杂细胞对Lyocell级竹溶解浆溶解性能及可纺性能的研究

本研究以自制楠竹溶解浆为研究对象,探讨了杂细胞对楠竹溶解浆的纤维形态、溶解浆性能、溶解性能和可纺性能的影响。结果表明,未筛除杂细胞的楠竹溶解浆,其抗碱性(R_(10)和R_(18))以及聚戊糖和抽出物含量技术指标均优于市售进口溶解浆,但在NMMO水溶液中的溶解性能和纤维溶解状态较差;筛除杂细胞后的楠竹溶解浆,其溶解浆的各项纯度指标均得到有效提升,溶解性能和可纺性能得到明显改善。

竹溶解浆的碱预处理及其溶解性能研究

选用聚合度为1228的商品竹溶解浆为原料,通过偏光显微镜、纤维素溶液紫外-可见光(UV-Vis)光谱、动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)分析及溶解率测定研究了经不同浓度NaOH(质量分数1%~12%)预处理后的竹溶解浆在7%NaOH/12%尿素水溶液溶剂体系中的低温溶解行为。结果表明,适宜浓度碱液的预处理提高了纤维素的反应活性及7%NaOH/12%尿素水溶液溶剂对竹溶解浆纤维素的可及度,其中,9%NaOH预处理后的竹溶解浆表现出最佳的溶解效果。

纤维素酶提高竹溶解浆反应性能的研究

纤维素的反应性能在粘胶纤维的制备过程中发挥着重要作用。采用纤维素酶处理用以提高竹溶解浆的反应性能,考察酶用量、反应时间及浆浓度3个因素对聚合度、Fock反应性能、α-纤维素及竹浆得率的影响,揭示纤维素酶提高反应性能的机理。结果表明,在pH值4.6及温度55℃的环境下,纤维素酶处理的最优工艺条件为酶用量0.1U/g、反应时间60min、浆浓度5%,Fock反应性能由69.5%提高至88.2%,同时聚合度仅由643降至593。α-纤维素、得率和相对分子质量分布(MWD)也表明了纤维素酶处理可明显提高反应性能却仅有微小的聚合度下降。这些结果主要是由于酶的剥皮或侵蚀效应部分破坏了纤维素纤维的初生壁,形成了更多孔隙,导致浆料纤维可及度提高。比表面吸附仪、扫描电子显微镜(SEM)及凝胶渗透色谱仪(GPC)测试结果表明了纤维素纤维形态的改变,这支持了酶处理后浆料可及度提高的结论。

高DP竹溶解浆在NaOH/添加剂水溶液中的溶解行为

低温溶解纤维素的NaOH/添加剂水溶液溶剂体系因其价廉环保、溶解快速的特点引起了广泛的关注,但因为溶解能力的限制使其难于工业化。因此本文以较高聚合度(DP>740)的商业竹溶解浆为实验原料,通过正交偏光显微镜观察了其在7%NaOH/12%尿素、9.5%NaOH/4.5%硫脲和8%NaOH/8%尿素/6.5%硫脲等NaOH/添加剂水溶液溶剂体系中低温溶解的行为。通过生成的透明纤维素溶液的粘度测试、溶解率的测定,UV-Vis光谱分析、动态光散射(DLS)测试和未溶残渣的XRD分析比较了3种NaOH/添加剂水溶液溶剂体系对高聚合度竹溶解浆的溶解能力。实验结果表明,8%NaOH/8%尿素/6.5%硫脲水溶液对竹溶解浆表现出最佳的溶解能力,约达到60%的浆纤维溶解。即不同于纯纤维素和其它低聚合度的化学木浆,纤维刚硬的高聚合度竹溶解浆在低温需要较高浓度的碱液和复配强氢键破坏能力的添加剂的溶剂体系才能获得较好的溶解效果。

表面活性剂改善黏胶级竹溶解浆的反应性能

采用太古油(TRO)、聚氧乙烯蓖麻油(PCO)、聚醚多元醇(PP)3种表面活性剂对竹溶解浆原料进行处理,以改善竹溶解浆的反应性能;考察了不同表面活性剂及其用量对竹溶解浆Fock反应性能及黏胶过滤性能的影响,得到竹溶解浆反应性能改善效果最佳的表面活性剂及其优化用量,并研究了Fock反应性能与黏胶过滤性能的关系;分析及比较了上述3种表面活性剂在最优条件下对竹溶解浆的孔隙结构及比表面积、碱液的表面张力、黏胶流变行为的影响,揭示了表面活性剂改善竹溶解浆反应性能的机理。结果表明,TRO对竹溶解浆反应性能的改善效果最优,最佳用量为1.5%,此时,Fock反应性能及黏胶过滤值分别为81.7%和96.9 s,且当Fock反应性能超过77%时,所得的黏胶均能够达到过滤要求;TRO对竹溶解浆比表面积及孔隙结构的改善效果最好,并显著降低碱液的表面张力和提高黏胶的表观黏度,这与竹溶解浆反应性能的改善一致。

