（制浆造纸工程专业论文）竹浆粕制浆工艺及其机理的研究.pdf

s o r tn u m b e r ：t s 714 3l s e c r e tg r a d e ： u n i tc o r d ：1 0 3 8 9 s t u d e n tn u m b e r ：( s ) 1 0 7 4 5 0 1 m a s t e r d e g r e et h e s i so ff u j i a na g r i c u l t u r ea n df o r e s t r y s t u d y o n p u l p i n gt e c h n o l o g y a n d m e c h a n i s mo fb a m b o o s u b j u c tc a t e g o r y ：e n g i n e e r i n g d i s c i p l i n e ：t h el i g h ti n d u s t r yt e c h n o l o g ya n de n g i n e e r i n g s p e c i a l t y ：p u l pa n dp a p e re n g i n e e r i n g r e s e a r c ha r e a ：p u l p i n gc h e m i s t r ye n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：y a n x i ，c h e n s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl i h u i ，c h e n s u b m i t t e dt i m e ：a p r i l ，2 010 本人 立完成的 谢中已作 与我一同 意，如被 学位c 蚴论文储亲笔繇份獬啸卵石形 论文使用授权的说明 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即学 校有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密，在 年后解密可适用本授权书。口 不保密，本论文属于不保密。口 一躲p 峰 指导教师亲笔签名： 阢，比肜 日期：弦9 。历肜 日期：加f 矿莎、，莎 福建农林大学2 0 1 0 届硕士毕业论文 摘要 目录 - 1 1 1 1 a b s t r a c t 1 绪论 1 1 研究背景 1 1 1 纺织纤维的发展及存在问题 1 1 2 发展竹纤维的优势 1 1 3 竹纤维的生产方法及存在问题 1 1 4 竹浆粕的生产技术 1 2 研究意义与目的 1 2 1 研究意义 1 2 2 研究目的 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国内研究现状 1 3 2 国外研究现状 1 4 本研究课题的来源及主要内容 1 4 1 本研究课题的来源 1 4 2 本研究课题的主要内容 2 竹材纤维形态及化学成分分析 2 1 引言 2 1 1 竹材的纤维形态 2 1 2 竹材的化学成分对竹浆粕的影响 2 2 原料与实验方法 2 2 1 原料 2 2 2 实验方法 2 2 3 实验仪器及主要药品 2 3 结果与讨论 2 3 1 纤维形态观察 1 l l 3 4 6 7 7 9 0 0 0 2 2 3 4 4 4 5 5 5 6 7 7 7 一 o o o 一 “ o o 胡 m m m 他 挖 b h m m 埒 巧 坫 m 福建农林大学2 0 1 0 届硕士毕业论文 2 3 2 竹材化学成分分析 2 4 本章小结 3 竹材预水解工艺的研究 3 1 原料与实验方法 3 1 1 原料 3 1 2 实验方法 3 2 结果与讨论 3 2 1 毛竹预水解工艺研究 3 2 2 绿竹预水解工艺研究 3 2 3 麻竹预水解工艺研究 3 3 本章小结 4 竹材硫酸盐蒸煮工艺的研究 4 1 原料与实验方法 4 1 1 原料 4 1 2 实验方法 4 2 结果与讨论 型的建立 析 i i 8 9 1 1 1 1 2 2 7 2 6 7 7 7 8 8 8 9 7 6 为 为 为 为 汀 一 一 2 弓 q 体 侈 殂 扒 扒 扒 挖 勉 卯 勉 弘 卯 ” ” 勰 粥 勰 鹌 卯 酷 配 酯 酌 配 卯 卯 酊 记 乃 m 福建农林大学2 0 1 0 届硕士毕业论文 6 竹材蒸煮机理的研究 6 1 引言 6 2 原料与实验方法 6 2 1 原料 6 2 2 实验方法 6 3 结果与讨论 6 3 1 竹材硫酸盐蒸煮动力学研究 6 3 2x 射线衍射分析 6 4 本章小结 7 总结 7 1 本论文的主要结论 7 2 本研究的特色与创新之处 7 3 展望 参考文献 致谢 i i i 9 0 8 8 8 9 9 9 3 5 6 6 7 7 8 o 弼 鸺 馏 弛 为 为 侈 昭 跖 跖 跖 盯 盯 鼹 知 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 竹浆粕制浆工艺及其机理的研究 捅要 竹纤维是一种绿色环保纤维，具有天然的抗菌性以及良好的服用性。