皮經(jīng)過水浸泡初步脫膠后，利用超聲波震蕩技術(shù)分離果膠質(zhì)，在低溫條件下，應(yīng)用復(fù)合生物酶浸泡脫膠，基本可以脫去果膠質(zhì)；再利用專門的生物助劑脫出棉桿韌皮中的木質(zhì)素初步制備出棉桿韌皮纖維；通過牽切裝置，將制備的棉桿韌皮纖維牽切為不等長(zhǎng)的的エ藝紡織纖維，開發(fā)出ー種新型紡織材料。該發(fā)明包括四個(gè)重要部分即棉桿綜合利用、生物脫膠エ藝、紡織エ藝?yán)w維制備、產(chǎn)業(yè)化等。該發(fā)明提出棉桿資源充分利用的有效途徑，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，有效解決化學(xué)脫膠生產(chǎn)中的污染問題，具有低碳、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、易產(chǎn)業(yè)化的特點(diǎn)。本發(fā)明是應(yīng)用生物技術(shù)對(duì)棉花廢棄物棉桿韌皮進(jìn)行生物脫膠、去除木質(zhì)素等并制備紡織エ藝?yán)w維的エ藝技術(shù)，復(fù)合低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，可拓展到生物質(zhì)植物韌皮纖維的脫膠及制備，同時(shí)從能源制備、造紙材料等方面提出取代木材棉桿綜合開發(fā)利用的エ藝技術(shù)方案，適用于在棉花產(chǎn)區(qū)、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)推廣應(yīng)用，不僅研發(fā)ー種新型生物質(zhì)植物纖維材料，同時(shí)產(chǎn)生較大經(jīng)濟(jì)效益、良好社會(huì)效益。


圖I是本發(fā)明的棉桿韌皮復(fù)合生物酶水溶液生物脫膠反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中的棉桿皮產(chǎn)業(yè)化綜合利用エ藝流程。
具體實(shí)施例方式I、棉桿原料初加工
將棉桿頭尾段切去，中間主體部分放入自然法脫膠釜中，兩端廢料經(jīng)粉碎機(jī)、擠壓機(jī)制成餅形燃料。2、棉桿韌皮纖維生物脫膠エ藝
(I)棉桿韌皮纖維的自然脫膠自然脫膠就是將棉桿韌皮扎成小捆，浸泡在裝有池塘水的封閉脫膠釜中，浴比I :30，在常壓下保持水溫16 22°C、經(jīng)過18 22天的微生物厭氧發(fā)酵脫膠，利用水中各種微生物的聯(lián)合作用，產(chǎn)生果膠酶等酶類，將棉桿中的果膠質(zhì)等高分子化合物分解成小分子化合物，然后將棉桿取出，可以用棉桿剝皮機(jī)或人工方法剝出棉桿皮。(2)將自然脫膠后的棉桿皮剝下來。棉桿木質(zhì)部分經(jīng)粉碎用于造紙或者粘膠纖維制造；棉桿皮晾干，用機(jī)械敲打分離成散狀粗纖維，該部分除去棉桿韌皮約45%的膠質(zhì)等，制成率約為53%，脫膠中沉淀的污泥可作為農(nóng)家肥使用，脫膠釜中的池塘水可重復(fù)使用，初步脫膠后粗纖維色澤暗黃，手感發(fā)硬。(3)棉桿韌皮纖維的復(fù)合生物酶脫膠
本發(fā)明的棉桿韌皮纖維的復(fù)合生物酶脫膠過程為，在封閉脫膠釜中，放入經(jīng)自然脫膠和超聲波振蕩的棉桿韌皮，設(shè)計(jì)加入具有一定301L復(fù)合生物酶的濃度、pH值、脫膠的溶液保溫時(shí)間等エ藝參數(shù)，充分利用301L復(fù)合生物酶的生物活性，降解韌皮纖維外包裹的膠質(zhì)復(fù)合體，從而使纖維分離、及部分木質(zhì)素去除。本發(fā)明復(fù)合生物酶脫膠過程所用水為經(jīng)軟化純凈水，配制脫膠水溶液中，301L復(fù)合生物酶濃度4g/L，pH值9，溶液溫度50°C條件下保溫時(shí)間10h。所使用的溶液可在補(bǔ)入301L復(fù)合生物酶后反復(fù)使用，無(wú)須排出廢水。3、FD-ZT02煮煉助劑+堿聯(lián)合脫除棉桿韌皮纖維中木質(zhì)素エ藝技術(shù)