粉碎处理提高竹溶解浆的反应性能

为提高竹溶解浆的反应性能,采用粉碎法处理竹溶解浆,分析粉碎处理后竹溶解浆福克(Fock)反应性能、打浆度、聚合度的变化,并对其纤维形态、晶型结构、表面形貌进行表征。结果表明:电动搅拌机6 min的粉碎处理使竹浆的Fock反应性能达到80.2%,比未经处理浆提高了17.4%;聚合度由529降至515,下降幅度仅为2.6%。该处理方法通过对纤维的分散及切断破坏了浆料纤维致密的聚集结构,形成绒毛状纤维,增加了纤维横截面,提高了细小纤维含量及比表面积,同时提高了打浆度、降低了纤维长度及纤维素结晶度。最终在保证高聚合度的情况下,提高了浆料的可接触面积,达到改善反应性能的目的。

湿法机械处理改善粘胶级竹溶解浆反应性能的研究

为提高溶解浆进行粘胶纤维产品生产的加工性能及减少二硫化碳的排放,采用PFI(papirindustriens forsknings institut)磨打浆和瓦利打浆机打浆这2种湿法机械处理,以改善竹溶解浆的反应性能。以预水解硫酸盐法竹溶解浆为原料,考察PFI磨打浆及瓦利打浆机打浆对溶解浆反应性能及纤维形态的影响,并对同等打浆度条件下的2种湿法机械处理的效果进行比较。PFI磨和瓦利打浆机分别在打浆度为60.5°SR(15000 r)及36.4°SR(30 min)的优化工艺条件下,Fock反应性能从68.3%分别提高到73.2%和84.0%,粘胶过滤性能由“不通过”到粘胶过滤值分别为3196.1 s和2115.6 s。同时,上述2种处理方式均使纤维粗度和长度下降,细小纤维含量、比表面积和总孔隙量增加,且使聚合度损失小。同等打浆度条件下,基于瓦利打浆机对纤维更多的剪切行为,瓦利打浆机打浆对反应性能的提高效果更为显著。

酸处理改善竹溶解浆反应性能的研究

采用盐酸及乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、六偏磷酸钠(SHMP)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)对溶解浆进行酸处理,分析pH值、时间,以及基于优化盐酸处理工艺研究的螯合剂种类、用量,对溶解浆Fock反应性能、得率、灰分、白度及聚合度的影响;探讨酸处理前后溶解浆的孔隙结构、比表面积、纤维形态及相对分子质量分布的变化.结果表明,在处理温度为50℃时,酸处理的最佳工艺条件为:pH值3.0,处理时间45 min,DTPA用量3.0%.在此工艺条件下,Fock反应性能由67.23%提高至74.12%,得到更为蓬松的物理结构.纤维表面在纵向出现分裂或裂开现象,增加了更多的额外接触面积.酸处理使纤维素相对分子质量下降,多分散指数(PDI)由5.22下降至4.91,聚合度分布更加均匀.

金属离子及酸处理对竹溶解浆反应性能的影响

研究了6种金属离子(Ca^(2+)、Cu^(2+)、Fe^(2+)、Fe^(3+)、Mn^(2+)及Mg^(2+))对竹溶解浆Fock反应性能的影响,再利用HCl单独酸处理及引入螯合剂二乙烯三胺五乙酸(DTPA)的酸处理,探讨了pH值及DTPA用量对竹溶解浆Fock反应性能、灰分、白度及聚合度等的影响。结果表明,浆中的金属离子,尤其是铁离子,显著降低竹溶解浆的Fock反应性能。降低pH值有利于竹溶解浆反应性能的提高,与此同时,竹浆灰分含量及聚合度逐渐降低,白度不断提高。在最佳pH值3.0的环境下,Fock反应性能由未处理时的68.3%提高至72.7%,而酸处理进一步联合DTPA对提高反应性能的效果甚微。

壳聚糖对竹溶解浆溶液流变性能的影响

采用浓度为84.2%的N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液为溶剂,设计竹溶解浆(BP)-壳聚糖(CS)不同质量分数,依次加入CS粉末和BP,BP充分溶解后制备BP与CS不同质量比的共混溶液。研究了CS对NMMO溶解BP溶液的稳态和动态流变性能。研究表明:在NMMO溶解体系中,BP-CS共混溶液为剪切稀化的假塑性流体,在持续摇振过程中,随着溶液温度(θ)升高,溶液的储能模量(G′)和损耗模量(G″)、复数黏度(η*)均下降,加入适量的CS(CS∶BP=1∶10)可有效阻碍BP大分子不同链间即时物理交联位点的形成,从而改善NMMO溶解BP溶液的流变性能,但是,随着CS添加量的增大,CS与BP大分子链间的相互作用增加又导致了溶液的流变性能降低。