以竹纤维为原料 进行新型纺织纤维开发，不仅开辟了纤维素纤维生产的新途径，对解决我国天然纤维的短 缺问题，提高纺织纤维生产技术水平及产品质量亦具有重要意义。论文以福建省资源丰富 的毛竹、绿竹和麻竹为原料，研究竹材的预水解和蒸煮工艺，优化预水解及预水解蒸煮工 艺；探索竹材预水解机理和蒸煮机理，以期为发展竹纤维产业提供理论依据和技术支持。 毛竹、绿竹和麻竹的纤维长度平均分别为2 2 3 m m 、2 1 9 m m 和1 8 6 m m 。绿竹、麻竹、 毛竹的纤维素含量分别为4 9 6 0 、4 6 6 1 、3 9 8 0 。毛竹、绿竹、麻竹的酸不溶木素含 量分别为3 0 5 2 、2 3 1 2 、2 0 3 2 。毛竹、麻竹、绿竹的聚戊糖含量分别为2 1 3 2 、1 9 7 8 、 1 7 4 5 。毛竹、绿竹和麻竹的纤维长度较长，纤维素含量均较高，均可作为制取竹浆粕的 原料。比较三种竹材在抽出物含量、酸不溶木素和聚戊糖含量上的差异，绿竹的纤维素最 高，聚戊糖含量最低，木质素含量最低，综合各种因素，在绿竹、麻竹、毛竹三种竹材当 中，绿竹是制取竹浆粕的最好竹材。 对毛竹、绿竹和麻竹三种竹子进行预水解实验，优化预水解工艺。研究表明，毛竹最 佳预水解工艺为：液比l ：4 ，升温速度7 l o m i n ，保温时间9 0 m i n ，保温温度1 7 0 ；在 此工艺条件下可得到得率7 5 4 4 ，聚戊糖含量11 0 2 ，纤维素含量5 3 4 6 的竹片。绿竹 最佳预水解工艺为：液比l ：3 ，升温速度5 l o m i n ，保温时间6 0 m i n ，保温温度1 7 0 ； 在此工艺条件下可得到得率7 9 6 2 ，聚戊糖含量8 9 5 ，纤维素含量6 0 3 0 的竹片。麻 竹最佳预水解工艺为：液比1 ：3 ，升温速度7 c l o m i n ，保温时间9 0 m i n ，保温温度1 7 0 。 在此工艺条件下可得到得率8 2 8 7 ，聚戊糖含量1 0 2 1 ，纤维素含量5 6 9 4 的竹片。 预水解之后，进行了毛竹、绿竹和麻竹硫酸盐法蒸煮实验，优化了硫酸盐法蒸煮工艺。 毛竹最佳蒸煮工艺为：用碱量2 3 ，硫化度2 3 ，液比1 ：4 ，升温速度7 c l o m i n ，保温 时间1 2 0 m i n ，保温温度1 7 0 ；在此工艺条件下可得到得率2 5 4 0 ，k a p p a 值6 2 4 ，聚戊 糖含量5 0 4 ，灰分0 2 5 ，a 一纤维素9 2 4 5 ，粘度1 6 5 7m p a s 的浆料。绿竹最佳蒸煮工 艺为：用碱量2 3 ，硫化度2 6 ，液比1 ：4 ，升温速度7 l o m i n ，保温时间9 0 m i n ，保 温温度17 0 c ；在此工艺条件下可得到得率3 2 8 2 ，k a p p a 值5 5 3 ，聚戊糖含量4 3 5 ， 灰分0 5 8 ，a 纤维素9 3 2 7 ，粘度1 7 4 5 m p a s 的浆料。麻竹最佳蒸煮工艺为：用碱量2 3 ， 硫化度2 6 ，液比l ：3 ，升温速度7 。c l o m i n ，保温时间9 0 m i n ，保温温度1 7 0 ；在此工 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 艺条件下可得到蒸煮得率2 9 6 3 ，k a p p a 值6 5 5 ，聚戊糖含量5 4 7 ，灰分0 9 7 ，q 一纤 维素9 1 4 2 ，粘度2 5 6 3 r n p a s 的浆。 研究了绿竹预水解以及硫酸盐法蒸煮的机理。建立了绿竹预水解动力学反应模型，研 究表明，绿竹预水解过程中，聚戊糖的溶出为一级反应。保温温度为1 5 0 。c 、1 6 0 。c 、1 7 0 c 、 1 8 0 时，反应速率常数k 值分别为0 0 0 4 1 l h - 1 ，0 0 0 4 9 5 h ，0 0 0 7 3 0 h ，0 0 0 9 2 5 h 。s e m 结果显示，预水解可使竹材的结构变得松散，细胞壁中半纤维素溶出为蒸煮液的渗透创造 了有利条件。x 射线衍射实验结果表明，预水解提高了绿竹的结晶度，说明预水解过程中 v ， 半纤维素的溶出使竹片中的纤维素含量提高。建立了硫酸盐法脱木素过程的动力学模型， 研究结果表明，绿竹蒸煮过程中，木素的脱除反应为二级反应。保温温度为l1 0 c 、1 3 0 、 1 5 0 、1 7 0 ( 2 时，反应速率常数k 分别为2 3 3 x1 0 4 ，3 1 4 x 1 0 4 ，4 5 6 x 1 0 4 ，6 9 8 x 1 0 4 ，根 据阿累尼乌斯公式得到绿竹硫酸盐法蒸煮的总活化能为2 5 7 7k j m o l 。x 射线衍射实验结果 表明，硫酸盐法蒸煮提高了浆料的结晶度，说明随着半纤维素的继续脱除，浆料的纤维素 含量会进一步提高。 