一种高透气量纤维及其制备方法.pdf

一种高透气量纤维及其制备方法，其原料纤维经过筛选、挤压脱水，浆料在松散状态下经过NaOH处理、逆流脱碱洗涤、挤压、低温干燥。所得纤维透气量高达1700-2200L/m2.s，且纤维强度好，得率高。处理过程中回收碱液浓度高，可重复利用于造纸等方面，降低了生产成本。

权利要求书1.  一种高透气量纤维的制备方法，包括如下步骤：(1)处理原料：选用木浆为原料，其中，选取木浆纤维的长度在1-4mm之间，优选，所述的木浆纤维的长度为2-3mm，更优选2.4-2.5mm；(2)碱处理：将步骤(1)的木浆液与碱溶液混合进行碱处理，混合后的碱溶液的质量百分比浓度为12-22％，优选碱溶液的质量百分比浓度为18.5-21％；(3)洗脱碱溶液：经步骤(2)处理后木浆进行水洗，水洗至洗脱液的pH值为6.5-7.5为止，加入水的温度控制在60-90℃，优选，加入水的温度优选控制在70-80℃；(4)步骤(3)脱碱溶液后的木浆进行脱水处理，随后，脱水后的木浆进行干燥，至纤维水分含量为5-15％为止。2.  根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)的木浆的浓度为30-50％，所述的木浆为漂白木浆或本色木浆。3.  根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，木浆液与碱溶液混合后，木浆的浓度为1-30％，其优选为5-10％。4.  根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，碱溶液处理的温度为20-50℃，其优选，碱处理的温度为25-40℃，更优选，碱处理的温度为25-30℃。5.  根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，碱溶液温度为20-50℃的条件下处理10-60分钟，优选，碱溶液温度为25-30℃的条件下处理20-30分钟。6.  根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述的碱溶液为碱金属氢氧化物的溶液，其优选为氢氧化钠溶液。7.  根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)的水洗过程中采用逆流洗涤方式，逆流洗涤后流出的木浆的浓度为25-60％，pH值6.5-7.5。8.  根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，干燥的温度控制在50-120℃。9.  一种高透气量纤维，该纤维的透气量达到1700L/m2.s以上，所述的高透气量纤维的制备方法包括如下步骤：(1)处理原料：选用木浆为原料，其中，选取木浆纤维的长度在1-4mm之间，优选，所述的木浆纤维的长度为2-3mm，更优选2.4-2.5mm；(2)碱处理：将步骤(1)的木浆液与碱溶液混合进行碱处理，混合后的碱溶液的质量百分比浓度为12-22％，优选碱溶液的质量百分比浓度为18.5-21％；(3)洗脱碱溶液：经步骤(2)处理后木浆进行水洗，水洗至洗脱液的pH值为6.5-7.5为止，加入水的温度控制在60-90℃，优选，加入水的温度优选控制在70-80℃；(4)步骤(3)脱碱溶液后的木浆进行脱水处理，随后，脱水后的木浆进行干燥，至纤维水分含量为5-15％为止。

说明书一种高透气量纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种植物纤维及其制备方法，具体的，涉及一种低污染、高透气量的植物纤维以及其和制备方法，用于高级过滤纸制造行业，所属制浆造纸领域。
背景技术
