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            一種具有高抑菌活性黏膠纖維及其制備方法與流程

            文檔序號:19288015發布日期:2019-11-30 00:50

            本發明屬于纖維制備技術領域,具體涉及一種具有高抑菌活性黏膠纖維及其制備方法。



            背景技術:

            由于目前世界範圍的木材資源的短缺日益加重,在不破壞森林和環境的情況下生産紙漿和造紙成爲各造紙企業追求的目標。作爲解決這一問題的方案,利用一年或兩年生植物如:農田廢物、竹子、制糖後廢棄的甘蔗稈、稻麥草等作爲主要材料而由非木材植物纖維制造紙漿的技術一直受到關注。

            衛生用品主要用于婦女、兒童、老人、病人以及一次性醫療衛生用品,因此,對衛生的要求較高。但現有衛生用品制備過程中均存在以下問題:

            (1)現有衛生用品的制備原料多使用漂白漿,部分原料還添加了增白劑及顯色劑,但是,由于漂白過程將産生對環境有害的化學物質,在氯漂過程中除了産生三氯甲烷外,廢液中還含有40多種有機氯化物,其中以各種氯代酚爲最多,如二氯代酚、三氯代酚,還産生二噁英和呋喃産物,有10多種是劇毒的。因此,被漂白纖維上都會殘留汙染致癌物質,危害生態和人體健康;

            (2)現有技術在制漿過程中多采用化學制漿法,如中國專利2007101296351公開了一種以禾草植物爲原料制備的高硬度漿及其制備方法,其以禾草植物爲原料,采用亞硫酸氨法、蒽醌-燒堿法、硫酸鹽和亞硫酸鉀法制備高硬度漿;中國專利200510108294.0公開了一種利用竹子生産纖維素紙漿的方法及其紙漿,其采用的是蒽醌-燒堿法制備竹纖維紙漿,減少藥品和能源的消耗,漂白過程中盡可能減少所産生的二氧芑等有害物;在預水解過程中所生産的半纖維素能生産木糖。由于在蒸煮中使用了硫化物,産品中會殘存硫化物,也不利用消費者的健康。

            因此,急需開發一種取材容易、抗菌性高、健康環保的植物纖維作爲衛生用品的原料。



            技術實現要素:

            本發明的目的在于克服現有技術的缺點,提供一種具有高抑菌活性黏膠纖維,該纖維具有較長的纖維長度、高柔韌性、較好的吸水性、保水性,且質地柔軟、蓬松、抗菌性強、保持了竹纖維100%的天然本色,顯著提高了下遊産品的質量。

            本發明的另一目的在于提供該黏膠纖維的制備方法,該方法具有操作簡單、生産方便、成本低、綠色環保的特性。

            本發明的目的通過以下技術方案來實現:

            一種具有高抑菌活性的黏膠纖維,其打漿度爲16~25°sr,裂斷長爲4~6km,耐折次數爲65~80次,白度爲22~25%iso,高錳酸鉀值爲80~100,抑菌率≥90%。

            進一步地,所述具有高抑菌性黏膠纖維對大腸杆菌的抑菌率≥92%,對金黃色葡萄球菌的抑菌率≥99%。

            上述具有高抑菌活性黏膠纖維的制備方法,它包括以下步驟:

            s1.備料:將竹類植物原料濕法備料成竹片;

            s2.蒸煮:將竹片加入對絕幹原料量8~12%的氫氧化鉀溶液,其料液比爲1:3~4;通入蒸汽進行加熱,加熱升溫至溫度爲110~125℃時保溫50~60分鍾,得到竹纖維材料與黑液;

            s3.抗菌處理:將經蒸煮得到的竹纖維材料進行磨漿處理,向漿料中加入高分子殼聚糖,其加入量爲絕幹漿料量的0.01~0.015%。

            進一步地,所述高分子殼聚糖乳液的制備方法爲:將純天然甲殼素制成殼聚糖粉末,其中殼聚糖的相對分子量爲200~300萬,殼聚糖粉末經水化處理後形成殼聚糖乳液。

            進一步地,所述高分子殼聚糖乳液的制備方法具體爲:將殼聚糖粉末與蒸餾水按照1:500的比例進行混合,混合後加溫至45-55℃,攪拌乳化,攪拌速度爲150-280r/min,將分散後的粒子直徑溶解至0.8-1.8μm。

            進一步地,所述竹類植物原料爲毛竹、黃竹、慈竹、水竹、白夾竹、西風竹中的一種或多種的組合。

            進一步地,所述蒸煮步驟前還包括對濕法備料的竹片進行浸漬處理,浸漬處理采用的方式爲:將浸漬液浸漬竹類植物原料,使料液比達到1:3~4,在常壓下于85℃以上于螺旋浸漬器中保溫和混合50分鍾以上;所述的浸漬液爲堿溶液或堿溶液與黑液的混合液。