关键词：竹材、竹浆粕、预水解、硫酸盐法制浆、动力学 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 s t u d yo np u l p i n gt e c h n o l o g ya n dm e c h a n i s mo fb a m b o o a b s t r a c t b a m b o of i b e ri sag r e e n , e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i v ef i b e r , w h i c hh a sn a t u r a la n t i b a c t e r i a la n d c o m f o r tp r o p e r t i e s d e v e l o p i n gn e wt e x t i l ef a b r i c sp r e p a r e db yb a m b o of i b e rc o u l dn o to n l y o p e nu pn e ww a yf o rp r o d u c i n gc e l l u l o s i cf i b e r , b u ta l s os h o wg r e a ti m p o r t a n c ei ns o l v i n gt h e s h o r t a g ep r o b l e mo fn a t u l a lf i b e ra n di m p r o v i n gt h ep r o d u c t i v el e v e lo ff i b e r i nt h i sp a p e r , b o t h h y d r o l y s i sa n dh y d r o l y s i s k r a f tp u l p i n gp r o c e s sw a ss t u d i e db yu s i n gp h y l l o s t a c h y sh e t e r o c y c l a c vp u b e s c e n s ，d e n d r o c a l a m o p s i so l d h a m ia n dd e n d r o c a l a m u sl a t i f l o r u s ，w h i c ho c c u r e dw i d e l y i nf u j i a np r o v i n c e i na d d i t i o n ，t h em e c h a n i s mo fp r e - h y d r o l y s i sa n dp r e h y d r o l y s i sk r a f t p u l p i n gw a ss t u d i e d ，e x p e c t i n gt op r o v i d et h e o r yb a s i sa n dt e c h n i q u es u p p o r tf o rd e v e l o p i n gt h e b a m b o of i b e ri n d u s t r y t h ea v e r a g ef i b e rl e n g t ho fp h y l l o s t a c h y sh e t e r o c y c l a 卯p u b e s c e n s ，d e n d r o c a l a m o p s i s o l d h a m i ，d e n d r o c a l a m u sl a t i f l o r u sw e r e2 2 3 m m ，2 19 m ma n d1 8 6 m mr e s p e c t i v e l y , c e l l u l o s e c o n t e n to ft h e mw e r e4 9 6 0 ，4 6 61 ，3 9 8 0 ，a c i di n s o l u b l el i g r l h lc o n t e n to ft h e mw e r e 3 0 5 2 ，2 3 1 2 ，2 0 3 2 a n dp e n t o s a nc o n t e n to f t h eb a m b o o sw e r e2 1 3 2 ，1 9 7 8 ，1 7 4 5 r e s p e c t i v e l y t h eb a m b o o sh a v el o n g e rf i b e rl e n g t h ，h i g h e rc e l l u l o s ec o n t e n ta n dc a nb ea l l t a k e na sl a wm a t e r i a l so fb a m b o op u l p c o m p a r i s o nd i f f e r e n c e so ft h et h r e ek i n d so fb a m b o o s i n t h ee x t r a c t i v ec o n t e n t , a c i di n s o l u b l e l i g n ma n dp e n t o s a nc o n t e n t , d e n d r o c a l a m o p s i s o l d h a m ih a st h eh i g h e s tc e l l u l o s ec o n t e n t , t h el o w e s tc o