一种沙柳液化产物合成纺丝液的工艺

摘要

本发明公开了一种沙柳液化产物合成纺丝液的工艺，包括以下步骤：(1)由绝干木粉得到纯净的液化产物，分别测定液化产物的羟值和酸值；(2)将液化产物在100～120℃，0.086MPa的负压下减压脱水1.5～2h，冷却至60℃待用，先测定异氰酸酯的纯度，然后根据步骤(1)测定的液化产物的羟值和设定的R值计算出合成聚氨酯过程中需要异氰酸酯的重量(3)10g液化产物加入二甲基甲酰胺混合均匀，按R值等于0.8～1.2算出异氰酸酯的加入量，然后加入异氰酸酯，在磁力搅拌仪加热到65℃～80℃反应15min～20min，放入超声波中震动20～40min得聚氨酯纺丝液。本发明工艺配方简单，易操作，能够为灌木材料再生利用开辟一条新途径。

说明书

技术领域

本发明属于灌木材料再生利用技术领域，涉及一种沙柳液化产物合成纺丝液的工艺。

背景技术

近几年出现的牛奶蛋白纤维、玉米聚乳酸纤维、大豆纤维、Lyocell竹纤维，融合了天 然纤维和合成纤维的特点，集两者的优点于一身，各自具有独特的优良性能，极大地增加了 其附加值，由它们开发的产品具有很好的悬垂性、抗皱性及生物可降解性，对环境不会造成 污染，适合加工各类高档服饰，这是一种极具有发展前景的新型纺织材料，用于纺织服装业 的前景将十分看好。而沙柳纤维本身是一种木质纤维，理论上定能制得再生纤维，但其分离 困难，因此利用沙柳作为原料将其液化变成多元醇，再利用合成剂重新连接生成原丝，进而 依据其性能特点去改性得到再生纤维。

已经有学者在植物纤维原料的液化及利用液化产物制备高分子材料方面做了大量工作。 例如白石信夫(木质纤维素物质液化溶液的制造法[P].公开专利公报，1994)在聚乙二醇/ 丙三醇的混合溶剂中进行木粉的液化，产物可以部分代替来源于石化产品的聚醚多元醇，用 于生产聚氨酯。Yao等(液化与淀粉共液化产物制备硬质聚氨酯泡沫材料[J].日本木材学会 杂志，1995)研究了木材与淀粉在聚乙二醇中以浓硫酸为催化剂，液化产物与异氰酸酯反应 制得聚氨酯发泡塑料。该泡沫体密度0.03g/cm3，抗压强度80～150kPa，弹性模量3～10MPa， 与普通泡沫塑料性能相仿。Kurimoto等(木材品种对液化木材特点和由其生成聚氨酯薄膜性 能的影响，生物质和生物能源，2001)研究了4种针叶材和3种阔叶材在PEG400/丙三醇共混 溶剂中的液化行为，并用液化产物分别合成聚氨酯膜。Lee等(多元醇液化台湾相思、杉木 在聚氨酯胶粘剂中的制备及应用，应用高分子科学杂志，2008)以硫酸为催化剂，研究了台湾 相思木和中国云杉在聚乙二醇400和丙三醇混合溶剂中的液化反应，并利用液化产物与分别 与三种异氰酸酯合成了聚氨酯树脂，制备的聚氨酯树脂可以用于木材黏合剂，具有较好的黏 结特性。马晓军(纺丝液合成因素对木材液化物炭纤维原丝性能的影响[J]，复合材料学报， 2007)利用杉木木粉苯酚液化物合成纺丝液，熔融纺丝制成新的炭纤维原丝，研究了纺丝液 合成因素对原丝性能的影响。

木材液化可将木材纤维废料转化成有用的液态活性物质，可以使木材生物资源得到最大 限度的有效利用，也有益于生态环境保护。为了使液化后的生成物在更大范围上得到利用， 提高液化产物的附加值，进一步研究开发液化产物生成再生纤维拓展纺织产品的原材料，因 而对沙生灌木的利用具有十分积极的现实意义和深远的历史意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种沙柳液化产物合成纺丝液的工 艺，该工艺所需要的原材料沙柳是内蒙古鄂尔多斯市等地处沙漠、干旱、半干旱地域盛产的 沙生灌木之一，有生长周期短，平茬之后继续生长的特点；工艺配方简单，易操作，能够为 沙生灌木再生利用开辟一条新途径。

其具体技术方案为：一种沙柳液化产物合成纺丝液的工艺，包括以下步骤：

(1)准确称取10g绝干木粉、按液固比为5∶1，PEG400占液化剂PEG400和丙三醇的 百分比为75％，催化剂用量为液化剂总量的4％，加入到250mL的三口烧瓶中，用玻璃棒搅拌 使三者混合均匀，然后放入温度为170℃油浴锅中，开动搅拌器和冷凝器，同时开始计时， 待反应时间90min时，撤去油浴锅，立即将三口烧瓶放入冷水浴中冷却至室温中止反应，得 到液化粗产物，用丙酮溶液稀释液化粗产物，然后采用定性滤纸和布什漏斗装置进行真空抽 滤，将滤液置于旋转蒸发仪中除去丙酮，得到纯净的液化产物。按照GB12008.3-2009和 GB12008.5-2010分别测定液化产物的羟值和酸值。

