专利摘要

本发明提出一种木质素基纤维的固化处理方法，包括步骤：1)将酚化改性的木质素粉末置于纺丝辊中，将纺丝辊加热至待木质素完全熔融后进行纺丝；2)将氢氧化钠和戊二醛溶于水，配置为固化液；3)用所述固化液把步骤1)纺出的木质素基纤维原丝浸没并静置；4)固化液处理后的木质素基纤维原丝经清洗和干燥后，在220～280℃下加热。本发明还提出所述的固化处理方法制备得到的木质素基纤维。本发明提出的方法，不用再对酚化改性木质素在280℃负压条件下处理40min去除小分子物质，工艺简单，预氧化处理过程的升温速率由1℃/min提高至5℃/min，极大降低了热处理时间，提高了效率，节约能耗，降低成本。

权利要求

1.一种木质素基纤维的固化处理方法，其特征在于，包括步骤：

1)将酚化改性的木质素粉末置于纺丝辊中，将纺丝辊加热至160～165℃，待木质素完全熔融后以120～180m/min的速率进行纺丝；

2)将氢氧化钠和戊二醛溶于水，配置为固化液，每100mL固化液中含1～2mL戊二醛和0.08～0.2g氢氧化钠；

3)用所述固化液把步骤1)纺出的木质素基纤维原丝浸没并静置；

4)固化液处理后的木质素基纤维原丝经清洗和干燥后，将木质素基纤维原丝置于加热设备中，以4～6℃/min的速率升温至220～280℃，保温1～2小时。

2.根据权利要求1所述的木质素基纤维的固化处理方法，其特征在于，所述酚化改性的木质素粉末是木材或秸秆酶解残渣与苯酚在浓硫酸催化条件下反应所得。

3.根据权利要求1所述的木质素基纤维的固化处理方法，其特征在于，用所述固化液把步骤1)纺出的木质素基纤维原丝浸没并静置20～40min。

4.根据权利要求1所述的木质素基纤维的固化处理方法，其特征在于，固化液处理后的木质素基纤维原丝经去离子水清洗后，在50～85℃下干燥。

5.根据权利要求1所述的木质素基纤维的固化处理方法，其特征在于，经清洗和干燥后，将木质素基纤维原丝置于马弗炉中，以5℃/min的速率升温至250～260℃，保温1小时。

6.权利要求1～5任一项所述的固化处理方法制备得到的木质素基纤维。

说明书

技术领域

本发明属于纤维材料技术领域，具体涉及一种利用木质素制取纤维的方法。

背景技术

生物乙醇炼制过程会产生大量的酶解木质素副产物，利用这些木质素来制备具有高附加值的活性碳纤维既可以提高生物乙醇生产的经济效益同时又可保护环境。由于酶解木质素的熔融性能差，不能直接用其进行纤维制备，需要先借助酚化改性方法提高酶解木质素的熔融性能，然后再纺丝。酚化改性打断了木质素单元之间的一些连接，降低了木质素的分子量。虽然熔融性能得到了改善，但是这也给后续预氧化处理增加了困难。由于木质素基纤维原丝在高温下熔融，不能保持纤维形态，无法直接对原丝进行碳化活化处理来制备活性碳纤维。因此在碳化处理前需要对木质素基纤维在空气或氧气氛围中，200-300℃范围内进行一定时间的预氧化处理，使热塑性木质素通过分子内或分子间的交联与缩合反应，转化为非塑性耐热结构，使其在碳化高温下不熔融、保持纤维形态，最后转化为具有乱层石墨结构的活性碳纤维。

1993年日本研究人员用蒸汽爆破木质素与苯酚在250℃反应3h，然后再把反应混合物在负压下280℃保温40min以除去未参与反应的苯酚与其他小分子物质，得到酚化改性蒸汽爆破木质素。用其制备的纤维原丝在氧气或空气环境中以1℃/min的升温速率从60℃加热至300℃成功进行预氧化处理。现有技术的预氧化方法，需以较慢的升温速度、加热很长时间，导致效率低下，而且消耗了大量能源。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提出一种木质素基纤维的固化处理方法，利用戊二醛在碱性条件下对酚化改性木质素基纤维原丝进行固化处理，以成功以较快的升温速率对其进行预氧化处理。

本发明的另一目的是提出所述的固化处理方法制备得到的木质素基纤维。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种木质素基纤维的固化处理方法，包括步骤：

1)将酚化改性的木质素粉末置于纺丝辊中，将纺丝辊加热至待木质素完全熔融后进行纺丝；

2)将氢氧化钠和戊二醛溶于水，配置为固化液；

3)用所述固化液把步骤1)纺出的木质素基纤维原丝浸没并静置；

4)固化液处理后的木质素基纤维原丝经清洗和干燥后，在220～280℃下加热。

其中，所述木质素粉末为酚化改性的酶解木质素，是木材或秸秆酶解残渣与苯酚在浓硫酸催化条件下反应所得。木材或秸秆等原料生产生物乙醇需要先对原料酶解，酶解产物的液体部分进一步发酵获得乙醇，而分离出的固体残渣数量巨大。将酶解木质素副产物用于活性纤维的生产，是减少固废、提高产业价值的重要手段。