n t e n to fp e n t o s a na n dl i g n i n w i t ha l l f a c t o r sc o n s i d e r e d , d e n d r o c a l a m o p s i so l d h a m ii st h eb e s tm a t e r i a lt ot a k et h eb a m b o op u l p b e t w e e n p h y l l o s t a c h y sh e t e r o c y c l a 删p u b e s c e n s ，d e n d r o c a l a m o p s i s o l d h a m ia n d d e n d r o c a l a m u sl a t i f l o r u s p r e - h y d r o l y s i se x p e r i m e n t s o ft h r e eb a m b o o sw e r ec a r r i e do u tt o o p t i m i z e t h e p r e h y d r o l y s i sp r o c e s s t h eo p t i m a lh y d r o l y s i sc o n d i t i o n so fp h y l l o s t a c h y sh e t e r o c y c l ac v p u b e s c e n sw e r ea sf o l l o w e d ：l i q u o rr a t i o1 ：4 ，h e a t i n gr a t e7 c 10 m i n , h o l d i n gt i m e9 0 m i n , h o l d i n gt e m p e r a t u r e17 0 。c ，a sar e s u l t ，t h eh y d r o l y s i sp r o d u c t 谢n ly i e l do f7 3 6 2 ，p e n t o s a n c o n t e n to f11 0 2 ，c e l l u l o s ec o n t e n to f5 3 4 6 w a so b t a i n e d t h eo p t i m u mh y d r o l y s i s c o n d i t i o n so fd e n d r o c a l a m o p s i so l d h a m iw e r e ：l i q u o rr a t i o1 ：3 ，h e a t i n gr a t e7 * c 10 m i n ，h o l d i n g 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 t i m e9 0 r a i n , h o l d i n gt e m p e r a t u r e17 0 c ，s u b s e q u e n t l y ，t h eh y d r o l y s i sp r o d u c t 谢my i e l do f 7 3 6 2 ，p e n t o s a nc o n t e n to f11 0 2 ，c e l l u l o s ec o n t e n to f5 3 4 6 w a so b t a i n e d t h eo p t i m a l h y d r o l y s i sc o n d i t i o n so fd e n d r o c a l a m u sl a t i f l o r u sw e r e ：l i q u o rr a t i o1 ：4 ，h e m i n gr a t e7 。c 10 m i n , h o l d i n gt i m e9 0 r a i n ，h o l d i n gt e m p e r a t u r e17 0 。c ，f i n a l l y , t h eh y d r o l y s i sp r o d u c t 谢t l ly i e l do f 8 2 8 7 ，p e n t o s a nc o n t e n to f1 0 2 1 ，c e l l u l o s ec o n t e n to f5 6 9 4 w a so b t a i n e d k r a f tp u l p i n go fp r e h y d r o l y s i sb a m b o o sw a sc o n d u c t e d t h eo p t i m a lk r a f tp u l p i n g p r o c e s s e so fp h y l l o s t a c h y sh e t e r o c y c l a 删p u b e s c e n sw e r e ：a l k a l ic h a r g e2 3 ，s u l f i d i t y2 3 ， l i q u o r1 ：4 ，h e a t i n gr a t e7 。