            進一步地,所述堿溶液爲對絕幹原料量8~12%的氫氧化鉀溶液,所述黑液的濃度爲8~10°bé。

            進一步地,所述高分子殼聚糖的相對分子量爲200~300萬。

            所述具有高抑菌活性黏膠纖維用來制備包裝材料、生活用紙、煙草添加材料、婦嬰用品。

            對常用的竹類植物原料的化學組成進行分析,發現總纖維素重量百分含量爲:74.52%,總木素重量百分含量爲25.08%,聚戊糖重量百分含量爲20.67%,笨-醇抽出物重量百分含量爲27.25%。蒸煮過程是制漿的關鍵步驟,由于木材與竹材原料的組織結構、微觀結構、化學組成以及木素分子結構等均有差異,因此,在蒸煮過程中脫木素反應曆程也有很大的差別。對于竹類原料燒堿法蒸煮脫木素反應曆程,包括升溫和保溫兩段。

            蒸煮的過程一般包括三個過程:1、蒸煮液向原料內部滲透的過程。2、堿液與原料起化學反應的過程;3、反應物從原料中溶出的過程。此三過程既分階段,又幾乎同時交叉進行,根據不同材料的需要,適當的除去原料中的木素和雜質,使纖維之間的結合力下降,促使纖維離解成漿。因此,蒸煮的目的在于利用蒸煮液的作用,適當地除去原料中的木素,盡可能保留纖維素和半纖維素以利于造紙。在蒸煮過程中,由于高溫蒸煮以及化學蒸煮藥液的作用,原料中的木素、纖維素和半纖維素以及其他成分均會發生一定的化學變化,受到不同程度的降解和損傷。

            針對竹類植物纖維這種特殊的制漿原料,本發明的方法中,對化學蒸煮藥液進行了嚴格的控制,將其濃度降低,減少對制漿所需要成分如纖維素、半纖維素、木素的降解和損傷。同時,在低溫蒸煮的過程中,本發明的方法中盡可能降低蒸煮溫度的方法,使得竹類植物處于高溫的時間縮短,因而減少了竹類植物原料中各組分的降解。因此,本發明的方法中最大限度的保護了竹類植物原料中制漿所需的成分,同時大大縮短了保溫時間,大大降低了能耗。

            本發明采用的鉀法工藝就是利用堿液的作用,適當的除去原料中的木素,盡可能保留纖維素和半纖維素以利于造紙。實際上在蒸煮過程中由于高溫強堿的作用,原料中的木素、纖維素、半纖維素以及其他成分均會發生一定的化學變化,受到不同程度的降解和損傷,因此必須研究原料在蒸煮過程竹的變化規律,制定適宜的蒸煮條件。本發明的鉀法工藝中,通過對蒸煮液的選擇、用量和濃度、蒸煮及保溫時間的長短、蒸煮溫度的高低進行系統的研究,在盡可能的減少纖維素和半纖維素損害及盡可能保留適當的木素條件下進行蒸煮,從而達到既減少生産成本,節約能源,又能提高制漿得率的目的。

            本發明具有以下優點:

            1.本發明方法在蒸煮步驟利用低堿、無硫生産工藝,在生産過程中將無二氧化硫、二噁英等有害物質的産生,生産出不含二氧化硫、二噁英等有害物質的高性能生物質竹纖維新材料,可以杜絕生産過程中臭氣的産生及減少cod排放量達70%以上。現有技術中蒽醌的加入可以減少蒸煮時間,保護纖維素及半纖維素,但是會加深脫木素,而本發明要求盡量保留一定量的木素,故蒽醌的加入不適合本發明所要達到的技術效果。所述的蒸煮方法所用的蒸煮藥液少,不含硫化物,蒸煮和保溫的時間短,是一種既經濟又環保的蒸煮方法。

            2.本發明方法在生産過程中竹漿未經過漂白,因此具有原材料消耗低、産率高、成本低、汙染小的優點,避免了竹漿在漂白過程中造成對纖維帶來的損傷,故具有較長的纖維長度、高柔韌性、較好的吸水性、保水性,且質地柔軟、蓬松,顯著提高了下遊産品的質量;且杜絕了因漂白産生的廢氣、廢液對環境的汙染,因此,發明方法具有生態環保的特性.

