由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法
技术领域
本发明属于废弃物回收工程技术领域,涉及一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法。
背景技术
受快时尚观念普及和消费水平提高的影响,每年世界各地产生大量废旧棉材料。这些废旧棉材料大多被填埋或焚烧,利用价值低,并且产生大量污染。除此之外,国内外对废旧棉材料利用方式的研究十分广泛,如废旧棉材料再生产棉纱、制造非织造产品、碳材料、纤维素衍生材料等,这些利用方式虽然利用价值较高,但大多难以大规模或产业化处理废旧棉材料,呈现低利用率特征。
其中,废旧棉材料制备溶解浆是一种新型高效高值的利用方式,废旧棉材料制浆过程中,反应性能与甲纤含量是衡量浆粕性能的重要参数。反应性能指的是溶解浆中纤维素分子与其他物质(粘胶生产过程中指的是二硫化碳)发生反应的能力。甲纤含量是浆粕中甲种纤维素的含量,甲纤含量决定浆粕的品质,可基本反映生产过程中纤维素对碱的作用的稳定性,高品质溶解浆的甲纤含量一般大于93wt%。
目前,提升反应性能主要有两种方法:打浆与酶处理,其中,酶处理工艺处理简单,对反应性能提升效果较好。专利申请(CN201610997546.8)公开了一种竹材化学机械浆生物酶预处理方法,研究了生物酶预处理对成浆性能的影响;专利申请(CN201710859395.4)公开了一种利用复合酶液处理纸浆的方法。酶处理在工艺流程上,一般是将废旧棉材料原料在前处理后进行预浸渍与蒸煮处理,再进行酶处理,或者是用酶处理工艺与打浆工艺结合的方式,从而达到提升反应性能的目的,一般不会直接对织物进行酶处理,因为废旧棉材料的纤维间互相交织,结合较紧密,若直接将废旧棉材料用于酶处理,棉织物中棉纤维会因接触酶不均匀导致反应性能提升不均匀,并且提升效果不好,酶处理虽然能够在一定程度上提升反应性能,但是其无法同时提高甲纤含量。
因此,研究一种既可以提升反应性能,又可以提高甲纤含量的利用废旧棉材料制备溶解浆的方法非常重要。
发明内容
本发明提供一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,目的是解决现有技术利用废旧棉材料制备溶解浆时无法同时提高反应性能和甲纤含量的问题。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,工艺流程为:酶处理→预浸渍→蒸煮;当废旧棉材料为织物时,酶处理前还进行高浓盘磨机盘磨。
本发明的原理如下:
本发明采用酶处理→预浸渍→蒸煮的工艺流程,并在当废旧棉材料为织物时,在酶处理工序前增设高浓盘磨机盘磨工序;高浓盘磨机盘磨能够将交织的棉织物变成独立的纤维,避免在后续酶处理时,由于废旧棉材料的纤维间互相交织,结合较紧密导致的棉织物中棉纤维接触酶不均匀,反应性能提升不均匀,提升效果较差;酶处理是利用酶的作用使棉纤维的植物细胞初生壁和次生壁被充分破坏的过程;预浸渍能够使碱液与废旧棉材料废料充分均匀接触,有利于提升后续蒸煮均匀度,提升浆粕聚合度与性能的均一性;蒸煮是利用碱液与废旧棉材料废料在高温高压下充分接触除去浆料中的非甲纤物质的过程。
植物细胞初生壁中不仅存在纤维,还存在果胶、半纤维素等杂质,这些杂质的存在导致甲纤含量较低,预浸渍和蒸煮的过程即为去除杂质,提高甲纤含量的过程,现有技术往往是在蒸煮结束后进行酶处理,此种方法进行预浸渍和蒸煮时,植物细胞初生壁未被酶破坏,其会阻碍浆粕与碱液接触反应,不利于去除杂质,因此甲纤含量无法获得有效提升。本发明通过对织物形态的废旧棉材料进行高浓盘磨机盘磨,将交织的棉织物变成独立的纤维,使得酶处理可以在预浸渍之前进行,酶处理能够破坏植物细胞初生壁,使得在预浸渍和蒸煮过程中浆粕能够与碱液充分接触,有效去除了杂质,提高了甲纤含量,此外,酶处理过程也可以去除非纤维杂质,进一步提高了甲纤含量。
作为优选的技术方案:
如上所述的一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,废旧棉材料的棉纤维含量大于75wt%。
如上所述的一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,废旧棉材料为废旧棉纱、废旧牛仔布或废旧棉布。
如上所述的一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,酶处理前,将废旧棉材料进行机械切碎使其中棉纤维的长度为4~5cm。机械切碎的目的是为了让酶液与棉纤维充分接触,如果不进行机械切碎,棉纱的长度约为十几到二十厘米,会绕成一团,在酶处理工艺的前期,这一团棉纱的内部无法接触酶液,随着时间加长才能逐渐均匀接触。