c 1 0 m i n , h o l d i n gt e m p e r a t u r e1 2 0 m i n ，h o l d i n gt e m p e r e a t u r e1 7 0 c ，a s ar e s u l lt h ep u l p 埘my i e l do f2 5 4 0 ，k a p p an u m b e ro f6 2 4 ，p e n t o s a nc o n t e no f5 0 4 ，a s h c o n t e n to f0 2 5 ，a - c e l l u l o s ec o n t e n to f9 2 4 5 a n dv i s c o s i t yo f16 5 7r n p a sw a so b t a i n e d t h e o p t i m u mk r a f tp u l p i n gc o n d i t i o n so fd e n d r o c a l a m o p s i so l d h a m iw e r e a l k a l ic h a r g e2 3 ， s u l f i d i t y2 6 ，l i q u o r1 ：4 ，h e a t i n gr a t e7 。c 1 0 m i n , h o l d i n gt e m p e r a t u r e9 0 m i n , h o l d i n g t e m p e r e a t u r e1 7 0 c ，s u b s e q u e n t l y , t h ep u l pw i t hy i e l do f3 8 8 2 ，k a p p an u m b e ro f5 5 3 ， p e n t o s a nc o n t e no f4 3 5 ，a s hc o n t e n to fo 5 8 ，a - c e l l u l o s ec o n t e n to f9 3 2 7 a n dv i s c o s i t yo f 17 4 5m p a sw a sp r o d u c e d t h eo p t i m u mk r a f tp u l p i n gc o n d i t i o n so fd e n d r o c a l a m u sl a t i f l o r u s w e r e ：a l k a l ic h a r g e2 3 ，s u l f i d i t y2 6 ，l i q u o r1 ：3 ，h e a t i n gr a t e7 c 10 m i n ，h o l d i n gt e m p e r a t u r e 9 0 r a i n , h o l d i n gt e m p e r e a t u r e17 0 c ，s u b s e q u e n t l y , t h ep u l pw i t hy i e l do f2 9 6 3 ，k a p p an u m b e r o f6 5 5 ，p e n t o s a nc o n t e no f5 4 7 ，a s hc o n t e n to f0 9 7 ，a - c e l l u l o s ec o n t e n to f9 1 4 2 a n d v i s c o s i 够o f2 5 6 3m p a sw a sp r o d u c e d t h em e c h a n i s mo fp r e - h y d r o l y s i sa n dk r a f tp u l p i n go fd e n d r o c a l a m o p s i so l d h a m iw a s s t u d i e d k i n e t i cm o d e lo fp r e h y d r o l y s i sw a se s t a b l i s h e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ，p e n t o s a n d i s s o l v i n go u tf r o mt h eb a m b o od u r i n gh y d r o l y s i sp r o c e s sw a saf i r s to r d e rr e a c t i o n w h e nt h e h o l d i n gt e m p e r a t u r ew a s1 5 0 。