棉花预处理的新方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对原棉进行预处理的方法。
【背景技术】
[0002]纤维素是地球上最多的一种纯天然多糖聚合物，是高等植物细胞壁中的主要物质，随着环境保护和生物相容性产品需求的不断增加，纤维素被认为是生产材料的一种取之不尽用之不竭的原料，主要通过光合作用生成，也可以由藻类、细菌、真菌和原生动物等合成。由于其含量丰富，成本较低，可以通过化学改性进行高性能化，纤维素成为商业上最为重要的多糖，纤维素及其衍生物应用范围非常广，每年销量在几千万吨以上。
[0003]在各种天然植物中，棉花是最纯的纤维素原料，其纤维素含量在0.93kg/kg以上，经过碱液处理、漂白等一系列处理，可以得到α-纤维素。从棉纤维中清除非纤维素杂质的精制过程通常包括下列几个步骤(Α.Π.扎考希考夫，Β.Κ.鲍斯特尼考夫，《棉纤维素》):先将纤维素在100°C以上与高浓度氢氧化钠溶液共煮，洗涤后用高浓度次氯酸盐溶液漂白纤维，再洗涤，然后再用盐酸或硫酸溶液处理，以除去灰分，最后用水洗涤，直至中性。这一预处理精制纤维的方法各国都采用，是一个通用的工艺过程。在工业中，通常采用质量浓度为3%?50%的氢氧化钠溶液进行碱液处理、有效氯质量含量为10%的次氯酸钠溶液进行漂白，经过这些预处理之后即可得到精制棉纤维，在纺织、包装、塑料等领域可直接使用或用作重要原料使用。
[0004]在这个过程中，由于依次采用了高浓度的强碱溶液和高浓度的次氯酸钠溶液，不仅产生大量的酸碱废水，对环境造成污染，而且碱液处理和漂白过程会造成纤维素的大幅度降解，使纤维素分子链断裂、聚合度降低，这样对于本来拥有高聚合度的原棉是一种极大的破坏，导致其性能的下降，不利于纤维素的下一步利用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是改进棉纤维素生产工艺过程中的碱液处理、漂白等过程，提供一种新的可以高效除去棉花中的硫酸不溶物、灰分、脂肪等杂质的预处理方法，并通过此方法得到仅有轻度断链的高纯度的α-纤维素。
[0006]为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下。
[0007]一种棉花预处理方法，包括:(Α)将棉花浸泡在弱碱溶液中进行弱碱处理，以除去棉花中的硫酸不溶物和灰分，其中弱碱溶液的质量浓度为0.5%?5%;(Β)在(Α)步骤之前或之后对棉花进行有机溶剂清洗以除去棉花中的脂成分，其中所述有机溶剂为含氯烃类、酮类、烷烃类、醚类、醇类溶剂或它们的组合；及(C)对经弱碱处理及有机溶剂清洗后的棉花进行次氯酸钠漂白，其中以有效氯含量计次氯酸钠溶液的质量浓度为0.5%?5%。
[0008]本发明优选的预处理方法中，所述弱碱选自阳离子为铵离子、碱金属离子或碱土金属离子的碳酸氢盐、碳酸盐、磷酸盐、醋酸盐和丙酸盐。
[0009]本发明优选的预处理方法中，㈧步骤中棉花与弱碱溶液的质量比约为0.04: 1?1: 1，碱处理时间为0.1?10小时，处理温度为室温至沸腾。
[0010]本发明优选的预处理方法中，⑶步骤中所用有机溶剂为:选自二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯和四氯乙烯的含氯烃类；选自丙酮、丁酮、庚酮、环己酮和甲基丁基酮的酮类；选自正己烷和环己烷的烷烃类；选自乙醚和二甲醚的醚类；或选自甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇的醇类。有机溶剂清洗操作为以下一种或多种:在索氏提取器对棉花进行有机溶剂回流萃取；在有机溶剂中对棉花超声处理；在有机溶剂中对棉花进行煮沸处理，清洗操作时间为0.2?10小时。并且棉花与有机溶剂的质量比约为0.04: 1?1: 1。
[0011]本发明优选的预处理方法中，其中(A)步骤处理后的棉花经水洗净、干燥后用于后续步骤；且(B)步骤处理后的棉花经乙醇洗净、干燥后用于后续步骤。
[0012]本发明优选的预处理方法中，其中(C)步骤的漂白时间为0.2?1小时，漂白温度为 15 ?85°C。
[0013]与以往技术相比，本发明有显著进步，其中弱碱溶液和有机溶剂可以分别有效的除去棉花中的不同杂质，两种方法共同处理是一种非常有效的得到高纯度α -纤维素的方法，可以将得到的纤维素进一步应用于合成纤维素衍生物中。
[0014]本发明棉花预处理的过程，可以有效的减少纤维素的降解，能够保持纤维素的优良性能，同时能够大幅度减少废水的排放。
【具体实施方式】