(I)將生物酶脫膠后棉桿韌皮粗纖維經(jīng)浸酸、一次煮煉、水洗、ニ煮煉、水洗滌、脫水、烘干、打纖，其中浸酸浴比為I :28-32, pH = 5 ;一次煮煉的煮煉液組成為FD-ZT02助劑3 g/L、NaOH 13 g/ L，浴比為I : 8_12 ;常壓100°C、保溫100-140 min ;二次煮煉煮煉液組成為 FD-ZT02 助劑 I g/ L、NaOH 5 g/ L，浴比 I 8-12 ;常壓 100°C，保溫時(shí)間 50_70min。由于ー煮與ニ煮的FD-ZT02助劑濃度、NaOH濃度有一定的梯度，可用一煮后的廢溶液中進(jìn)行ニ煮。(2)本發(fā)明所研究的去除棉桿韌皮纖維木質(zhì)素的實(shí)驗(yàn)，是在普通的紡織染整煮煉鍋中進(jìn)行，所用水為經(jīng)軟化的純凈水，煮練液可以重復(fù)循環(huán)應(yīng)用。粗纖維去除木質(zhì)素之后，纖維的色澤變得發(fā)黃，但是纖維卻很松散，木質(zhì)素去除率達(dá)72. 1%，取出木質(zhì)素后棉桿韌皮纖維中木質(zhì)素平均含量5. 1%。4纖維的脫膠后漂白及給油處理
棉桿韌皮纖維經(jīng)漂白、給油、自然晾干、打纖開松、牽切得到棉桿韌皮紡織エ藝?yán)w維，漂白液的組成為H202 10g/l、H2NCONH2 10g/l、Na2SiO3. 9H20 2%、Na5P3Oltl 3%，NaOH 調(diào)節(jié) pH值8. 5、纖維溶液浴比1:20 ;給油エ藝參數(shù)硅油水=1:2、纖維溶液浴比I :20、溫度90°C、時(shí)間 2-4h。給油和洗滌之后，采用自然風(fēng)干的方法進(jìn)行整理，通過比較，此方法所得纖維與高溫烘制出的纖維相比，在手感和光澤方面都較好。5、纖維基本性能。纖維長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到最長(zhǎng)纖維280. 7mm,最短6mm,平均長(zhǎng)度75. 6mm ;線密度中段切斷稱重法線密度平均值為16. 5dtex,不勻率為11. 1%。利用Instron5582萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，在夾持距離20mm、拉伸速度20mm/min、20°C、65%RH、CRE拉伸條件下，棉桿韌皮エ藝?yán)w維的斷裂伸長(zhǎng)率4. 02%、斷裂強(qiáng)度123. 47cN / Tex。
應(yīng)用JSM-6360LV型掃描電子纖維鏡(SEM)得到纖維縱向形態(tài)與橫截面圖,棉桿韌皮纖維表面縱向有豎紋與溝槽，橫截面形狀多數(shù)呈近等腰三角形，內(nèi)有等腰三角形中腔，中腔面積約占纖維總面積的70%。本發(fā)明的棉桿韌皮復(fù)合生物酶水溶液生物脫膠反應(yīng)釜如圖I所示，包括釜體3，釜體3頂部設(shè)有釜蓋I及進(jìn)料ロ，釜蓋I上設(shè)有注水ロ 11和觀測(cè)ロ 2 ;釜體下部設(shè)有加熱管5和出料ロ 10，底部設(shè)有排污ロ 6，釜體ー側(cè)回流管4，釜體中部設(shè)有溫度控制傳感器7。
釜體頂部設(shè)有時(shí)間控制器8，在排污ロ的上部設(shè)有隔污柵9。該反應(yīng)釜設(shè)計(jì)有傳感器控制的加熱及循環(huán)裝置、脫膠水能夠循環(huán)重復(fù)使用。
權(quán)利要求
1.一種生物技術(shù)制備棉桿韌皮紡織工藝?yán)w維的方法，其特征在于將棉桿依次進(jìn)行如下 步驟的處理(1)自然法脫膠脫膠后經(jīng)清水洗滌，脫水后自然晾干，后打纖；(2)復(fù)合生物 酶水溶液生物脫膠將步驟(1)得到的棉桿皮脫膠后經(jīng)清水洗滌，脫水后自然晾干，得脫膠 后粗纖維；(3)去除棉桿韌皮纖維中木質(zhì)素；(4)脫膠后的漂白及給油處理；所述步驟(2) 的工藝是采用復(fù)合生物酶SCOurZyme301L，復(fù)合生物酶溶液濃度為2_6g/L、pH值8_10、溶 