如上所述的一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,酶处理的过程为:首先将废旧棉材料、酶溶液、硫酸溶液和水在聚乙烯袋中混合得到pH值为4.5~6.5的混合物,酶的活性受pH值影响,在合适的pH下,酶活性较强才能更好地发挥作用;然后将聚乙烯袋在40~65℃的温度条件下放置30~90min,期间每隔5~15min揉搓一次聚乙烯袋,接着将聚乙烯袋在90~100℃的温度条件下放置30~50min,最后对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到酶处理后的棉纱。
如上所述的一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,混合物中酶的用量为5~30U/g,混合物中废旧棉材料的含量为5wt%。
如上所述的一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,酶处理是为了破坏植物细胞的细胞壁,细胞壁主要成分为纤维素和果胶,因此,酶处理采用纤维素酶和/或果胶酶。
如上所述的一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,得到酶处理后的棉纱与水、碱和助剂混合后,再进行预浸渍和蒸煮,预浸渍的温度为70~110℃,时间为10~30min,蒸煮的温度为150~180℃,时间为1~3h。
如上所述的一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,得到酶处理后的棉纱、水、碱和助剂的质量比为80~100:16~25:20~25:0.01~0.05,碱为氢氧化钠,助剂为蒽醌及其衍生物。碱(氢氧化钠)能溶解非甲纤物质,并充分破坏植物细胞细胞壁,提升甲纤含量与反应性能。蒽醌的存在能保护纤维素,减少棉纤维在蒸煮过程中的环形剥落,减少浆粕粘度和得率的降低。
如上所述的一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,蒸煮后将浆清洗甩干得到的浆粕的甲纤含量为90wt%~95wt%,反应性能为50~120s,聚合度为400~550。其中,甲纤含量的测试方法采用FZ/T 50010.4;反应性能的测试方法采用FZ/T50010.13。
有益效果:
(1)本发明的一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,将酶处理置于预浸渍和蒸煮之前,可以有效提升溶解浆的反应性能和甲纤含量;
(2)本发明的一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,操作简单,节约预浸渍和蒸煮工艺的药品用量,适于推广使用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,工艺流程为:酶处理→预浸渍→蒸煮;具体为:
(1)将废旧棉材料(棉纤维含量为100wt%的废旧棉纱)进行机械切碎使其中棉纤维的长度为4~5cm;
(2)进行酶处理,过程为:
(2.1)将废旧棉材料、纤维素酶溶液、硫酸溶液(2mol/L)和水在聚乙烯袋中混合得到pH值为5.2的混合物;其中,混合物中纤维素酶的用量为8U/g,混合物中废旧棉材料的含量为5wt%;
(2.2)将聚乙烯袋在50℃的温度条件下放置60min,期间每隔8min揉搓一次聚乙烯袋;
(2.3)将聚乙烯袋在95℃的温度条件下放置45min;
(2.4)对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到浆料;
(3)将步骤(2.4)得到的浆料与水、氢氧化钠和蒽醌混合后,再进行预浸渍和蒸煮,预浸渍的温度为80℃,时间为25min,蒸煮的温度为150℃,时间为3h;其中,浆料、水、氢氧化钠和蒽醌的质量比为90:18:20:0.03;
(4)蒸煮后将浆清洗甩干得到的浆粕的甲纤含量为94wt%,反应性能为66s,聚合度为450。
实施例2
一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,工艺流程为:高浓盘磨机盘磨→酶处理→预浸渍→蒸煮;具体为:
(1)将废旧棉材料(棉纤维含量为100wt%的废旧牛仔布)进行机械切碎成为2×2cm2的小块,将牛仔布小块在浓度为6.25wt%的氢氧化钠溶液中浸3小时后,将牛仔布小块洗净后在高浓盘磨机上进行盘磨处理,盘磨两次,盘间距分别为0.25mm和0.2mm,将盘磨后的棉纤维甩干水分后测定固含量;
(2)进行酶处理,过程为:
(2.1)将废旧棉材料、纤维素酶溶液、硫酸溶液(2mol/L)和水在聚乙烯袋中混合得到pH值为4.5的混合物;其中,混合物中纤维素酶的用量为6U/g,混合物中废旧棉材料的含量为5wt%;
(2.2)将聚乙烯袋在40℃的温度条件下放置90min,期间每隔5min揉搓一次聚乙烯袋;
