[发明专利]一种纤维素海绵的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用纤维素木浆粕，经氢氧化钠活化，与尿素反应制得的干态纤维素氨基甲酸酯，在低温条件下溶入稀的氢氧化钠溶液中形成纤维素氨基甲酸酯溶液后，通过加入棉短绒、成孔剂及色浆等混合均匀，在低温下陈化，放入沸水中蒸煮，使纤维素再生，成孔剂溶于水中留下空隙，用水和弱酸交替洗涤呈中性后，用柔顺剂浸泡等工序制备出纤维素海绵的方法。

技术背景

随着石化资源的日益枯竭，以及对环境污染越来越严格的控制，存在原料紧缺，生产过程有污染物产生，废弃后难于自然降解等缺点的聚氨酯海绵生产工艺受到了限制，新型而又能解决资源紧缺问题的纤维素海绵的生产工艺应运而生。目前，比较成功的有两种生产工艺：一种是将纤维素先转化为碱纤维素，再通过碱纤维素与CS₂反应而得到纤维素磺酸酯后，将其溶解于稀的NaOH溶液中形成粘胶液。采用此黏胶，通过加入增强剂、造孔剂、柔顺剂等制成的捏塑体，经由酸的水溶液组成的凝固浴时，其中的纤维素磺酸酯水解生成了纤维素，同时成孔剂溶解于水中，在产品中留下了孔隙，从而得到具有孔隙的纤维素海绵产品。该工艺采用自然界中最广泛存在的植物纤维素为原料，解决了原料紧缺的问题，而且所得产品废弃后可自然降解，无二次污染，但是该方法在由纤维素制备纤维素磺酸酯，以及后续的纤维素海绵制品的生产过程中，由于会产生大量的SO₂、H₂S等有毒气体，严重污染了大气环境。另外所排放的水中还含有许多含硫化合物，污染了水源。近几年虽然工厂采用一些方法尽力回收SO₂、H₂S气体，对排放的水进行处理，但仍不能达到理想的效果，而且由于一些回收设备的添加，增加了企业的经济负担，使产品价格上升，竞争能力下降。所以此生产工艺会被逐渐淘汰。

另一种制备纤维素海绵的工艺是直接将纤维素溶解于一种合适的溶剂中，进而生产海绵状纤维素制品的方法。采用N-甲基氧化吗啉溶解纤维素是目前研究最多的方法。如Firgo等(US Patent：6007750，1999-12-28.)将纤维素置入含水低于17％的NMMO水溶液中，加压加热，待纤维素全部溶解，减压蒸出水分，制得纤维素的粘稠溶液后，搅拌下向粘稠溶液中加入成孔剂和增强纤维形成均匀混合体，再经由水组成的凝固浴，使纤维素从溶剂中沉淀析出，并激活成孔剂使其成孔，冲洗后得到海绵状纤维素制品。Meister等(US Patent：5792399，1998-08-11)对上述工艺进行改进，在纤维素原料加入到NMMO与水混合物之前，先利用纤维素酶对原料进行了预处理，这样提高了纤维素的溶解速度、缩短了溶解时间，同时增强了溶解能力、降低了溶解条件。

可以看出，该工艺简单、生产周期短，且所用溶剂NMMO的毒性较低，对环境的污染很小，但目前生产NMMO的造价较高，而NMMO的回收又比较困难，所以将该工艺产业化还需做更多的工作。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种制备纤维素海绵的方法。该方法是采用纤维素木浆粕，经氢氧化钠活化，与尿素反应制得纤维素氨基甲酸酯后，在低温条件下将其溶入稀的氢氧化钠溶液中形成有一定粘性的纤维素氨基甲酸酯溶液。采用此溶液，通过加入增强剂、造孔剂等制成的捏塑体，经沸水蒸煮，其中的纤维素氨基甲酸酯水解生成纤维素，同时成孔剂溶解于水中，在产品中留下了孔隙，从而得到具有孔隙的纤维素海绵。具体操作按下列步骤进行：

a、纤维素木浆粕撕成边长为1cm左右的小片浸泡在质量分数为15％、用量为纤维素质量15倍、温度为25℃的氢氧化钠水溶液中搅拌活化2小时后滤出；

b、将步骤a中活化的碱纤维素用水洗涤、过滤，除去游离的碱液之后，加入尿素水溶液、带水剂二甲苯，搅拌升温除去水之后，在二甲苯沸点温度回流反应2.5小时，使碱纤维素与尿素的分解产物充分反应生成纤维素氨基甲酸酯，过滤出产物，用热水洗净后烘干；

c、将棉短绒剪成1.5cm左右的长条浸泡在氢氧化钠水溶液中脱脂软化；

d、将步骤b中干态的纤维素氨基甲酸酯，在低温条件下溶入氢氧化钠水溶液中，形成均匀的纤维素氨基甲酸酯溶液；

e、在步骤d纤维素氨基甲酸酯溶液中，加入步骤c中的棉短绒，以及成孔剂和色浆，搅拌均匀得到纤维素海绵捏合体；

f、将步骤e中纤维素海绵捏合体放入成型器中低温陈化12h后，放入沸水中蒸煮，待成孔剂全部溶解后取出，用水和弱酸交替冲洗，干燥；

g、将步骤f中成形的海绵体，用柔顺剂的水乳液浸泡后水洗、干燥。

步骤a中纤维素木浆粕α-纤维素含量在90％以上，聚合度为450-750。