棉花預(yù)處理的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對(duì)原棉進(jìn)行預(yù)處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維素是地球上最多的一種純天然多糖聚合物，是高等植物細(xì)胞壁中的主要物質(zhì)，隨著環(huán)境保護(hù)和生物相容性產(chǎn)品需求的不斷增加，纖維素被認(rèn)為是生產(chǎn)材料的一種取之不盡用之不竭的原料，主要通過(guò)光合作用生成，也可以由藻類(lèi)、細(xì)菌、真菌和原生動(dòng)物等合成。由于其含量豐富，成本較低，可以通過(guò)化學(xué)改性進(jìn)行高性能化，纖維素成為商業(yè)上最為重要的多糖，纖維素及其衍生物應(yīng)用范圍非常廣，每年銷(xiāo)量在幾千萬(wàn)噸以上。
[0003]在各種天然植物中，棉花是最純的纖維素原料，其纖維素含量在0.93kg/kg以上，經(jīng)過(guò)堿液處理、漂白等一系列處理，可以得到α-纖維素。從棉纖維中清除非纖維素雜質(zhì)的精制過(guò)程通常包括下列幾個(gè)步驟(Α.Π.扎考?？挤?，Β.Κ.鮑斯特尼考夫，《棉纖維素》):先將纖維素在100°C以上與高濃度氫氧化鈉溶液共煮，洗滌后用高濃度次氯酸鹽溶液漂白纖維，再洗滌，然后再用鹽酸或硫酸溶液處理，以除去灰分，最后用水洗滌，直至中性。這一預(yù)處理精制纖維的方法各國(guó)都采用，是一個(gè)通用的工藝過(guò)程。在工業(yè)中，通常采用質(zhì)量濃度為3%?50%的氫氧化鈉溶液進(jìn)行堿液處理、有效氯質(zhì)量含量為10%的次氯酸鈉溶液進(jìn)行漂白，經(jīng)過(guò)這些預(yù)處理之后即可得到精制棉纖維，在紡織、包裝、塑料等領(lǐng)域可直接使用或用作重要原料使用。
[0004]在這個(gè)過(guò)程中，由于依次采用了高濃度的強(qiáng)堿溶液和高濃度的次氯酸鈉溶液，不僅產(chǎn)生大量的酸堿廢水，對(duì)環(huán)境造成污染，而且堿液處理和漂白過(guò)程會(huì)造成纖維素的大幅度降解，使纖維素分子鏈斷裂、聚合度降低，這樣對(duì)于本來(lái)?yè)碛懈呔酆隙鹊脑奘且环N極大的破壞，導(dǎo)致其性能的下降，不利于纖維素的下一步利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是改進(jìn)棉纖維素生產(chǎn)工藝過(guò)程中的堿液處理、漂白等過(guò)程，提供一種新的可以高效除去棉花中的硫酸不溶物、灰分、脂肪等雜質(zhì)的預(yù)處理方法，并通過(guò)此方法得到僅有輕度斷鏈的高純度的α-纖維素。
[0006]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下。
[0007]一種棉花預(yù)處理方法，包括:(Α)將棉花浸泡在弱堿溶液中進(jìn)行弱堿處理，以除去棉花中的硫酸不溶物和灰分，其中弱堿溶液的質(zhì)量濃度為0.5%?5%;(Β)在(Α)步驟之前或之后對(duì)棉花進(jìn)行有機(jī)溶劑清洗以除去棉花中的脂成分，其中所述有機(jī)溶劑為含氯烴類(lèi)、酮類(lèi)、烷烴類(lèi)、醚類(lèi)、醇類(lèi)溶劑或它們的組合；及(C)對(duì)經(jīng)弱堿處理及有機(jī)溶劑清洗后的棉花進(jìn)行次氯酸鈉漂白，其中以有效氯含量計(jì)次氯酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為0.5%?5%。
[0008]本發(fā)明優(yōu)選的預(yù)處理方法中，所述弱堿選自陽(yáng)離子為銨離子、堿金屬離子或堿土金屬離子的碳酸氫鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、醋酸鹽和丙酸鹽。
[0009]本發(fā)明優(yōu)選的預(yù)處理方法中，㈧步驟中棉花與弱堿溶液的質(zhì)量比約為0.04: 1?1: 1，堿處理時(shí)間為0.1?10小時(shí)，處理溫度為室溫至沸騰。