(2.3)将聚乙烯袋在90℃的温度条件下放置50min;
(2.4)对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到浆料;
(3)将步骤(2.4)得到的浆料与水、氢氧化钠和2-甲基蒽醌混合后,再进行预浸渍和蒸煮,预浸渍的温度为85℃,时间为25min,蒸煮的温度为155℃,时间为2.5h;其中,浆料、水、氢氧化钠和2-甲基蒽醌的质量比为80:16:22:0.01;
(4)蒸煮后将浆清洗甩干得到的浆粕的甲纤含量为92wt%,反应性能为57s,聚合度为420。
实施例3
一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,工艺流程为:高浓盘磨机盘磨→酶处理→预浸渍→蒸煮;具体为:
(1)将废旧棉材料(棉纤维含量为100wt%的废旧牛仔布)进行机械切碎成为2×2cm2的小块,将牛仔布小块在浓度为6.25wt%的氢氧化钠溶液中浸3小时后,将牛仔布小块洗净后在高浓盘磨机上进行盘磨处理,盘磨两次,盘间距分别为0.25mm和0.2mm,将盘磨后的棉纤维甩干水分后测定固含量;
(2)进行酶处理,过程为:
(2.1)将废旧棉材料、纤维素酶溶液、硫酸溶液(2mol/L)和水在聚乙烯袋中混合得到pH值为5.5的混合物;其中,混合物中纤维素酶的用量为10U/g,混合物中废旧棉材料的含量为5wt%;
(2.2)将聚乙烯袋在45℃的温度条件下放置80min,期间每隔6min揉搓一次聚乙烯袋;
(2.3)将聚乙烯袋在95℃的温度条件下放置40min;
(2.4)对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到浆料;
(3)将步骤(2.4)得到的浆料与水、氢氧化钠和蒽氢醌混合后,再进行预浸渍和蒸煮,预浸渍的温度为70℃,时间为30min,蒸煮的温度为150℃,时间为3h;其中,浆料、水、氢氧化钠和蒽氢醌的质量比为100:20:25:0.05;
(4)蒸煮后将浆清洗甩干得到的浆粕的甲纤含量为90wt%,反应性能为50s,聚合度为400。
实施例4
一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,工艺流程为:酶处理→预浸渍→蒸煮;具体为:
(1)将废旧棉材料(棉纤维含量为100wt%的废旧棉纱)进行机械切碎使其中棉纤维的长度为4~5cm;
(2)进行酶处理,过程为:
(2.1)将废旧棉材料、纤维素酶溶液、硫酸溶液(2mol/L)和水在聚乙烯袋中混合得到pH值为6.2的混合物;其中,混合物中纤维素酶的用量为5U/g,混合物中废旧棉材料的含量为5wt%;
(2.2)将聚乙烯袋在55℃的温度条件下放置40min,期间每隔10min揉搓一次聚乙烯袋;
(2.3)将聚乙烯袋在98℃的温度条件下放置45min;
(2.4)对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到浆料;
(3)将步骤(2.4)得到的浆料与水、氢氧化钠和二氢蒽醌混合后,再进行预浸渍和蒸煮,预浸渍的温度为90℃,时间为20min,蒸煮的温度为160℃,时间为2h;其中,浆料、水、氢氧化钠和二氢蒽醌的质量比为85:25:20:0.03;
(4)蒸煮后将浆清洗甩干得到的浆粕的甲纤含量为94wt%,反应性能为106s,聚合度为520。
实施例5
一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,工艺流程为:酶处理→预浸渍→蒸煮;具体为:
(1)将废旧棉材料(棉纤维含量为100wt%的废旧棉纱)进行机械切碎使其中棉纤维的长度为4~5cm;
(2)进行酶处理,过程为:
(2.1)将废旧棉材料、纤维素酶溶液、硫酸溶液(2mol/L)和水在聚乙烯袋中混合得到pH值为5.5的混合物;其中,混合物中纤维素酶的用量为15U/g,混合物中废旧棉材料的含量为5wt%;
(2.2)将聚乙烯袋在60℃的温度条件下放置50min,期间每隔12min揉搓一次聚乙烯袋;
(2.3)将聚乙烯袋在92℃的温度条件下放置35min;
(2.4)对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到浆料;
(3)将步骤(2.4)得到的浆料与水、氢氧化钠和二氢二羟基蒽醌混合后,再进行预浸渍和蒸煮,预浸渍的温度为100℃,时间为15min,蒸煮的温度为170℃,时间为1.5h;其中,浆料、水、氢氧化钠和二氢二羟基蒽醌的质量比为95:23:25:0.04;
(4)蒸煮后将浆清洗甩干得到的浆粕的甲纤含量为94wt%,反应性能为98s,聚合度为510。
实施例6
一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,工艺流程为:酶处理→预浸渍→蒸煮;具体为:
(1)将废旧棉材料(棉纤维含量为100wt%的废旧棉纱)进行机械切碎使其中棉纤维的长度为4~5cm;
(2)进行酶处理,过程为:
(2.1)将废旧棉材料、纤维素酶溶液、硫酸溶液(2mol/L)和水在聚乙烯袋中混合得到pH值为6.4的混合物;其中,混合物中纤维素酶的用量为20U/g,混合物中废旧棉材料的含量为5wt%;
(2.2)将聚乙烯袋在50℃的温度条件下放置40min,期间每隔15min揉搓一次聚乙烯袋;
(2.3)将聚乙烯袋在100℃的温度条件下放置30min;
(2.4)对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到浆料;
(3)将步骤(2.4)得到的浆料与水、氢氧化钠和四氢蒽醌混合后,再进行预浸渍和蒸煮,预浸渍的温度为110℃,时间为10min,蒸煮的温度为180℃,时间为1h;其中,浆料、水、氢氧化钠和四氢蒽醌的质量比为90:25:25:0.02;
(4)蒸煮后将浆清洗甩干得到的浆粕的甲纤含量为94wt%,反应性能为120s,聚合度为550。
实施例7
一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,工艺流程为:酶处理→预浸渍→蒸煮;具体为:
(1)将废旧棉材料(棉纤维含量为100wt%的废旧棉纱)进行机械切碎使其中棉纤维的长度为4~5cm;
(2)进行酶处理,过程为:
(2.1)将废旧棉材料、纤维素酶溶液、硫酸溶液(2mol/L)和水在聚乙烯袋中混合得到pH值为5.4的混合物;其中,混合物中纤维素酶的用量为25U/g,混合物中废旧棉材料的含量为5wt%;
(2.2)将聚乙烯袋在55℃的温度条件下放置70min,期间每隔10min揉搓一次聚乙烯袋;
(2.3)将聚乙烯袋在95℃的温度条件下放置35min;
(2.4)对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到浆料;
(3)将步骤(2.4)得到的浆料与水、氢氧化钠和2-羟基蒽醌混合后,再进行预浸渍和蒸煮,预浸渍的温度为95℃,时间为20min,蒸煮的温度为165℃,时间为2h;其中,浆料、水、氢氧化钠和2-羟基蒽醌的质量比为80:20:20:0.01;
(4)蒸煮后将浆清洗甩干得到的浆粕的甲纤含量为95wt%,反应性能为87s,聚合度为500。
实施例8
一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,工艺流程为:酶处理→预浸渍→蒸煮;具体为:
(1)将废旧棉材料(棉纤维含量为100wt%的废旧棉纱)进行机械切碎使其中棉纤维的长度为4~5cm;
(2)进行酶处理,过程为:
(2.1)将废旧棉材料、纤维素酶溶液、硫酸溶液(2mol/L)和水在聚乙烯袋中混合得到pH值为6.5的混合物;其中,混合物中纤维素酶的用量为30U/g,混合物中废旧棉材料的含量为5wt%;
(2.2)将聚乙烯袋在65℃的温度条件下放置30min,期间每隔8min揉搓一次聚乙烯袋;
(2.3)将聚乙烯袋在98℃的温度条件下放置30min;
(2.4)对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到浆料;
(3)将步骤(2.4)得到的浆料与水、氢氧化钠和2-蒽醌磺酸钠混合后,再进行预浸渍和蒸煮,预浸渍的温度为90℃,时间为25min,蒸煮的温度为155℃,时间为1.5h;其中,浆料、水、氢氧化钠和2-蒽醌磺酸钠的质量比为95:22:24:0.04;
(4)蒸煮后将浆清洗甩干得到的浆粕的甲纤含量为94wt%,反应性能为96s,聚合度为510。
实施例9
一种由废旧棉织物及废旧棉纱等废旧棉材料制备溶解浆的方法,工艺流程为:酶处理→预浸渍→蒸煮;具体为:
(1)将废旧棉材料(棉纤维含量为100wt%的废旧棉纱)进行机械切碎使其中棉纤维的长度为4~5cm;
(2)进行酶处理,过程为:
(2.1)将废旧棉材料、纤维素酶溶液、硫酸溶液(2mol/L)和水在聚乙烯袋中混合得到pH值为6.5的混合物;其中,混合物中纤维素酶的用量为30U/g,混合物中废旧棉材料的含量为5wt%;
(2.2)将聚乙烯袋在65℃的温度条件下放置30min,期间每隔8min揉搓一次聚乙烯袋;
(2.3)将聚乙烯袋在98℃的温度条件下放置30min;
(2.4)对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到浆料;
(3)将步骤(2.4)得到的浆料与水、氢氧化钠和2-硝基蒽醌混合后,再进行预浸渍和蒸煮,预浸渍的温度为90℃,时间为25min,蒸煮的温度为155℃,时间为1.5h;其中,浆料、水、氢氧化钠和2-硝基蒽醌的质量比为95:22:24:0.04;
(4)蒸煮后将浆清洗甩干得到的浆粕的甲纤含量为94wt%,反应性能为93s,聚合度为490。