c ，1 6 0 c ，1 7 0 c ，1 8 0 c ，r e a c t i o nr a t ec o n s t a n t sw a s0 0 0 4 1l h 一， 0 0 0 4 9 5 h - 1 ，0 0 0 7 3 0 h 1 ，0 0 0 9 2 5 h lr e s p e c t i v e l y a c t i v a t i o ne n e r g yw a s4 4 9 4l o m o lb y c a l c u l a t i o nb a s e do nt h ea r r h e n i u se m p i r i ce q u a t i o n s e mr e s u l t sr e v e a l e dm 她a f t e r p r e h y d r o l y s i sp r o c e s s ，b a m b o o s t r u c t u r et u r n e d l o o s e l yb e c a m eo fd i s s o l v i n g o u to f h e m i c e l l u l o s e ，w h i c hc r e a t e daf a v o r a b l ee n v i r o n m e n tf o rc o o k i n gl i q u o rt op e n e t r a t e k i n e t i c m o d e lo fk r a f tp u l p i n gw a se s t a b l i s h e d ，l i g n i nr e m o v i n gr e a c t i o nb e l o n g e dt ot w o - o r d e rr e a c t i o n w h e nt h eh o l d i n gt e m p e r a t u r ew a s l l 0 c ，1 3 0 * c ，1 5 0 。c ，1 7 0 。c ，r e a c t i o nr a t ec o n s t a n tw a s 2 3 3 x 1 0 - 4 ，3 1 4 x 1 0 4 ，4 5 6 x 1 0 4 ，6 9 8 x 1 0 4 r e s p e c t i v e l y a c t i v a t i o ne n e r g yw a s2 5 7 7k j t o o lb y c a l c u l a t i o nb a s e do nt h ea r r h e n i u se m p i r i ce q u a t i o n x - r a yd i f f r a c t i o na n a l y s i sr e s u l ts h o w e d 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 t h a t ，a f t e rk r a f tp u l p i n gp r o c e s s ，d e g r e eo fc r y s t a lo fb a m b o op u l pw a si n c r e a s e db e c a u s eo f i n c r e m e n to fc e l l u l o s ec o n t e n t k e yw o r d s ：b a m b o o ，b a m b o op u l p ，p r o h y d r o l y s i s ，k r 硪p u l p i n g ，k i n e t i c s v 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 1 绪论 1 1 研究背景 当今的中国在纺织纤维发展方面，已成为全世界纺织纤维的生产大国。迈入2 1 世纪 后，资源短缺，环境污染等一系列威胁着人类生存和发展的问题越来越引起人们的关注。 保护环境，减少污染，实施可持续发展战略是当今世界共同的发展大计。因此，研究和生 产绿色环保新材料是本世纪的重点发展科技，对于纺织新材料来说，主要集中在绿色环保 纤维的开发和研究上。由于合成纤维是以储量有限的不可再生资源( 如煤、石油等) 为主要 原料的，大量开采并不利于可持续发展，因此以纤维素等可再生资源为原料、同时又不构 成严重环境污染的人造纤维就受到了人们更多的关注。 福建省竹资源丰富，为纺织工业提供了丰富的原料。对于生产再生竹纤维所需要的竹 浆粕，其生产过程一般是：竹子一竹片_ 制竹浆糖一精制竹浆粕。在从竹片到制成竹浆粕 的过程中，不同的制浆方法对浆粕的质量影响较大。纺织原料对纤维素含量要求较高，然 而原竹纤维所含的纤维素含量比棉、麻纺织原料等低，木质素、半纤维素、热水、冷水、 n a o h 抽出物高。竹材制备成竹浆粕的过程中，关键在于去除木质素和半纤维素等杂质。 研究合适的制浆方法和制浆工艺制备出含纤维素含量高的竹浆粕，是生产再生竹纤维的关 键过程。 1 1 1 纺织纤维的发展及存在问题 ( 1 ) 纺织纤维发展历史 纺织纤维是纺织工业籁以生存和发展的基础原材料。随着人类社会生产力的发展和科 学技术的进步，世界纺织纤维也经历了多次结构性的变迁。从历史记载来看，在十八世纪 初叶，人们还是以丝麻为衣着的主要来源。经过一百年后，棉花逐渐登上历史舞台。由 于棉花适宜于集中种植，单位产量高，服用性能好，再加上棉纺织加工技术的发展，使棉 花生产登上了世界纺织纤维的主导地位，直至本世纪五十年代，棉花及棉纺织工业一直处 在世界纺织工业的中心地位。蚕丝、羊毛虽然历史也很悠久，但是由于养殖条件和地域环 境上的种种限制，产量一直处于徽弱地位，只能当作一种珍贵纺织原料而存在。二次大战 结束以后，以粘胶纤维为主体的纤维素纤维和以涤纶、腈纶为主合成纤维开始进入工业化 大生产。