过滤纸是以植物纤维、合成纤维、无机纤维中的一种或几种为原料，适当添加化学助剂和填料，利用抄纸技术抄造而成的具有良好过滤性能、疏松多孔的过滤介质。其作为一种有效的过滤介质，过滤纸已被广泛地用于各个领域。根据组成滤纸的纤维种类不同，过滤纸的性能、用途也不一样，有用于一般场合的普通滤纸，用于高温下的玻璃纤维滤纸，也有超净用聚丙烯滤纸等。
透气量(气体透过量)是在恒定温度和单位压力差下，在气体稳定透过时，单位时间内透过试样单位面积的气体的体积，常用单位为L/m2.s。透气量是过滤气体或液体纸张的重要技术指标。对于高级过滤纸等高透气量纸张，一般较为广泛地采用棉纤维原料或涤纶材料。棉纤维需由耕地种植而得到，其产量有限，且棉纤维的较长，均一性较差，加工高透气量纸张有一定欠缺。涤纶纤维材料可以一定程度地提高特种纸的强度，但其使用后的废弃物也数量巨大，从环境和生态效应考虑，作为在自然环境中难以降解的高聚物，涤纶的废弃物已经成为全球性的环境污染源之一。而提供一种高透量、高强度木浆纤维，将其用于制备过滤纸，是有利于环境保护，符合国家环保政策。为此，特提出本发明。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种高透气量纤维的制备方法，该方法是以经过木浆纤维为原料，经过碱液处理制备得到高透气量的纤维，同时对95％以上的碱溶液进行回收，回收的NaOH溶液浓度高，可用于其它纸浆的制浆生产或出售，从而降低了生产成本，实现生产废水的零排放。
本发明的另一个目的是提供一种高透气量纤维，该纤维的透气量达到1700L/m2.s以上，且其他机械性能保持良好。
为实现本发明的目的，采用如下技术方案如下：
一种高透气量纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)处理原料：选用木浆为原料，其中，选取木浆纤维的长度在1-4mm之间，
(2)碱处理：将步骤(1)的木浆液与碱溶液混合进行碱处理，混合后的碱溶液的质量百分比浓度为12-22％；
(3)洗脱碱溶液：经步骤(2)处理后木浆进行水洗，水洗至洗脱液的pH值为6.5-7.5为止，加入水的温度控制在60-90℃；
(4)步骤(3)脱碱溶液后的木浆进行脱水处理，随后，脱水后的木浆进行干燥，至纤维水分含量为5-15％为止。
一种高透气量纤维，其产品纤维透气量达到1700L/m2.s以上。
下面对本发明的一种高透气量纤维的制备方法以及制备而成的高透气度纤维进一步详细的介绍。
一种高透气量纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)处理原料：选用木浆为原料，其中，选取木浆纤维的长度在1-4mm之间，
(2)碱处理：将步骤(1)的木浆液与碱溶液混合，碱溶液的质量百分比浓度为12-22％；
(3)洗脱碱溶液：经步骤(2)处理后木浆进行水洗，水洗至洗脱液的pH值为6.5-7.5为止，水的温度控制在60-90℃；
(4)步骤(3)脱碱溶液后的木浆进行脱水处理，随后，脱水后的木浆进行干燥，至纤维水分含量为5-15％为止，得到高透气量纤维。
进一步，所述的木浆包括但不限于针叶木浆、阔叶木浆，其优选，针叶木浆。
所述的木浆可以为漂白的木浆或本色木浆。所述的本色木浆也可以称为未漂木浆。
原料可以直接选择木浆液，筛选出木浆纤维长度为1-4mm之间的木浆作为原料。也可以选用长纤维干木浆为原料，经水碎机碎浆至浆浓1±0.5％，再进行纤维分级筛选，选取纤维长度1-4mm之间的纤维进行后续处理。
进一步，所述的木浆纤维的长度为2-3mm；更优选2.4-2.5mm。
进一步，步骤(1)的木浆的浓度为30-50％。
本发明的原料采用普通木浆即可，优选的，本发明的木浆原料的物理性能如下：裂断长2.1-3.37km，撕裂指数13-20.1mN.m2/g。
采用长纤维干浆作为原料时，筛选后的浆液进行挤压脱水至浓度为30-50％。
经过筛选后的短纤维脱水后用于其它纸浆使用。
