一种莱赛尔纤维用溶解浆的制备方法

本发明属于人造纤维浆粕精制，具体涉及一种莱赛尔纤维用溶解浆及其制备方法。

背景技术：

1、莱赛尔纤维是在寻找粘胶纤维的替代溶剂过程中发展起来的，莱赛尔纤维生产过程是纯物理过程，无毒无污染，所用的nmmo(n-甲基吗啉水溶液)溶剂可以回收利用，被誉为21世纪的“绿色纤维”。莱赛尔纤维对溶解浆的要求很高，对α-纤维素含量、金属离子含量、聚戊糖含量、白度和特性粘度有更高的要求。

2、传统的制备溶解浆的方法往往以木、竹等为原料，采用酸性亚硫酸盐法、预水解硫酸盐法，对原料进行蒸煮、漂白后制得。但传统制备溶解浆的工艺流程长、工艺复杂、得率低。

3、部分研究者以化学浆为原料，通过对化学浆进一步处理和调控，将其升级为溶解浆，这已成为了溶解浆制备的一种新方法。例如，公开号为cn115094660a的专利通过碱抽提、酶处理以及酸处理等方法，完成了纸浆的纯化升级。

4、利用化学浆制备莱赛尔纤维的过程可以看作是氢键断裂和重构的物理过程，在纺丝过程中，浆粕中所有的组分都进入到纺丝液中，但在莱赛尔纤维纺丝溶液制备过程中，浆粕中的纤维素和半纤维素可以同时溶解在nmmo/h2o溶液中，又在纤维成形过程中同时凝固析出。但是半纤维素的存在将会导致纺丝溶液黏度增加、浆粕浸渍不充分、产品强度性能下降和溶剂回收负荷大等问题，此外浆粕中的金属离子也会与nmmo发生氧化还原反应产生n-甲基吗啉基，加速纤维素中羟基的断裂，进而引起纤维素的降解，使纤维素聚合度下降，同时，金属离子是nmmo均裂反应的有效诱导剂，会加速nmmo的分解，导致纺丝液的黏度下降，可纺性变差，若金属离子含量过多，纺丝液就会加速分解释放大量的热，若失控将会引起爆炸，因此化学浆浆粕的组分分离以及金属离子含量的控制成为制备莱赛尔纤维用溶解浆的关键。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种全新的莱赛尔纤维用溶解浆的制备方法。本发明提供的制备方法是一种绿色且溶剂可回收循环使用的方法，所制备的浆粕金属离子含量低、α-纤维素含量高、半纤维素含量低以及纸浆得率高。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种莱赛尔纤维用溶解浆的制备方法，包括以下步骤：

4、将漂白化学浆与酸性溶液混合，进行酸处理，得到酸处理浆料；

5、将所述酸处理浆料与螯合剂混合，进行螯合处理，去除形成的金属螯合物，得到低金属含量的浆粕；

6、将所述低金属含量的浆粕依次进行机械磨浆和半纤维素酶处理，得到改性浆粕；

7、将所述改性浆粕、nmmo溶液和抗氧化剂混合，进行纯化，所述纯化过程中改性浆粕中的半纤维素溶解到nmmo溶液中，固液分离，得到所述莱赛尔纤维用溶解浆；所述nmmo溶液的质量浓度为60～80％。

8、优选的，所述酸处理的温度为10～50℃，时间为10～90min。

9、优选的，所述酸处理的ph值为1～5。

10、优选的，所述螯合处理的温度为25～50℃，时间为10～60min。

11、优选的，所述机械磨浆的磨浆转数为4000～14000r，所述机械磨浆后浆粕的打浆度为13～81°sr。

12、优选的，所述半纤维素酶包括木聚糖酶和/或甘露聚糖酶。

13、优选的，所述半纤维素酶处理的温度为30～60℃，时间为10～120min，体系ph值为5～8。

14、优选的，所述改性浆粕的质量为所述改性浆粕、nmmo溶液和抗氧化剂总质量的2～15％。

15、优选的，所述抗氧化剂的质量为所述改性浆粕、nmmo溶液和抗氧化剂总质量的0.04～0.1％。

16、优选的，所述纯化的时间为20～120min，温度为80～110℃。

17、优选的，完成所述固液分离后，还包括用温度为80～110℃的nmmo溶液对所得固体进行洗涤。

18、本发明提供了一种莱赛尔纤维用溶解浆的制备方法，包括以下步骤：将漂白化学浆与酸性溶液混合，进行酸处理，得到酸处理浆料；将所述酸处理浆料与螯合剂混合，进行螯合处理，去除形成的金属螯合物，得到低金属含量的浆粕；将所述低金属含量的浆粕依次进行机械磨浆和半纤维素酶处理，得到改性浆粕；将所述改性浆粕、nmmo溶液和抗氧化剂混合，进行纯化，所述纯化过程中改性浆粕中的半纤维素溶解到nmmo溶液中，固液分离，得到所述莱赛尔纤维用溶解浆；所述nmmo溶液的质量浓度为60～80％。