[0010]本發(fā)明優(yōu)選的預(yù)處理方法中，⑶步驟中所用有機(jī)溶劑為:選自二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯和四氯乙烯的含氯烴類(lèi)；選自丙酮、丁酮、庚酮、環(huán)己酮和甲基丁基酮的酮類(lèi)；選自正己烷和環(huán)己烷的烷烴類(lèi)；選自乙醚和二甲醚的醚類(lèi)；或選自甲醇、乙醇、正丙醇和異丙醇的醇類(lèi)。有機(jī)溶劑清洗操作為以下一種或多種:在索氏提取器對(duì)棉花進(jìn)行有機(jī)溶劑回流萃?。辉谟袡C(jī)溶劑中對(duì)棉花超聲處理；在有機(jī)溶劑中對(duì)棉花進(jìn)行煮沸處理，清洗操作時(shí)間為0.2?10小時(shí)。并且棉花與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比約為0.04: 1?1: 1。
[0011]本發(fā)明優(yōu)選的預(yù)處理方法中，其中(A)步驟處理后的棉花經(jīng)水洗凈、干燥后用于后續(xù)步驟；且(B)步驟處理后的棉花經(jīng)乙醇洗凈、干燥后用于后續(xù)步驟。
[0012]本發(fā)明優(yōu)選的預(yù)處理方法中，其中(C)步驟的漂白時(shí)間為0.2?1小時(shí)，漂白溫度為 15 ?85°C。
[0013]與以往技術(shù)相比，本發(fā)明有顯著進(jìn)步，其中弱堿溶液和有機(jī)溶劑可以分別有效的除去棉花中的不同雜質(zhì)，兩種方法共同處理是一種非常有效的得到高純度α -纖維素的方法，可以將得到的纖維素進(jìn)一步應(yīng)用于合成纖維素衍生物中。
[0014]本發(fā)明棉花預(yù)處理的過(guò)程，可以有效的減少纖維素的降解，能夠保持纖維素的優(yōu)良性能，同時(shí)能夠大幅度減少?gòu)U水的排放。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在本發(fā)明棉花預(yù)處理的具體實(shí)施過(guò)程中，包括以下步驟。
[0016](1)采用一種或幾種碳酸氫鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、醋酸鹽、丙酸鹽等弱堿溶液，將棉花浸入其中，在室溫?沸騰條件下，對(duì)棉花堿液處理0.1?10h，其中碳酸氫鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、醋酸鹽、丙酸鹽等中的陽(yáng)離子為銨離子、堿金屬離子、堿土金屬離子等，它們的溶液質(zhì)量濃度為0.5%?5%，棉花與弱堿溶液的質(zhì)量比約為0.04: 1?1: 1。處理后用去離子水洗凈，干燥。
[0017](2)經(jīng)過(guò)堿處理后的棉花纖維，采用一種或多種有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗。清洗的方法采用以下一種或多種。
[0018](i)采用二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙燒、三氯乙稀、四氯乙烯等含氯烴類(lèi)，丙酮、丁酮、庚酮、環(huán)己酮、甲基丁基酮等酮類(lèi)，正己烷、環(huán)己烷等烴類(lèi)，乙醚、二甲醚等醚類(lèi)，甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇等醇類(lèi)作為溶劑，通過(guò)索氏提取器對(duì)棉花進(jìn)行回流萃取，以除去棉花中的脂肪，萃取時(shí)間控制在0.2?10h，棉花與溶劑的質(zhì)量比約為0.04: 1?1: 1。處理后用乙醇洗凈，干燥。