化学纤维的诞生和发展是世界纺织工业史上的一次伟大革命，它正在改变着纺织 工业的整个面貌。它从使用性能上可以依靠人们的智慧和力量刨造出具备前所未有的特殊 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 功能纤维，使之成为工业、农业、交通运输、医学卫生和许多高科技领域中的基本原材料， 把纺织工业由原来的单纯加工业发展成为“原材料工业+ 加工工业”的复合型产业的地位。 纺织工业“十一五”发展纲要指出：“原料对外依存度加大增加纺织工业市场风险”。 我国纺织工业的快速发展对纺织原料的需求逐年增长。受土地和石油资源的限制，棉花与 化纤原料的对外依存度将进一步加大。2 0 0 5 年度，我国棉花总需求量为9 4 0 万吨，进口依 存度为4 0 。2 0 1 0 年我国棉花用量超过1 0 0 0 万吨，同期国内棉花资源可供量只有6 5 0 万 吨左右，由于近年来国际棉花贸易量每年保持在8 0 0 9 0 0 万吨，棉花供应不求的矛盾会更 加突出，市场风险加大i l j 。 在粘胶纤维生产方面，不断采用新材料和新工艺，开发低成本、高附加值的多功能纤 维已经成为粘胶纤维生产企业目前的着眼点。国际服装业的发展对服装面料、款式、功能 不断提出新的要求，使得纺织原料业必须不断开发、创新才能适应市场的需要。另外就粘 胶纤维业来讲，使用的原料主要是棉浆、木浆，而我国由于存在粮棉争地及森林覆盖率较 低的原因，将会使粘胶纤维生产的原料供应越来越紧张，成本越来越高。因此，新的原料 开发已迫在眉睫，竹浆粘胶纤维的开发、生产正是适应了这种发展的需要【2 】。 ( 2 ) 纺织纤维发展中存在的问题 a 纤维加工过程中消耗大量资源、能源以及造成环境污染 化学纤维是近几十年来发展最快的产业之一，要保持这种高速增长的势头，就必须保证 源源不断的原料供应，但地球上资源的储存量有限，总有一天会枯竭。据科学分析，地球 上现存的石油按目前的消耗量计算，到2 0 5 0 年将耗尽。另一方面，某些纤维的生产和各 种纤维的染整加工，对环境造成了严重的污染。这些资源和环境问题都将制约整个纤维行 业的可持续发展。从长远观点看，天然纤维及再生纤维具有持续生产的可能性，因而是今 后的发展方向。其中再生纤维素纤维的前景更令人看好。 粘胶纺丝法的工艺流程较长，污染大，能耗也较大。粘胶纤维生产的先天不足主要在 于生产中所加入的各种化工原料经过化学反应后，几乎都以“三废”的形式排出，生产过程 不仅需要消耗大量的电，而且还需要用掉许多蒸汽、清水和化学助剂，一些企业使用的老 生产方法还保持着淋洗工艺，这样对环境造成的污染更大1 3 j 。 b 纤维及其制品废弃后增加对地球的负荷 常规的合成纤维废弃后很难被地球“消化吸收”，增加了地球的负荷。如在燃烧时腈纶、 氯纶等纤维时会释放出二氧化碳、氰化氢、氯化氢等有害气体，给环境造成污染。解决的 方法，一是废弃纤维的重复利用，二是研究开发可降解的高分子纤纤维制品。 2 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 1 1 2 发展竹纤维的优势 福建省竹资源丰富，竹类生长迅速、成材快、产量高。竹材属无性生殖，只要气候温 和，土质疏松，排水良好，无论田埂、宅边，还是丘陵、河岸、平原都可种植，4 - 6 年可成 林，6 8 年之后即可达到最高度。一般竹类每亩年产可达6 0 0 9 0 0 公斤，生长良好每亩年产 可达1 5 0 0 2 0 0 0 公斤，有利于建立稳定的原料基地。竹材采伐和运输方便，从纺织角度，希 望竹伐应在3 4 年的较好，有的竹种可大一些，这还要考虑竹材生长特点。作为纺织原料， 竹材易于捆扎，便于运输和贮存堆放。竹纤维的优良特性、生长周期短、运输方便等特点 使竹纤维成为纺织行业又一支中坚力量。 竹纤维是从竹子中提取出来的一种纤维材料，与其它纤维( 如玻璃纤维、棉毛纤维、 化学纤维) 相比，竹原纤维独特的形态、结构赋予了竹浆粘胶纤维独特的性能。竹纤维保 留了竹原纤维的某些优良性能，纤维横截面布满了许多大大小小的空洞，有许多管状腔隙， 是天然的中空纤维，如图1 1 所示。竹纤维毛细效应极其发达，可以在瞬间吸收大量的水分 和透过大量的气体，具有良好的吸湿、放湿性和优越的透气性，纤维的多种性能均达到棉 纤维的指标或优于棉纤维。业内专家称竹浆纤维为“会呼吸”的纤维面料，做成的衣物穿着 凉爽飘逸、体感清新舒适。竹原纤维特殊的结构也使竹浆粘胶纤维面料具有较好的回弹性、 悬垂性、耐磨性，衣着手感光滑、光洁度好【2 1 。 图1 1 竹纤维的维管束 f i g 1 1t h ev a s c u l a rb u n d l eo fb a m b o of i b e r 竹原纤维中含有抗菌的微量元素，具有天然的抗菌性，因此，竹浆粘胶纤维有优良的 抑菌、抗菌、防臭功能。经权威部门检测竹浆纤维对真菌、大肠杆菌、金黄葡萄球菌等多 种细菌有较好的杀灭功效 2 1 。国家棉纺织产品质量监督检验中心和上海微生物研究所对竹 纤维的抗菌性进行检测，同样数量的细菌在棉、木纤维制品中能够大量繁衍，而竹纤维制 品上的细菌在2 4 小时后被杀死7 5 左右。在所有天然纤维中，竹纤维的吸放湿性及透气 性是最好的1 4 1 。 