            3.本發明方法在生産過程中竹漿未經過漂白,避免了漂白過程中所使用的化學品對人體可能的傷害,以及所制備的具有高抑菌活性的本色竹漿産品中不含有二嗯英和可吸附有機鹵化物等致癌物質,保持竹纖維100%的天然本色。

            4.本發明方法在生産過程中添加了高分子殼聚糖作爲抑菌劑,因此,采用本發明方法的本色竹漿制造的衛生用品更衛生、更環保,對人體的生理衛生和身心健康具有更好的保護性,試驗證明,本發明的竹漿對金黃葡萄球菌的抑菌率≥99%,對大腸杆菌的抑菌率≥92%;

            5.本發明采用的原材料爲竹類植物,大大代替了多年生木本植物,充分有效的利用了自然資源、節約了多年生木本植物資源,保護了生態環境。所用原材料價廉易得,可爲國家節省大量木材和外彙,具有顯著的社會經濟效益。

            6.本發明所述的步驟s2中,在向竹類植物原料中加入氫氧化鉀溶液之前,還包括對竹類植物原料進行浸漬的過程,浸漬處理采用的方式爲:將浸漬液浸漬竹類植物原料,使料液比達到1:3~4,在常壓下于85℃以上于螺旋浸漬器中保溫和混合50分鍾以上,其中在85~95℃之間保溫混合50~80分鍾,優選60分鍾爲好。這樣使浸漬液與原料充分接觸,使原料的浸漬均勻完全。所述浸漬液爲一定濃度的堿溶液,如對絕幹原料量爲8~12%的氫氧化鉀溶液,優選爲10%的氫氧化鉀溶液,也可以是堿與黑液的混合液,所用黑液的濃度爲8~10°be’(20℃)。對原料進行了浸漬預處理,利用了作爲廢料的黑液,使黑液得到了循環利用,減少了環境對黑液處理的壓力,由于對原料浸漬預處理,使得在加熱處理時所脫出的雜細胞、半纖維素、木素爲主的黑液分離排除,爲下一步的蒸煮過程作准備。

            具體實施方式

            下面結合實施例對本發明作進一步的描述,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,並不是全部的實施例。基于本發明中的實施例,本領域的普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的其他所有實施例,都屬于本發明的保護範圍。

            制備高分子殼聚糖乳液:

            (1)將純天然甲殼素制成形成殼聚糖粉末,制備殼聚糖的步驟可采用現有的化學降解、微生物培養、微波技術等方法,得到的殼聚糖的相對分子量爲200~300萬,優選200萬、240萬,260萬,280萬,300萬;

            (2)將殼聚糖粉末與蒸餾水按照1:500的比例進行混合,混合後加溫至45-55℃,攪拌乳化,攪拌速度爲150-280r/min,將分散後的粒子直徑溶解至0.8-1.8μm。

            實施例1:

            s1.采用常規的濕法備料,以除去沙、石等雜質,這樣可以減輕後續工藝的壓力,並提高竹纖維材料的質量;濕法備料可以采用現有常規設備,如切竹機、篩選機、除塵機等;經過備料後的竹類植物原料的長度在20~30mm,經過備料後的去除水分的竹子原料爲精料,扣除竹子的水分爲絕幹原料。經過濕法備料後的竹片經過浸漬螺旋器,在浸漬螺旋器中與對絕幹竹片量爲8%的氫氧化鉀溶液混合浸漬,料液比爲1:4,在常壓、85℃下于螺旋浸漬器中保溫和混合60分鍾;

            s2.然後送入連續蒸煮管,在竹類植物原料中加入對絕幹原料量8%的氫氧化鉀溶液,其料液比爲1:4;通蒸汽加熱至120℃,保持此溫度條件;調節連續蒸煮管的運行速度,使竹片在連續蒸煮管中的停留時間爲60分鍾,得到竹纖維材料;

            s3.竹纖維材料通過卸料閥進入高濃磨進行磨漿處理,向漿料中加入分子量爲200萬的高分子殼聚糖乳液,其加入量爲絕幹漿料量的0.01~0.015%,産生的黑液進行循環使用。

            該本色竹纖維的打漿度爲16°sr,裂斷長爲4km,耐折次數爲65次,白度爲22%iso,高錳酸鉀值爲80,抑菌率≥90%,對大腸杆菌的抑菌率爲92%,對金黃色葡萄球菌的抑菌率爲99%。