其中，步骤1)中，所述纺丝辊加热至160～165℃，待木质素完全熔融后以120～180m/min的速率进行纺丝。

优选地，每100mL固化液中含1～2mL戊二醛和0.08～0.2g氢氧化钠。

其中，用所述固化液把步骤1)纺出的木质素基纤维原丝浸没并静置20～40min。

其中，固化液处理后的木质素基纤维原丝经去离子水清洗后，在50～85℃下干燥。

进一步地，经清洗和干燥后，将木质素基纤维原丝置于加热设备中(不需要隔绝空气)，以4～6℃的速率升温至220～280℃，保温1～2小时。

进一步地，经清洗和干燥后，将木质素基纤维原丝置于马弗炉中，以5℃的速率升温至250～260℃，保温1小时。

本发明所述的固化处理方法制备得到的木质素基纤维。

本发明的有益效果在于：

1.本发明提出的方法，不用再对酚化改性木质素在280℃负压条件下处理40min去除小分子物质，工艺简单，降低了设备成本；

2.预氧化处理过程的升温速率由1℃/min提高至5℃/min，极大降低了热处理时间，提高了效率，节约能耗，降低成本。

经过实验验证，本发明方法可操作性强，简单易行。经戊二醛固化处理后，可以5℃/min的升温速率从室温升至250℃对酚化改性木质素基纤维原丝进行预氧化处理，且可成功对预氧化处理后的纤维进行高温碳化制备碳纤维。本发明成功对木质素基纤维原丝进行预氧化处理，且预氧化处理过程的升温速率为5℃/min，极大地降低了热处理时间，提高了效率，节约了生产成本。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中的酚化改性的木质素粉来自生物乙醇炼制过程产生的酶解残渣，其生产过程为：

木质纤维素原料(秸秆或碎木片)加水蒸煮成为浆料，用纤维素酶和半纤维素酶酶解，酶解后过滤分离，液体部分用于生物乙醇的生产，固体部分为酶解残渣；酶解残渣10重量份与40重量份的苯酚在90-130℃加热混合均匀，然后加入基于酶解残渣重量5-10％的浓硫酸，反应2-4h。再将产物清洗干燥即得酚化改性的木质素粉末。

实施例1

一种木质素基纤维的固化处理方法，包括以下步骤：

1.取5g酚化改性的木质素粉末置于纺丝辊中，将纺丝辊加热至162℃，待木质素完全熔融后以150m/min的速率进行纺丝；

2.配制固化液：向100mL去离子水中依次加入1mL戊二醛与1mL NaOH溶液(浓度0.1g/mL)，搅拌均匀；

3.取200mg木质素基纤维原丝放置在培养皿中，将固化液倒入培养皿内直至完全将纤维浸没，然后用保鲜膜将培养皿密封室温静置30min；

4.经固化液处理后用去离子水清洗原丝3次，去除表面的戊二醛与NaOH溶液，然后放置在60℃的烘箱干燥2h；

5.将干燥后的原丝放置在马弗炉中以5℃/min的升温速率从室温加热至250℃然后保温1h(不需要隔绝空气)，即可得到高温不熔融的木质素基纤维原丝。

所得木质素基纤维直径15-35μm。

所得木质素基纤维通过900℃加热，制得活性碳纤维，比表面积达1500cm²/g。

实施例2

一种木质素基纤维的固化处理方法，包括以下步骤：

1.取5g酚化改性的木质素粉末置于纺丝辊中，将纺丝辊加热至160℃，待木质素完全熔融后以150m/min的速率进行纺丝；

2.配制固化液：向100mL去离子水中依次加入2mL戊二醛与1.5mL NaOH溶液(浓度0.1g/mL)，搅拌均匀；

3.取200mg木质素基纤维原丝放置在培养皿中，将固化液倒入培养皿内直至完全将纤维浸没，然后用保鲜膜将培养皿密封室温静置30min；

4.经固化液处理后用去离子水清洗原丝5次，去除表面的戊二醛与NaOH溶液，然后放置在60℃的烘箱干燥2h；

5.将干燥后的原丝放置在马弗炉中以5℃/min的升温速率从室温加热至250℃然后保温1h，即可得到高温不熔融的木质素基纤维原丝。

所得木质素基纤维原丝通过900℃加热，制得活性碳纤维，比表面积达1450g/cm²。

对比例：

一种木质素基纤维原丝的固化处理方法，包括以下步骤：

1.取5g酚化改性的木质素粉末置于纺丝辊中，将纺丝辊加热至162℃，待木质素完全熔融后以150m/min的速率进行纺丝；

2.将所得原丝放置在马弗炉中以5℃/min的升温速率从室温加热至250℃然后保温1h；

3.木质素基纤维原丝完全熔融。

本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。

一种木质素基纤维的固化处理方法及所得产物专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。