[发明专利]高温定向脱胶制备纺织及复合材料用富木质素纤维的方法

说明书

本发明提供一种高温定向脱胶制备纺织及复合材料用富木质素纤维的方法，经过如下步骤：配置碱/醇脱胶试剂、富木质素纤维浸碱液、离心控制纤维带液量、微波加热脱胶、清洗、干燥、梳理，制得细度小于24 dtex、强度高于3.0 cN/dtex的纺织、复合材料用富木质素纤维。用本发明制备的富木质素纤维加工的棉/富木质素纤维混纺纱的强度比常规碱脱胶后的富木质素纤维制成的混纺纱高100%。用本发明制备的富木质素纤维制成的复合材料拉伸断裂强度比常规碱脱胶后的富木质素纤维制成的复合材料高50%以上，弯曲强度高80%以上。

技术领域

本发明属于纺织或增强复合材料的纤维原料处理技术领域，具体涉及一种高温定向脱胶制备纺织及复合材料用富木质素纤维的方法。

背景技术

纺织工业的可持续发展吸引了越来越多的研究者从农业副产品中提取纺织用天然纤维。当前，全球的纺织纤维消费量已达到1亿吨，但是，纤维供给的持续增长却面临着多方面的问题。首先，占纤维消费量67％的合成纤维来源于不可再生的石油资源，这些合成纤维在常规条件下很难降解；其次，由于大豆、玉米等作物的竞争，全球范围内棉花的种植面积和产量近年来呈逐渐下降的趋势，农作物秸秆的废弃物是世界上最重要的纤维素资源之一，其主要成分是木质纤维素，可用于提取天然纤维素纤维。世界范围内产量最大的农业废弃物主要有玉米、小麦、水稻、大麦、高粱和棉花的秸秆及椰子壳、香蕉叶和菠萝叶等。由于这些纤维的木质素含量较高，纤维粗且刚硬，用其制成的纺织及复合材料性能受限。

与苎麻、亚麻等传统服用纤维相比，黄麻、剑麻、罗布麻等麻类纤维的木质素含量较高，纤维较粗，很难在传统的棉纺系统进行加工，因而在高附加值纺织面料上的应用较少，这些纤维目前多被用于制作麻绳、麻袋等低价值产品。

细度对于富木质素纤维的纺织应用或复合材料产品开发是至关重要的。通常情况下，纤维越细，应用价值越高。以秸秆纤维或黄麻为代表的富木质素纤维是由若干纤维素单细胞依靠胶质彼此粘连在一起组成的。纤维变细的过程实质上是单细胞从纤维剥离的过程。由于天然木质素的大分子结构非常复杂，常压下的碱不能有效降解木质素，对木质素的去除作用非常有限，无法将秸秆或黄麻类纤维的细度降至理想的水平。在高温条件下，碱对木质素大分子的降解效率明显提高，这引起了木质素分子量的剧烈下降和纤维断裂强度的损失。此外，高温条件下碱液在纤维内的渗透速度提高，容易引起纤维束内、外侧单细胞的同步剥离，造成纤维束的解体。因此，常规的碱脱胶方法无法得到细且强度高的富木质素纤维。

为了实现富木质素纤维在纺织及复合材料领域的高附加值应用，需要采用定向脱胶的方法，以达到从纤维外侧向内侧定向剥离单细胞的目的。因此，脱胶工艺需要同时满足两点要求：一、控制碱分子沿纤维束径向的渗透程度，使单细胞的剥离停留在纤维束的表层；二、提高碱对木质素的降解效率，使纤维表层的单细胞能有效地被剥离。现有技术中的常规碱脱胶方法多在碱性水溶液中进行。有在低于100℃的碱性水溶液中进行的，俗称常压碱煮法。由于温度较低，木质素的去除效果较差，得到纤维较粗。还有在高于100℃的碱性水溶液中进行的，俗称高温碱煮法，需要高压密闭条件，其脱胶过程如图1示意。这种情况下碱液在纤维径向的渗透较严重，容易造成纤维解体，无法实现定向脱胶的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高温定向脱胶制备纺织及复合材料用富木质素纤维的方法，以获得细度好、强度高的纺织或复合材料用富木质素纤维。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种高温定向脱胶制备纺织及复合材料用富木质素纤维的方法，包括如下步骤：

(1)配置脱胶试剂：将一定量的碱加入到沸点高于170℃、20℃下粘度大于200mPa·s的醇中，配置成质量百分比浓度为2～10％的碱溶液，先升温至碱完全溶解后，冷却至室温备用；

(2)富木质素纤维浸入碱溶液：室温下将细度>40dtex的富木质素纤维在步骤(1)配制的碱溶液中浸渍0.2～2min后迅速取出；