            實施例2:

            s1.經過濕法備料後的竹片經過浸漬螺旋器,在浸漬螺旋器中與對絕幹竹片量爲10%的氫氧化鉀溶液混合浸漬,料液比爲1:4,在常壓、90℃下于螺旋浸漬器中保溫和混合80分鍾;

            s2.然後送入連續蒸煮管,在竹類植物原料中加入對絕幹原料量10%的氫氧化鉀溶液,其料液比爲1:4,通蒸汽加熱至110℃,保持此溫度條件;調節連續蒸煮管的運行速度,使竹片在連續蒸煮管中的停留時間爲55分鍾,得到竹纖維材料;

            s3.竹纖維材料通過卸料閥進入高濃磨進行磨漿處理,向漿料中加入分子量爲300萬的高分子殼聚糖乳液,其加入量爲絕幹漿料量的0.011%,産生的黑液進行循環使用。

            該本色竹纖維的打漿度爲25°sr,裂斷長爲6km,耐折次數爲80次,白度爲25%iso,高錳酸鉀值爲100,抑菌率≥90%,對大腸杆菌的抑菌率爲95%,對金黃色葡萄球菌的抑菌率爲99.52%。

            實施例3:

            s1.經過濕法備料後的竹片經過浸漬螺旋器,在浸漬螺旋器中與對絕幹竹片量爲12%,鉀溶液混合浸漬,料液比爲1:3,在常壓、95℃下于螺旋浸漬器中保溫和混合80分鍾;

            s2.然後送入連續蒸煮管,在竹類植物原料中加入對絕幹原料量9%的氫氧化鉀溶液,其料液比爲1:3,通蒸汽加熱至125℃,保持此溫度條件;調節連續蒸煮管的運行速度,使竹片在連續蒸煮管中的停留時間爲50分鍾,得到竹纖維材料;

            s3.竹纖維材料通過卸料閥進入高濃磨進行磨漿處理,向漿料中加入分子量爲240萬的高分子殼聚糖乳液,其加入量爲絕幹漿料量的0.012%,産生的黑液進行循環使用。

            該本色竹纖維的打漿度爲18°sr,裂斷長爲5km,耐折次數爲70次,白度爲23%iso,高錳酸鉀值爲85,抑菌率≥90%,對大腸杆菌的抑菌率爲96%,對金黃色葡萄球菌的抑菌率爲99.82%。

            實施例4:

            s1.經過濕法備料後的竹片經過浸漬螺旋器,在浸漬螺旋器中與浸漬液混合浸漬,所述浸漬液爲對絕幹竹片量爲10%的氫氧化鉀溶液與8°bé的黑液混合液,料液比爲1:4,在常壓、95℃下于螺旋浸漬器中保溫和混合50分鍾;

            s2.然後送入連續蒸煮管,在竹類植物原料中加入對絕幹原料量9%的氫氧化鉀溶液,其料液比爲1:4,通蒸汽加熱至125℃,保持此溫度條件;調節連續蒸煮管的運行速度,使竹片在連續蒸煮管中的停留時間爲60分鍾,得到竹纖維材料;

            s3.竹纖維材料通過卸料閥進入高濃磨進行磨漿處理,向漿料中加入分子量爲260萬的高分子殼聚糖乳液,其加入量爲絕幹漿料量的0.013%,産生的黑液進行循環使用。

            該本色竹纖維的打漿度爲20°sr,裂斷長爲6m,耐折次數爲73次,白度爲24%iso,高錳酸鉀值爲92,抑菌率≥90%,對大腸杆菌的抑菌率爲96%,對金黃色葡萄球菌的抑菌率爲99.86%。

            實施例5:

            s1.經過濕法備料後的竹片經過浸漬螺旋器,在浸漬螺旋器中與浸漬液混合浸漬,所述浸漬液爲對絕幹竹片量爲10%的氫氧化鉀溶液與10°bé的黑液混合液,料液比爲1:3.5,在常壓、95℃下于螺旋浸漬器中保溫和混合70分鍾;

            s2.然後送入連續蒸煮管,在竹類植物原料中加入對絕幹原料量12%的氫氧化鉀溶液,其料液比爲1:4,通蒸汽加熱至115℃,保持此溫度條件;調節連續蒸煮管的運行速度,使竹片在連續蒸煮管中的停留時間爲60分鍾;

            s3.竹纖維材料通過卸料閥進入高濃磨進行磨漿處理,向漿料中加入分子量爲280萬的高分子殼聚糖乳液,其加入量爲絕幹漿料量的0.015%,産生的黑液進行循環使用。

            該本色竹纖維的打漿度爲23°sr,裂斷長爲5km,耐折次數爲76次,白度爲25%iso,高錳酸鉀值爲95,抑菌率≥90%,對大腸杆菌的抑菌率爲93%,對金黃色葡萄球菌的抑菌率爲99.78%。

            以上揭露的僅爲本發明的較佳實施例而已,當然不能以此來限定本發明之權利範圍,因此依本發明權利要求所作地等同變化,仍屬本發明所涵蓋的範圍。

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