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 竹浆粘胶纤维织物的废弃物可自然降解，不象合成纤维织物的废弃物那样会对环境造 成二次污染。我国竹子覆盖率很高，达到数千万亩，资源丰富，竹子生长快、砍伐周期短， 给竹浆粘胶纤维的发展提供了充足的原料来源。随着我国粘胶纤维产能的不断扩大，粘胶 纤维使用的主要原料棉浆、木浆的供应将越来越紧张，制造成本会越来越高，原料的匮乏 将成为制约粘胶纤维企业发展的瓶颈，开发新的原料尤为重要，因此使用竹浆粕做原料将 有较大的竞争力和利润空间。 使用竹纤维产品夏秋季节凉爽舒适，冬春季节既蓬松舒适又能排除多余的热气和水 分。由于竹纤维的多孔隙网状结构，使其匀染性好，固色率高，色泽亮丽。由于竹子的天 然韧性，使竹纤维织成的产品具有了较强的防皱性、较好的耐磨性、较强的纵向和横向强 度和可机洗的特点。这些优良性能一方面可以极大地方便消费者，另外一方面也可以成为 纺织服装商家的卖点。 1 1 3 竹纤维的生产方法及存在问题 竹纤维按其加工方法的不同分为两类。一是再生竹纤维，采用化学的方法将竹片制成 符合纤维生产要求的浆粕，经溶解纺丝而成，也称竹纤维素纤维。二是原生竹纤维，它是 用物理和机械的方法加工而成的。二者相比，前者可纺性能更好，更便于竹纤维产品的开 发和生产，后者环保、保健性能更好。市面上的竹纤维产品大多是以再生竹纤维为原料【4 】。 ( 1 ) 传统的粘胶纤维生产方法 从竹子到制成竹浆粘胶长丝的成品，主要包括三个工艺阶段：竹浆粕的生产、制备竹 浆粘胶、竹浆粘胶纺丝成形及进行后加工。竹浆粕的生产过程是将竹子砍伐、贮存、脱青 后，通过轧竹i 切竹、筛片等备料过程制成较均匀的竹片供蒸煮使用。蒸煮一般采用硫酸 盐法、烧碱法、多硫化物法，蒸煮后的竹浆经过洗涤、筛选、多段漂白，最后再经抄浆后 制成竹浆粕。生产中要去除竹材中较多的木质素、果胶质、灰分，分离出纤维素。 目前，国内生产的再生竹纤维以粘胶法为主，用传统的粘胶法生产再生竹纤维，技术 较成熟，然而竹浆粕的可纺性与纤维的染色均匀性较差，这与原料纤维素的聚合度均匀性 有关。制备竹浆粘胶长丝对竹浆粕的a 纤维素含量要求较高。用粘胶法生产出的产品性能 4 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 如机械性能、干湿模量、溶胀性、延伸性和手感等较差，不如棉纤维。生产过程有硫化物、 氨、锌盐等副产物排出，对环境污染严重。 ( 2 ) 新溶剂法生产再生竹纤维 欧洲c o u r t a u l d s 公司和l e n z i n g 公司相继开发成功的l y o c e l l 纤维是一种以木浆为原料， 并采用新型溶剂纺丝工艺生产的优质纤维，它是以生长5 7 年的速生树种为原料，加工成 木浆后用特定的溶剂n 甲基氧化吗啉( n m m o ) ，进行溶剂纺丝而成。在这种纤维的生产 过程中，溶剂重复回用，对环境不产生污染，符合环保要求，生产的纤维被称为l y o c e l l 纤维。 采用l y o c e l l 工艺制造再生竹纤维素纤维，竹纤维素要求具备一定的聚合度，具体表 现在：竹纤维素容易在n m m o 溶剂中溶解，且溶解温度较低；竹纤维素被n m m o 溶剂溶 解后成为纤维溶胶，经过纺丝制得的竹l y o c e l l 纤维强度要高，必须符合纺织纤维的要求。 图1 2 竹l y o e e l l 纤维制备工艺流程示意图 f i g 1 2f l o wc h a r to fl y o e e l lf i b e rp r e p a r a t i o n 制备竹l y o c e l l 纤维所需的竹浆粕按照制浆的方法生产。竹浆粕中可能含有少量的木 质素、半纤维素和钙镁化合物等杂质，这对竹纤维素经氧化甲基吗啉溶剂溶解后形成的纤 维溶胶质量有不利影响，进而影响制得的竹l y o c e l l 纤维质量。竹浆粕是不同聚合度的竹 纤维素的混合物，竹浆粕在用氧化甲基吗啉溶剂溶解前必须进行精制纯化处理，对聚合度 高低不同的竹纤维素进行规整，去除聚合度过高和过低的竹纤维素，使竹纤维素的分子聚 合度分布较均匀。同时去除竹浆粕中的木质素、半纤维素和钙镁化合物等杂质，以便提高 纺丝溶胶的质量。研究结果表明，用不同浓度的n a o h 溶液处理竹浆粕，有利于去除其中 的木质素、半纤维素和p 纤维素等杂质，有利于竹纤维素平均聚合度的提高和分布集中； 用e d t a ( 乙二胺四乙酸钠) 溶液可去除纤维素中离子杂质。竹浆粕经n a o h 溶液和e d t a 福建农林大学2 0 1 0 届硕士学位论文 溶液处理后纤维素分子聚合度变化情况如表所示。 表1 2 慈竹竹浆经n a o h 溶液和e d t a 溶液处理前后的纤维素聚合度 t a b l e1 2d po f n e o s i n o c a l a m u sa f f i n i sp l u pb e f o r ea n da f t e rt r e a t m e n tw i t hn a o ha n de d t a 注：a 慈竹浆原样：b 1 7 5 n a o h 溶液煮2 小时；c 1 0 n a o h 溶液煮2 小时；d 5 n a 0 h 溶液