19、本发明以普通漂白化学浆为原料，依次采用酸性溶液和螯合剂对所述漂白化学浆进行处理，能够有效去除金属离子(fe离子、cu离子、ca离子和mg离子)；采用机械磨浆和半纤维素酶处理对所述浆粕进行预处理得到改性浆粕；采用nmmo溶液对所述改性浆粕进行处理，能够去除改性浆粕中的半纤维素，使得纤维素与半纤维素分离。

20、本发明提供的制备方法是一种绿色且溶剂可回收循环使用的方法，所制备的浆粕金属离子含量低、α-纤维素含量高、半纤维素含量低以及纸浆得率高。实施例结果表明，本发明制备得到的莱赛尔纤维用溶解浆中α-纤维素质量百分含量为96％、半纤维素质量百分含量＜3.4％、fe离子含量为2.58ppm、cu离子含量为0.033ppm、ca离子含量为16.36ppm、mg离子含量为12.05ppm、白度为94％，满足了对α-纤维素含量、半纤维素含量、金属离子含量、白度的要求(一般要求为α-纤维素含量≥95％、半纤维素含量≤4％、金属离子含量fe≤4ppm、cu≤0.05ppm、mg≤15ppm、ca≤20ppm、白度≥92％)。

21、化学浆中纤维素的分子量大、结晶度高，半纤维素分子量小、无结晶度，由于两者分子量和结晶度的差异，其在nmmo溶液中的溶解顺序和速率有较大差异，本发明利用上述差异，创新性地提出采用质量浓度为60～80％的nmmo稀溶液对化学浆进行处理，通过对各条件参数的(nmmo浓度和体系温度)控制，使半纤维素优先于纤维素溶解于nmmo溶液，经分离后达到半纤维素脱除的目的。

22、此外，本发明采用机械磨浆和半纤维素酶处理对化学浆进行预处理，对化学浆纤维的比表面积、可及度进行调控，促进了nmmo溶液的渗透，有效提升了nmmo溶液对半纤维素的脱除效果，整个过程中，纤维素的分子结构、晶型均没有发生任何变化，纸浆得率高、半纤维素脱除的选择性高。

23、nmmo是莱赛尔纤维生产过程中的重要溶剂，其回收率超过了99％。nmmo的回收过程是将凝固浴中浓度较低的nmmo溶液经过真空浓缩变为高浓度nmmo而进一步使用，这个过程中产生了大量nmmo溶液。在本发明中，nmmo溶液是化学浆组分分离的关键溶剂，该溶剂是莱赛尔纤维生产过程中本就大量存在的，完全可以就地使用。因此，本发明所采用的主要溶剂nmmo与现有的莱赛尔纤维生产过程所用溶剂相同，可以与现有的莱赛尔纤维生产过程进行有效结合，具备产业化和规模化的应用前景。

技术特征：

1.一种莱赛尔纤维用溶解浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸处理的温度为10～50℃，时间为10～90min。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述酸处理的ph值为1～5。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述螯合处理的温度为25～50℃，时间为10～60min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述机械磨浆的磨浆转数为4000～14000r，所述机械磨浆后浆粕的打浆度为13～81°sr。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述半纤维素酶包括木聚糖酶和/或甘露聚糖酶。

7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述半纤维素酶处理的温度为30～60℃，时间为10～120min，体系ph值为5～8。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性浆粕的质量为所述改性浆粕、nmmo溶液和抗氧化剂总质量的2～15％。

9.根据权利要求1或8所述的制备方法，其特征在于，所述纯化的时间为20～120min，温度为80～110℃。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，完成所述固液分离后，还包括用温度为80～110℃的nmmo溶液对所得固体进行洗涤。

技术总结本发明提供了一种莱赛尔纤维用溶解浆的制备方法，属于人造纤维浆粕精制技术领域。本发明以普通漂白化学浆为原料，依次采用酸性溶液和螯合剂对所述漂白化学浆进行处理，能够有效去除金属离子；采用机械磨浆和半纤维素酶处理对所述浆粕进行预处理得到改性浆粕；采用NMMO溶液对所述改性浆粕进行处理，能够去除改性浆粕中的半纤维素。本发明提供的制备方法是一种绿色且溶剂可回收循环使用的方法，所制备的浆粕金属离子含量低、α‑纤维素含量高、半纤维素含量低以及纸浆得率高。本发明所采用的主要溶剂NMMO与现有的莱赛尔纤维生产过程所用溶剂相同，可以与现有工艺路线进行有效结合，具备产业化和规模化的应用前景。技术研发人员：程博闻,杨硕,孔令美,陈佩斯受保护的技术使用者：天津科技大学技术研发日：技术公布日：2024/4/29