一种高强竹纤维化学制备方法

本发明涉及纤维提取，特别涉及一种高强竹纤维化学制备方法。

背景技术：

1、竹纤维是一种具有优良性能和广泛应用前景的新型纤维材料，具有许多优点，如轻质、柔软、抗菌、透气和环保等。因此，竹纤维已经在纺织业、建筑材料、医疗保健产品、交通和航空航天等领域得到了广泛应用。

2、当前，大多数竹纤维的提取方法主要使用机械剥离或生物酶法。然而，这些方法存在一些问题，例如提取效率低、能耗高、操作复杂等。为了解决这些问题并开发出一种高效、经济、可持续的竹纤维提取方法，现有技术开始研究竹纤维的化学提取方法。

3、化学提取是一种利用化学试剂对竹材进行分解和处理的方法，从中提取竹纤维的技术。该方法通过调整提取条件和使用合适的化学试剂，可以有目的性的去除竹材中的非纤维成分，如木质素和半纤维素，并提取出高纯度的竹纤维。同时，化学提取方法还可以控制竹纤维的长度和直径，以满足不同应用需求。

4、随着科学技术的进步和社会发展的需求，竹纤维化学提取的研究和开发成为了当前的热点领域，然而目前还没有成熟的化学制备方法，因此，存在通过深入研究竹纤维的化学结构、提取机理和反应条件等因素，进一步完善竹纤维的提取工艺，并推动竹纤维在更多领域的应用的技术需求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高强竹纤维化学制备方法及制品，作为竹纤维化学提取的新方法，通过优化反应条件和选择合适的化学试剂，实现高效、经济、环保的竹纤维提取，能够解决提取过程中破坏竹纤维结构以及木质素/半纤维素去除不充分问题，并为竹纤维在纺织、建筑、医疗和包装等领域的应用提供技术支持。

2、本发明的第一方面在于提供一种高强竹纤维化学制备方法，包括：

3、s1，对竹纤维制备原料进行预处理获得预处理竹纤维制备原料；

4、s2，将所述预处理竹纤维制备原料置于弱酸性或酸性化学溶液中，在第一设定温度范围内进行第一时长范围的化学疏解获得高强竹纤维粗料；

5、s3，对所述高强竹纤维粗料进行后处理获得成品高强竹纤维。

6、优选的，所述预处理包括：

7、s11，将所述竹纤维制备原料进行煮沸处理获得第一预处理原料产物，所述煮沸处理用于去除所述竹纤维制备原料中的水溶性有机物和空气；

8、s12，将所述第一预处理原料产物进行清洗获得所述预处理竹纤维制备原料。

9、优选的，所述弱酸性或酸性化学溶液包括过氧化氢化学溶液、甲酸化学溶液或浓硫酸化学溶液。

10、优选的，所述弱酸性或酸性化学溶液还包括40v/v％-70v/v％过氧甲酸溶液，所述过氧甲酸溶液为过氧化氢和甲酸溶液的混合溶液，所述混合溶液中加入浓硫酸作为催化剂，其中所述过氧化氢与所述甲酸溶液的摩尔质量比为0.8：1～1.2：1，体积比为2.5：1～3：1，所述浓硫酸的质量分数为0.5％-1.5％。

11、优选的，所述第一设定温度范围为42-60℃；所述第一时长范围为24-32h。

12、优选的，所述s3,对所述高强竹纤维粗料进行后处理获得成品高强竹纤维包括：

13、s31，将所述高强竹纤维粗料在第一质量浓度的氢氧化钠溶液中浸泡第二时长范围获得浸泡高强竹纤维粗料；

14、s32，用去离子水冲洗所述浸泡高强竹纤维粗料以去除化学物质获得第一后处理高强竹纤维粗料；

15、s33，在室温下干燥第三时长范围，直到水分含量低于水分含量阈值。

16、优选的，第一质量浓度为0.4wt％-0.6wt％。

17、优选的，第二时长范围为5-10min；第三时长范围为24-48h。

18、优选的，水分含量阈值为4wt％-6wt％。

19、本发明的第二方面在于一种高强竹纤维，采用第一方面的高强竹纤维化学制备方法制备。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