(2)将液化产物在100～120℃，0.086MPa的负压下减压脱水1.5～2h，冷却至60℃ 待用，先测定异氰酸酯的纯度，然后根据步骤(1)测定的液化产物的羟值和设定的R值计 算出合成聚氨酯过程中需要异氰酸酯的重量，计算公式如下：

$W_{\mathrm{MDI}}=R\times G\times (\frac{W_{\mathrm{Poly}}}{\frac{56.1\times 1000}{\mathrm{hydroxy}\ln \mathrm{umber}}}+\frac{W_{\mathrm{Water}}}{\frac{18}{2}})\times \frac{1}{\rho }$

其中R是[NCO]/[OH]比值，W_MDI、W_Poly和W_Water分别是异氰酸酯、液化产物和水的 重量(g)，G是异氰酸酯的当量(125.1)，ρ是异氰酸酯的纯度；

(3)10g液化产物加入5g二甲基甲酰胺混合均匀，按R值等于0.8～1.2算出异氰酸酯的 加入量，然后加入异氰酸酯，在磁力搅拌仪加热到65℃～80℃反应15min～20min，放入超声 波中震动20～40min得聚氨酯纺丝液。

进一步优选，步骤(3)中按R值等于1.0算出异氰酸酯的加入量，然后加入异氰酸酯， 在磁力搅拌仪加热到70℃反应15min，放入超声波中震动30min得聚氨酯纺丝液。纺丝液粘度 采用美国生产的Brook Field viscometerDV-I型旋转粘度计来测定，可以测得所述纺丝液 的粘度9.02Pa·s。

进一步优选，利用所述纺丝液生成平均直径为97μm的原丝，原丝的力学性能用 INSTRON-5948微力学试验机，拉伸条件为夹距6mm，拉伸速率1mm/min，所测得的拉伸强度平 均值是62.6MPa，弹性模量平均值是2.24GPa。因此，本发明的工艺配方可以得到一定力学 性能的纤维，对再生纤维的利用另辟新径，值得推广。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明沙柳液化产物合成纺丝液的工艺是把灌木纤维废料转化成有用的液 态活性物质，用灌木材料液化产物代替聚醚多元醇与异氰酸酯发生反应合成聚氨 酯纺丝液，这样不但可以提高资源的利用率，而且可为聚氨酯工业提供廉价的原 料来源，减少对石油产品的依赖性，降低成本，对发展聚氨酯工业、缓减当前人 类所面临的能源和环境危机都具有十分重要的现实意义和战略意义。

附图说明

图1为本发明沙柳液化产物合成纺丝液的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图何具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种沙柳液化产物合成纺丝液的工艺，包括以下步骤：

(1)准确称取10g绝干木粉、按液固比为5∶1，PEG400占液化剂PEG400和丙三醇的 百分比为75％，催化剂用量为液化剂总量的4％，加入到250mL的三口烧瓶中，用玻璃棒搅拌 使三者混合均匀，然后放入温度为170℃油浴锅中，开动搅拌器和冷凝器，同时开始计时， 待反应时间90min时，撤去油浴锅，立即将三口烧瓶放入冷水浴中冷却至室温中止反应，得 到液化粗产物，用丙酮溶液稀释液化粗产物，然后采用定性滤纸和布什漏斗装置进行真空抽 滤，将滤液置于旋转蒸发仪中除去丙酮，得到纯净的液化产物。按照GB12008.3-1989和 GB12008.5-89分别测定液化产物的羟值和酸值。

(2)将液化产物在100℃，0.086MPa的负压下减压脱水1h.，冷却至60℃待用，先测 定异氰酸酯的纯度，然后根据步骤(1)测定的液化产物的羟值和设定的R值计算出合成聚 氨酯过程中需要异氰酸酯的重量，计算公式如下：

$W_{\mathrm{MDI}}=R\times G\times (\frac{W_{\mathrm{Poly}}}{\frac{56.1\times 1000}{\mathrm{hydroxy}\ln \mathrm{umber}}}+\frac{W_{\mathrm{Water}}}{\frac{18}{2}})\times \frac{1}{\rho }$

其中R是[NCO]/[OH]比值，W_MDI、W_Poly和W_Water分别是异氰酸酯、液化产物和水的 重量(g)，G是异氰酸酯的当量(125.1)，ρ是异氰酸酯的纯度；