液溫度45-55°C、保溫時(shí)間8-12h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物技術(shù)制備棉桿韌皮紡織工藝?yán)w維的方法，其特征在于 所述步驟(3)的工藝是將步驟(2)得到的生物酶脫膠后棉桿韌皮粗纖維經(jīng)浸酸、一次煮 煉、水洗、二煮煉、水洗滌、脫水、烘干、打纖，其中浸酸浴比為1 :28-32，pH = 5 ;一次煮煉的 煮煉液組成為FD-ZT02助劑3 g/ L、NaOH 13 g/ L，浴比為1 : 8-12 ;常壓100°C、保溫 100-140 min ;二次煮煉煮煉液組成為 FD-ZT02 助劑 1 g/ L、NaOH 5 g/ L，浴比 1 8-12 ； 常壓100°C，保溫時(shí)間50-70min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物技術(shù)制備棉桿韌皮紡織工藝?yán)w維的方法，其特征在 于所述步驟(1)的工藝是普通池塘水，棉桿水浴比1 :30、水溫度控制16 22°C、脫膠時(shí) 間18 22d。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物技術(shù)制備棉桿韌皮紡織工藝?yán)w維的方法，其特征在于 所述步驟(4)的工藝是棉桿韌皮纖維經(jīng)漂白、給油、自然晾干、打纖開松、牽切得到棉桿韌 皮紡織工藝?yán)w維，漂白液的組成為H202 10g/l、H2NC0NH2 10g/l、Na2Si03.9H20 2%、Na5P3010 3%，NaOH調(diào)節(jié)pH值8. 5、纖維溶液浴比1:20 ;給油工藝參數(shù)硅油水=1:2、纖維溶液 浴比1 :20、溫度90。。、時(shí)間2-4h。
5.一種棉桿韌皮復(fù)合生物酶水溶液生物脫膠反應(yīng)釜，其特征在于包括釜體，釜體頂 部設(shè)有釜蓋及進(jìn)料口，釜蓋上設(shè)有注水口和觀測(cè)口 ；釜體下部設(shè)有加熱管和出料口，底部設(shè) 有排污口，釜體一側(cè)回流管，釜體中部設(shè)有溫度控制傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的棉桿韌皮復(fù)合生物酶水溶液生物脫膠反應(yīng)釜，其特征在于 釜體頂部設(shè)有時(shí)間控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的棉桿韌皮復(fù)合生物酶水溶液生物脫膠反應(yīng)釜，其特征在于 在排污口的上部設(shè)有隔污柵。
全文摘要
一種生物技術(shù)制備棉稈韌皮紡織工藝?yán)w維的方法，將棉稈依次進(jìn)行如下步驟的處理(1)自然法脫膠脫膠后經(jīng)清水洗滌，脫水后自然晾干，后打纖；(2)復(fù)合生物酶水溶液生物脫膠將步驟(1)得到的棉稈皮脫膠后經(jīng)清水洗滌，脫水后自然晾干，得脫膠后粗纖維；(3)去除棉稈韌皮纖維中木質(zhì)素；(4)脫膠后的漂白及給油處理。本發(fā)明是應(yīng)用生物技術(shù)對(duì)棉花廢棄物棉稈韌皮進(jìn)行生物脫膠、去除木質(zhì)素等并制備紡織工藝?yán)w維的工藝技術(shù)，復(fù)合低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，可拓展到生物質(zhì)植物韌皮纖維的脫膠及制備，同時(shí)從能源制備、造紙材料等方面提出取代木材棉稈綜合開發(fā)利用的工藝技術(shù)方案，產(chǎn)生較大經(jīng)濟(jì)效益、良好社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C12M1/36GK102660778SQ201210150218
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者周麗娟, 張品, 朱正鋒, 韓倩, 齊大鵬 申請(qǐng)人:中原工學(xué)院