竹溶解浆中的杂细胞含量对再生纤维生产和产品质量的影响

对去除6%杂细胞的竹溶解浆与常规竹溶解浆进行了浆粕质量指标、浸液半纤、纤维素碱化、黄化酯化度、过滤性能及成品纤维的对比分析。结果表明:去除6%杂细胞后的竹溶解浆压榨碱液半纤降低,碱纤维素结合碱、黄化酯化度均有提升,胶液过滤性能、纤维强度、白度均有提高。

超临界水氧化法处理竹子溶解浆生产废水的实验研究

介绍了利用目前国内最大超临界水氧化中试反应器（2．2L＋1．7L）对竹子溶解浆生产废水进行处理的试验，其反应装置处理水量可以达到900～1100L／d。分析了超临界水氧化过程中不同反应温度、时间、压力及其氧气浓度对该废水COD处理效率的影响。实验结果表明：在温度为500℃、压力为24MPa，氧化反应时间为60s时，其COD去除率达到99．2％，氧化反应时间为90s时，其COD去除率达到99．95％。处理后的排水能够达到国家规定的排放标准。同时对超临界水氧化反应过程中出现的反应机理及放热现象进行了探讨。

竹子溶解浆制备过程的浆料性能和结构表征

采用硫酸盐法(KP)—两段氧脱木素(OO)—聚木糖酶(X)及强化碱抽提的无元素氯漂白(D1ED2A)漂序制备竹溶解浆,并对各工段浆料进行性能和结构表征。结果表明:竹材经上述流程处理后,α-纤维素质量分数提高至95.19%,聚戊糖降至6.25%,ISO白度提高至86.8%,黏度下降至11.80 mPa.s,灰分降低至0.14%。扫描电镜分析得出,竹纤维表面出现了缝隙、沟槽、起皱等特征,微细纤维随着无元素氯漂白流程的进行暴露得更加清晰。X-ray分析结果表明,浆料纤维素的晶型未发生转变,仍属纤维素Ⅰ型。在KP-OO-X-D1-E处理的过程中,纤维素结晶指数由59.77%提高至70.26%;随后进行D2-A处理,纤维素结晶指数降至67.77%。

Lyocell纤维用竹、木溶解浆的表征及溶解性能对比

对生产Lyocell纤维用竹溶解浆与木溶解浆进行了基础性能和内部结构的分析,并结合浆粕在NMMO溶剂中混合、溶胀、溶解现象,评价了浆粕的适用能力。对浆粕的化学成分、杂质含量、纤维结构、分子量分布等重要性能进行了表征,对竹溶解浆与木溶解浆在吸收溶剂速率、溶解性能上作对比分析。结果表明:竹溶解浆杂质含量略高、纤维长度分布不均匀、分子量分布分散度较大,导致其吸收溶剂速率较慢,溶解时间较长,需进一步改进竹溶解浆内部结构和基础性能,以提高其在Lyocell纤维制备工艺中的适用能力。

以竹代木构建我国溶解浆产业安全防护体系探讨

以2017~2021年溶解浆产业数据以及相关事件为基础,分析我国溶解浆产业安全现状以及产业安全中存在的问题,结合我国竹产业与竹溶解浆现状,提出以竹代木构建我国溶解浆产业安全防护体系的可行性。

竹浆粕的预水解与硫酸盐蒸煮工艺

利用竹子制备适用于生产醋酸纤维和Lyocell纤维的浆粕,研究其预水解和蒸煮工艺。在酸预水解中,升温有利于木聚糖的水解,但温度超过120℃会导致木质素的高温缩合。显微镜和红外光谱分析表明,预水解破坏了竹材的初生胞壁,同时半纤维素也发生了水解作用。采用二道中温硫酸盐蒸煮工艺,着重研究有效碱和硫化度对浆粕白度与黏度的影响,研究表明,蒸煮过程中适当提高硫化度能够增加脱木素选择性,有效防止纤维素的降解,同时获得了深度脱木素的浆粕。X射线衍射曲线表明,蒸煮后竹浆的结晶度显著增加,晶型是典型的纤维素Ⅰ。

中国溶解浆产业发展

我国粘胶纤维需求量大幅上升,其原料溶解浆的需求随之逐年增加,进口木溶解浆猛增。介绍了国外主要木浆制造公司和溶解浆质量指标。回顾了我国溶解浆的发展历程。探讨了关于我国竹材溶解浆的发展,以及竹、木浆造纸企业转产溶解浆的问题。

纤维素膜构筑盐差能发电器件及其性能研究

本研究以竹溶解浆为原料,通过简单的溶解再生技术制备高性能的纤维素膜,并通过调节成膜的厚度得到离子电导率为0.099 mS/cm的膜材料。结果表明,较低厚度的纤维素膜可以产生较高的开路电压、短路电流和功率输出密度:在500倍盐浓度差下,32μm纤维素膜具有−119 mV的开路电压、132.4μA短路电流和16.33 mW/m^(2)的输出功率密度。