(3)10g液化产物加入5g二甲基甲酰胺混合均匀，按R值等于0.8算出异氰酸酯的加入量， 然后加入异氰酸酯，在磁力搅拌仪加热到65℃反应15min，放入超声波中震动20得聚氨酯纺 丝液。

实施例2

一种沙柳液化产物合成纺丝液的工艺，包括以下步骤：

(1)准确称取10g绝干木粉、按液固比为5∶1，PEG400占液化剂PEG400和丙三醇的 百分比为75％，催化剂用量为液化剂总量的4％，加入到250mL的三口烧瓶中，用玻璃棒搅拌 使三者混合均匀，然后放入温度为170℃油浴锅中，开动搅拌器和冷凝器，同时开始计时， 待反应时间90min时，撤去油浴锅，立即将三口烧瓶放入冷水浴中冷却至室温中止反应，得 到液化粗产物，用丙酮溶液稀释液化粗产物，然后采用定性滤纸和布什漏斗装置进行真空抽 滤，将滤液置于旋转蒸发仪中除去丙酮，得到纯净的液化产物。按照GB12008.3-1989和 GB12008.5-89分别测定液化产物的羟值和酸值。

(2)将液化产物在110℃，0.086MPa的负压下减压脱水2h，冷却至60℃待用，先测 定异氰酸酯的纯度，然后根据步骤(1)测定的液化产物的羟值和设定的R值计算出合成聚 氨酯过程中需要异氰酸酯的重量，计算公式如下：

$W_{\mathrm{MDI}}=R\times G\times (\frac{W_{\mathrm{Poly}}}{\frac{56.1\times 1000}{\mathrm{hydroxy}\ln \mathrm{umber}}}+\frac{W_{\mathrm{Water}}}{\frac{18}{2}})\times \frac{1}{\rho }$

其中R是[NCO]/[OH]比值，W_MDI、W_Poly和W_Water分别是异氰酸酯、液化产物和水的 重量(g)，G是异氰酸酯的当量(125.1)，ρ是异氰酸酯的纯度；

(3)10g液化产物加入5g二甲基甲酰胺混合均匀，按R值等于1.0算出异氰酸酯的加入量， 然后加入异氰酸酯，在磁力搅拌仪加热到70℃反应15min，放入超声波中震动30min得聚氨酯 纺丝液。纺丝液粘度采用美国生产的Brook Field viscometerDV-I型旋转粘度计来测定， 可以测得所述纺丝液的粘度9.02Pa·s。

进一步优选，利用所述纺丝液生成平均直径为97μm的原丝，原丝的力学性能用 INSTRON-5948微力学试验机，拉伸条件为夹距6mm，拉伸速率1mm/min，所测得的拉伸强度平均 值是62.6MPa，弹性模量平均值是2.24GPa。因此，本发明的工艺配方可以得到一定力学性能 的纤维，对再生纤维的利用另辟新径，值得推广。

实施例3

一种沙柳液化产物合成纺丝液的工艺，包括以下步骤：

(1)准确称取10g绝干木粉、按液固比为5∶1，PEG400占液化剂PEG400和丙三醇的 百分比为75％，催化剂用量为液化剂总量的4％，加入到250mL的三口烧瓶中，用玻璃棒搅拌 使三者混合均匀，然后放入温度为170℃油浴锅中，开动搅拌器和冷凝器，同时开始计时， 待反应时间90min时，撤去油浴锅，立即将三口烧瓶放入冷水浴中冷却至室温中止反应，得 到液化粗产物，用丙酮溶液稀释液化粗产物，然后采用定性滤纸和布什漏斗装置进行真空抽 滤，将滤液置于旋转蒸发仪中除去丙酮，得到纯净的液化产物。按照GB12008.3-1989和 GB12008.5-89分别测定液化产物的羟值和酸值。

(2)将液化产物在120℃，0.086MPa的负压下减压脱水2h，冷却至60℃待用，先测 定异氰酸酯的纯度，然后根据步骤(1)测定的液化产物的羟值和设定的R值计算出合成聚 氨酯过程中需要异氰酸酯的重量，计算公式如下：

$W_{\mathrm{MDI}}=R\times G\times (\frac{W_{\mathrm{Poly}}}{\frac{56.1\times 1000}{\mathrm{hydroxy}\ln \mathrm{umber}}}+\frac{W_{\mathrm{Water}}}{\frac{18}{2}})\times \frac{1}{\rho }$

其中R是[NCO]/[OH]比值，W_MDI、W_Poly和W_Water分别是异氰酸酯、液化产物和水的 重量(g)，G是异氰酸酯的当量(125.1)，ρ是异氰酸酯的纯度；

(3)10g液化产物加入5g二甲基甲酰胺混合均匀，按R值等于1.2算出异氰酸酯的加入量， 然后加入异氰酸酯，在磁力搅拌仪加热到80℃反应20min，放入超声波中震动40min得聚氨酯 纺丝液。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到 的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。