以桉木为原料制备醋酸纤维的研究

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醋酸纤维用途广泛,所用原料为高纤维素含量的棉浆或高级针叶木浆粕,而目前木浆粕仍需进口。研究开发木浆粕,己成为我国醋酸纤维行业能否实现可持续性发展的关键问题,桉木作为一种重要的速生阔叶材种,如能用于生产纯度高的醋酸纤维浆粕,对我国醋酸纤维工业具有重要的意义。论文以尾叶桉为原料,研究了制浆、漂白、木聚糖酶处理和碱精制工艺,得到了满足醋酸纤维要求的浆粕,再进行活化、醋酸化、水解等处理,并对其反应机理进行了探讨。实验的主要结果如下:(1)桉木浆粕采用KP+AQ法制得,条件为:用碱量17%(Na2O计),硫化度16%,AQ 0.05%,液比1:4,空转30 min,升温90 min至130℃;再次升温90 min至170℃,保温60 min。(2)为了得到高白度浆粕,又不造成环境污染,对D1ED2常规漂白条件进行了探讨,D1段用氯量必须控制在3.6%以内;碱处理的条件需要强烈些,以去除半纤维素,提高浆粕的α-纤维素含量和平均平均聚合度。但是想要通过提高用碱量来大幅提高α-纤维素含量是不可行的。桉木制醋酸纤维浆粕的漂白条件为:D1段用氯量3.6%,70℃,90 min,浆浓10%,pH 3.5;E段NaOH 2.0%,75℃,60 min,浆浓10%;D2段用氯量0.9%,70℃,90 min,浆浓10%,pH 3.5;P段NaOH用量与H2O2用量一致为2.5%,70℃,90 min,浆浓10%。(3)木聚糖酶处理最佳条件为:酶用量120 IU/g,60℃,时间2h,浆浓3%,pH6.0;碱精制中,NaOH除了可以去掉部分半纤维素,而且可以溶解掉部分短链纤维素,当碱浓度为4%时,平均聚合度增至1163,白度增至90.0%,α-纤维索含量为96.78%,达到了醋酸纤维浆粕国际标准。(4)对木聚糖酶处理前后的浆粕进行红外扫描。发色基团和助色基团如C=O伸展振动(1058cm-1)、木素-烷基醚基C-O-C伸展振动(1164cm-1)、芳基-烷基醚键(1240cm-1)、木素羰基伸展振动C=O(1637cm-1)、木素芳环振动(1430 cm-1)处的吸收峰在木聚糖酶处理后,强度有所减弱,这或许是木聚糖酶处理后浆粕白度提高的原因。(5)桉木浆粕最佳活化条件:活化时间为3.0 h、活化温度50℃,醋酸用量为500%;醋酸化最佳条件为:醋酸酐用量400%,催化剂硫酸用量7.5%,温度60℃,时间2h;水解最佳条件为:醋酸含量为80%,水解温度为60℃,制得醋酸纤维取代度为2.51。(6)对活化后的浆粕进行X-射线衍射扫描,并结合红外图谱。活化处理仅仅是一个物理溶胀的过程,确实改变了纤维素的结晶结构,使得可及区增加,有更多的羟基为醋酸化剂可及,有利于醋酸化反应的进行,用醋酸对浆粕的活化处理,为醋酸化做足准备,其他并无明显化学反应发生。(7)对醋酸纤维红外扫描。1752cm-1为C=O的伸缩振动,3348 cm-1为-OH伸缩振动,其强度明显减弱,说明浆粕醋酸化产物的主要成分是醋酸纤维;对醋酸纤维进行X-射线衍射扫描,醋酸化使纤维素氢键作用减弱,同时醋酸基的引入使纤维素结晶结构受到一定程度的破坏,从而导致纤维素结晶度的降低。
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