在本发明中制备高透气量纤维的原料选用长度为1-4mm之间的纤维，这种规格的纤维经处理后制备高级过滤纸，纤维与纤维之间的接触部为不会有太短的纤维填充进去，保证了过滤纸的透气性。且短纤维木浆还可以用于其他制浆使用。
进一步，在步骤(2)中，木浆液与碱溶液混合后，木浆的浓度为1-30％，其优选为5-10％。
进一步，在步骤(2)中，碱溶液处理的温度为20-50℃。其优选，碱处理的温度为25-40℃，更优选，碱处理的温度为25-30℃。
进一步，在步骤(2)中，碱溶液温度为20-50℃的条件下处理10-60分钟。
进一步，在步骤(2)中，碱溶液温度为25-30℃的条件下处理20-30分钟。
进一步，碱溶液的质量百分比浓度为18.5-21％。
所述的碱溶液可以为碱金属氢氧化物的溶液，其优选为氢氧化钠溶液。
在本发明中，碱处理过程中，通过选用浓度为12-22％碱溶液处理木浆，优选氢氧化钠溶液，同时，在温度20-50℃处理。处理后的木浆纤维呈现类圆柱形，其比表面积会减小。在该条件下处理后的木浆纤维素所具有的外形以及比表面积，其抄造为过滤纸后，纤维与纤维之间的以很小的接触面接触，大大提高了过滤纸的透气量，且容尘量大。
碱处理后的木浆经过水洗，加入水的温度控制在60-90℃。在该温度下进行水洗，经过干燥后得到的高透气量的纤维的物理性能保持良好。具体的原因尚不明确，发明人推测，在碱处理过程中，纤维素大分子中甙键断裂以及溶胀作用造成的不均匀的附加张力，纤维的机械强度降低。本发明在60-90℃水洗碱处理后的木浆，处理多余的碱液除去之外，可能在该温度下纤维素大分子内部产生的附加张力趋于均匀，纤维的机械强度受损程度大大降低，且分散性能好。经过本发明上述过程处理后木浆纤维保持了较高的透气量的同时，综合的物理性能保持很好。
在水洗过程中，加入水的温度优选控制在70-80℃。
进一步，在步骤(3)的水洗过程中采用逆流洗涤方式。
逆流洗涤后流出的木浆的浓度为25-60％，pH值6.5-7.5。
逆流洗涤后流出的碱溶液浓度为8-20％。该碱溶液可以回收在利用，用于其它制浆生产或出售。在脱碱过程中没有废水排放。
更优选的，逆流水洗进行多次，经处理后的浆料首先脱碱，脱碱后浆料浓度为20-50％；再进行多次逆流洗涤，最终的出料浓度为25-60％，pH值6.5-7.5。
在步骤(4)中，干燥的温度控制在50-120℃。
所述的干燥可以采用烘缸烘干、履带烘干或气流烘干。烘缸或履带烘干温度70-130℃，更优选为90-110℃。气流烘干温度40-90℃，更优选为50-70℃。
本发明的木浆纤维在加工过程中以松散状态进行，即，为木浆液。
一种高透气量纤维，其产品纤维透气量达到1700L/m2.s以上，其优选1700-2200L/m2.s。
进一步，所述的高透气量纤维的机械性能降低幅度很低，纤维状态自然，分散使用性能好。
本发明提供的高透气量纤维可以单独用于抄造过滤纸，也可以与化学纤维和/或玻璃纤维混合抄造过滤纸。
优选的，所述的高透气量纤维单独用于抄造高级过滤纸用浆。
所述化学纤维包括但不限于涤纶。
与现有技术相比，本发明的突出的优势在于：
所使用的木浆纤维原料为经过分级筛选的针叶木浆，纤维长度均一性好，所筛分出来的短纤维可用其它造纸用，原料不浪费。纤维长度为1-4mm的木浆经过碱性处理、经过逆流洗涤脱碱脱水设备回收碱液进行循环利用，节省碱液。所经过逆流洗涤脱碱脱水设备逆流出口碱液浓度高，有利于用于其它制浆生产或出售，生产过程中不排放废水，不污染环境。得到的纤维手感蓬松、色泽光亮、纤维长度均一、状态自然，有较高的透气量，可达1700-2200L/m2.s，具有很好的分散性能，使用性能较好。一定程度上替代了资源紧缺的棉纤维和不可降解的涤沦纤维，降低了环境的污染。
具体实施方式
下面对本发明的高透气量纤维及其制备方法进一步详细叙述，在实例中本发明的木浆原料的采用本发明的发明内容所述优选的物理性能。并不限定本申请的保护范围，其保护范围以权利要求书界定。某些公开的具体细节对各个公开的实施方案提供全面理解。然而，相关领域的技术人员知道，不采用一个或多个这些具体的细节，而采用其他的材料等的情况也可实现实施方案。