[0015]在本发明棉花预处理的具体实施过程中，包括以下步骤。
[0016](1)采用一种或几种碳酸氢盐、碳酸盐、磷酸盐、醋酸盐、丙酸盐等弱碱溶液，将棉花浸入其中，在室温?沸腾条件下，对棉花碱液处理0.1?10h，其中碳酸氢盐、碳酸盐、磷酸盐、醋酸盐、丙酸盐等中的阳离子为铵离子、碱金属离子、碱土金属离子等，它们的溶液质量浓度为0.5%?5%，棉花与弱碱溶液的质量比约为0.04: 1?1: 1。处理后用去离子水洗净，干燥。
[0017](2)经过碱处理后的棉花纤维，采用一种或多种有机溶剂进行清洗。清洗的方法采用以下一种或多种。
[0018](i)采用二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烧、三氯乙稀、四氯乙烯等含氯烃类，丙酮、丁酮、庚酮、环己酮、甲基丁基酮等酮类，正己烷、环己烷等烃类，乙醚、二甲醚等醚类，甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇等醇类作为溶剂，通过索氏提取器对棉花进行回流萃取，以除去棉花中的脂肪，萃取时间控制在0.2?10h，棉花与溶剂的质量比约为0.04: 1?1: 1。处理后用乙醇洗净，干燥。
[0019](ii)采用二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等含氯烃类，丙酮、丁酮、庚酮、环己酮、甲基丁基酮等酮类，正己烷、环己烷等烃类，乙醚、二甲醚等醚类，甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇等醇类作为溶剂，通过超声的方法对棉花进行预处理，以除去棉花中的脂肪，超声时间控制在0.2?10h，棉花与溶剂的质量比约为0.04: 1?1: 1。处理后用乙醇洗净，干燥。所使用的超声波频率为40kHz，功率120w，本发明对此不作特别的限定。
[0020](iii)采用二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等含氯烃类，丙酮、丁酮、庚酮、环己酮、甲基丁基酮等酮类，正己烷、环己烷等烃类，乙醚、二甲醚等醚类，甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇等醇类作为溶剂，通过煮沸的方法对棉花进行预处理，以除去棉花中的脂肪，处理时间控制在0.2?10h，棉花与溶剂的质量比约为0.04: 1?1: 1。处理后用乙醇洗净，干燥。
[0021]在上述(1)和(2)两个步骤中，操作顺序可以互换，也即棉花经第(1)步处理后，再采用第(2)步中的一种或几种方法处理。也可以将棉花用第(2)步中的一种或几种方法处理后，再采用第(1)步方法处理。
[0022](3)配制低浓度的次氯酸钠溶液，对上述处理后的棉花进行漂白，其中次氯酸钠溶液的质量浓度为0.5 %?5 %，漂白时间为0.2?lh。漂白温度为15?85 °C。漂白后，用水清洗，干燥，即可得到精棉纤维。采用通常使用的分子量测定方法测定精棉纤维的分子量。
[0023]本发明的优点如下:
[0024]本发明中棉花的碱液处理过程所采用的碱为碳酸氢盐、碳酸盐、磷酸盐、醋酸盐、丙酸盐等，对应的阳尚子为钱尚子、碱金属尚子、碱土金属尚子等，与工业中应用的氢氧化钠相比，碱性明显减弱，同时工业中所采用的为质量浓度高达3%?50%的氢氧化钠溶液，本发明中将碱溶液质量浓度降低至0.5%?5%，可以大幅度减少强碱废水的排放。此外，工业中使用的强碱溶液会造成纤维素的降解，在本发明中，使用低浓度弱碱溶液处理的方法可以降低纤维素的降解程度。
[0025]本发明中提出采用二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等含氯烃类，丙酮、丁酮、庚酮、环己酮、甲基丁基酮等酮类，正己烷、环己烷等烃类，乙醚、二甲醚等醚类，甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇等醇类等其中的一种或几种作为溶剂，进行棉花的预处理，有机溶剂可以有效除去棉花中的的蜡质与脂肪，并且不会对纤维素结构造成破坏，减少纤维素的降解。同时，有机溶剂易于回收，通过常见的精馏或蒸馏的方法分离回收，得以循环使用，这种方法可以减少废水的排放以及试剂的用量。
[0026]超声波在与介质的相互作用中，会使介质发生物理的和化学的变化，从而产生一系列力学的、热学的、电磁学的和化学的超声效应。利用它的这些特点，超声具有多方面的应用，可进行超声焊接、固体的粉碎、乳化、脱气、除尘、去垢、