21、是一种低成本简单且可扩展的新型技术，采用特定的化学溶液去除细胞间的木质素，使大部分薄壁细胞从竹纤维束中脱落，同时去除薄壁细胞中的木质素，在几乎没有机械损伤情况下大规模提取所需长度的竹纤维，提取的竹纤维直径为0.1-0.25mm，长度能够达到400mm，最长可达竹节长度80％，其抗拉强度最高可达1600mpa，平均抗拉强度在1100mpa，远高于现有技术所提取的长竹纤维的抗拉强度(抗拉强度主要为300-600mpa左右，部分可达到600-800mpa，直径在0.2-0.5mm之间)；另一方面，对于强度较高的纤维素竹纤维，为纳米纤维微纤维，虽然其强度最高可达1500mpa，但其纤维长度仅为10-40mm，直径在几微米至数十微米。

技术特征：

1.一种高强竹纤维化学制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述一种高强竹纤维化学制备方法，其特征在于，所述预处理包括：

3.根据权利要求1所述一种高强竹纤维化学制备方法，其特征在于，所述弱酸性或酸性化学溶液包括过氧化氢化学溶液、甲酸化学溶液或浓硫酸化学溶液。

4.根据权利要求1所述一种高强竹纤维化学制备方法，其特征在于，所述弱酸性或酸性化学溶液还包括40v/v％-70v/v％过氧甲酸溶液，所述过氧甲酸溶液为过氧化氢和甲酸溶液的混合溶液，所述混合溶液中加入浓硫酸作为催化剂，其中所述过氧化氢与所述甲酸溶液的摩尔质量比为0.8：1～1.2：1，体积比为2.5：1～3：1，所述浓硫酸的质量分数为0.5％-1.5％。

5.根据权利要求1所述一种高强竹纤维化学制备方法，其特征在于，所述第一设定温度范围为42-60℃；所述第一时长范围为24-32h。

6.根据权利要求1所述一种高强竹纤维化学制备方法，其特征在于，所述s3,对所述高强竹纤维粗料进行后处理获得成品高强竹纤维包括：

7.根据权利要求6所述一种高强竹纤维化学制备方法，其特征在于，第一质量浓度为0.4wt％-0.6wt％。

8.根据权利要求6所述一种高强竹纤维化学制备方法，其特征在于，第二时长范围为5-10min；第三时长范围为24-48h。

9.根据权利要求6所述一种高强竹纤维化学制备方法，其特征在于，水分含量阈值为4wt％-6wt％。

10.一种高强竹纤维，采用权利要求1-9任一所述的高强竹纤维化学制备方法制备。

技术总结本发明公开一种高强竹纤维化学制备方法，包括：对竹纤维制备原料进行预处理获得预处理竹纤维制备原料；将预处理竹纤维制备原料置于弱酸性或酸性化学溶液中，在第一设定温度范围内进行第一时长范围的化学疏解获得高强竹纤维粗料；对高强竹纤维粗料进行后处理获得成品高强竹纤维。弱酸性或酸性化学溶液包括过氧化氢、甲酸或浓硫酸化学溶液；还包括过氧甲酸溶液，为过氧化氢和甲酸溶液的混合溶液，加入浓硫酸作为催化剂，过氧化氢与甲酸溶液的摩尔质量比为0.8：1～1.2：1，体积比为2.5：1～3：1，浓硫酸的质量分数为0.5％‑1.5％。还公开了对应制备方法的高强竹纤维，通过优化反应条件和合适化学试剂解决提取过程中破坏竹纤维结构及木质素/半纤维素去除不充分问题。技术研发人员：刘问,杨峰受保护的技术使用者：北京林业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27