实施例1
漂白针叶木浆投入到水碎机中，碎浆浓度1％，泵送至纤维分级筛进行筛分，长短纤维分离，长纤维平均纤维长度2.4mm。长纤维良浆挤压脱水至浆浓50％，短纤维尾浆脱水后用于其它纸浆使用。将长纤维良浆投入到NaOH溶液中进行处理，处理浓度14％，时间40 分钟，温度20℃，结束后泵送至逆流洗涤脱碱脱水机，加入水的温度为80℃，对浓碱液进行回收，脱碱后浆浓40％，进入逆流洗涤区，逆流洗涤碱液出口碱浓8％，浆料经脱水后出口浓度50％，pH值7.2。进入气流烘干器进行烘干，烘干温度55℃-70℃，成品水份10％。打包出售。
实施例2
漂白针叶木浆投入到水碎机中，碎浆浓度1％，泵送至纤维分级筛进行筛分，长短纤维分离，长纤维平均纤维长度2.5mm。长纤维良浆挤压脱水至浆浓50％，短纤维尾浆脱水后用于其它纸浆使用。将长纤维良浆投入到NaOH溶液中进行处理，处理浓度17％，时间30分钟，温度27℃，结束后泵送至逆流洗涤脱碱脱水机，加入水的温度为70℃，对浓碱液进行回收，脱碱后浆浓43％，进入逆流洗涤区，逆流洗涤碱液出口碱浓12％，浆料经脱水后出口浓度52％，pH值7.1。进入气流烘干器进行烘干，烘干温度65℃-75℃，成品水份9％。打包出售。
实施例3
本色针叶木浆投入到水碎机中，碎浆浓度1％，泵送至纤维分级筛进行筛分，长短纤维分离，长纤维平均纤维长度2.5mm。长纤维良浆挤压脱水至浆浓50％，短纤维尾浆脱水后用于其它纸浆使用。将长纤维良浆投入到NaOH溶液中进行处理，处理浓度17％，时间30分钟，温度27℃，结束后泵送至逆流洗涤脱碱脱水机，加入水的温度为90℃对浓碱液进行回收，脱碱后浆浓43％，进入逆流洗涤区，逆流洗涤碱液出口碱浓12％，浆料经脱水后出口浓度52％，pH值7.1。进入烘缸干燥区烘制成板状，烘干温度80-110℃，成品水份9％。打包出售。
实施例4
本色针叶木浆投入到水碎机中，碎浆浓度1％，泵送至纤维分级筛进行筛分，长短纤维分离，长纤维平均纤维长度2.0mm。长纤维良浆挤压脱水至浆浓45％，短纤维尾浆脱水后用于其它纸浆使用。将长纤维良浆投入到NaOH溶液中进行处理，处理浓度20％，时间30分钟，温度30℃，结束后泵送至逆流洗涤脱碱脱水机，加入水的温度为80℃对浓碱液进行回收，脱碱后浆浓45％，进入逆流洗涤区，逆流洗涤碱液出口碱浓15％，浆料经脱水后出口浓度52％，pH值7.1。进入烘缸干燥区烘制成板状，烘干温度80-110℃，成品水份9％。打包出售。
实验例1
采用实施例1-3所得纤维分别抄造成纸板进行空气过滤性能以及其他性能的检测。
在本发明对处理后的高透气量纤维的性能参数均参考GB/T 24323-2009和QBT1461-1992进行测定。
参数实施例1实施例2实施例3实施例4检测标准透气量(L/m2.s)(100g定量)1852201619871997QBT1461-1992裂断长(km)0.060.050.060.05GB/T 24323-2009撕裂指数(mN.m2/g)2.01.92.12.0GB/T 24323-2009抗张指数(N.m/g)0.60.550.60.6GB/T 24323-2009纤维分散性良好良好良好良好 
实验例2
本实验例工艺流程以及其他工业参数参见实施例1，不同的是，通过在不同温度的水洗过程，对纤维物理性能的影响。其他条件均参考实施例1，结果如下表所示：
由于纤维分散性较差，制取纸页均度较差，物理指标也较低
水洗温度(℃)2040100裂断长(km)00.010.03撕裂指数(mN.m2/g)00.51.2抗张指数(N.m/g)00.10.2纤维分散性极差差良好
本实验例可以看出，本发明的制备方法所指的高透气量纤维的透气量高，其他物理能保持良好，可以很好的用于过滤纸。