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随着世界人口的增加、经济的增长,煤炭、石油、天然气等非可再生资源日益枯竭,以这些非可再生资源为原料制备的合成纤维的应用和发展受到了越来越大的制约。纤维素作为大自然赐予人类最丰富的可再生资源,不仅来源广泛、价格低廉,而且绿色环保,受到人们日益的关注和重视。
天然纤维素由溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶解,通过干喷湿纺工艺制备出Lyocell纤维。Lyocell纤维以其丰富的原料、优良的性能、简单环保的工艺流程,被誉为二十一世纪最有发展前途的绿色环保纤维。国外Lyocell纤维的原料大多为木浆粕,我国森林资源匮乏,而我国草本植物资源丰富、廉价易得,因此,本论文研究了以甘蔗渣、芦苇、棉杆为原料,制备Lyocell纤维的工艺方法,主要内容有:
1)对甘蔗渣、芦苇、棉杆等农业废弃草本植物进行成分分析,结果表明:三种草本植物的主要成分都是纤维素、木质素和半纤维素,其中,棉杆的纤维素含量最高,达到42.80%。
2)采用碱液煮练的方法提取甘蔗渣、芦苇的纤维素,实验发现:50g/L的NaOH为最优的碱液浓度,115℃为最优的反应温度;采用先HNO3预处理,后碱液煮练的方法提取棉杆纤维素,最优方案为:预处理的HNO3浓度为52 g/L,碱液煮练最佳选择是21g/L的NaOH。
3)研究了对提取的草本植物纤维素进行漂白的工艺,在调节溶液的pH值为10,采用过氧化氢的浓度20%,稳定剂硅酸钠用量11g/L,反应温度50℃,漂白时间30min,漂白效果比较理想。
4)采用NMMO为溶剂物理溶解不同种类的草本植物纤维素,得到粘稠的透明琥珀状纺丝原液,并利用干喷湿纺工艺制备不同种类Lyocell纤维,结合单因素实验和正交试验结果,得出制备草本植物Lyocell纤维最佳纺丝工艺条件。