[0019](ii)采用二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等含氯烴類(lèi)，丙酮、丁酮、庚酮、環(huán)己酮、甲基丁基酮等酮類(lèi)，正己烷、環(huán)己烷等烴類(lèi)，乙醚、二甲醚等醚類(lèi)，甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇等醇類(lèi)作為溶劑，通過(guò)超聲的方法對(duì)棉花進(jìn)行預(yù)處理，以除去棉花中的脂肪，超聲時(shí)間控制在0.2?10h，棉花與溶劑的質(zhì)量比約為0.04: 1?1: 1。處理后用乙醇洗凈，干燥。所使用的超聲波頻率為40kHz，功率120w，本發(fā)明對(duì)此不作特別的限定。
[0020](iii)采用二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等含氯烴類(lèi)，丙酮、丁酮、庚酮、環(huán)己酮、甲基丁基酮等酮類(lèi)，正己烷、環(huán)己烷等烴類(lèi)，乙醚、二甲醚等醚類(lèi)，甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇等醇類(lèi)作為溶劑，通過(guò)煮沸的方法對(duì)棉花進(jìn)行預(yù)處理，以除去棉花中的脂肪，處理時(shí)間控制在0.2?10h，棉花與溶劑的質(zhì)量比約為0.04: 1?1: 1。處理后用乙醇洗凈，干燥。
[0021]在上述(1)和(2)兩個(gè)步驟中，操作順序可以互換，也即棉花經(jīng)第(1)步處理后，再采用第(2)步中的一種或幾種方法處理。也可以將棉花用第(2)步中的一種或幾種方法處理后，再采用第(1)步方法處理。
[0022](3)配制低濃度的次氯酸鈉溶液，對(duì)上述處理后的棉花進(jìn)行漂白，其中次氯酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為0.5 %?5 %，漂白時(shí)間為0.2?lh。漂白溫度為15?85 °C。漂白后，用水清洗，干燥，即可得到精棉纖維。采用通常使用的分子量測(cè)定方法測(cè)定精棉纖維的分子量。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0024]本發(fā)明中棉花的堿液處理過(guò)程所采用的堿為碳酸氫鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、醋酸鹽、丙酸鹽等，對(duì)應(yīng)的陽(yáng)尚子為錢(qián)尚子、堿金屬尚子、堿土金屬尚子等，與工業(yè)中應(yīng)用的氫氧化鈉相比，堿性明顯減弱，同時(shí)工業(yè)中所采用的為質(zhì)量濃度高達(dá)3%?50%的氫氧化鈉溶液，本發(fā)明中將堿溶液質(zhì)量濃度降低至0.5%?5%，可以大幅度減少?gòu)?qiáng)堿廢水的排放。此外，工業(yè)中使用的強(qiáng)堿溶液會(huì)造成纖維素的降解，在本發(fā)明中，使用低濃度弱堿溶液處理的方法可以降低纖維素的降解程度。
[0025]本發(fā)明中提出采用二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等含氯烴類(lèi)，丙酮、丁酮、庚酮、環(huán)己酮、甲基丁基酮等酮類(lèi)，正己烷、環(huán)己烷等烴類(lèi)，乙醚、二甲醚等醚類(lèi)，甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇等醇類(lèi)等其中的一種或幾種作為溶劑，進(jìn)行棉花的預(yù)處理，有機(jī)溶劑可以有效除去棉花中的的蠟質(zhì)與脂肪，并且不會(huì)對(duì)纖維素結(jié)構(gòu)造成破壞，減少纖維素的降解。同時(shí)，有機(jī)溶劑易于回收，通過(guò)常見(jiàn)的精餾或蒸餾的方法分離回收，得以循環(huán)使用，這種方法可以減少?gòu)U水的排放以及試劑的用量。
[0026]超聲波在與介質(zhì)的相互作用中，會(huì)使介質(zhì)發(fā)生物理的和化學(xué)的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)的、熱學(xué)的、電磁學(xué)的和化學(xué)的超聲效應(yīng)。利用它的這些特點(diǎn)，超聲具有多方面的應(yīng)用，可進(jìn)行超聲焊接、固體的粉碎、乳化、脫氣、除塵、去垢、