一種超聲聯(lián)合提取長齊型天然竹纖維的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于天然植物纖維提取技術領域，具體涉及一種超聲聯(lián)合提取長齊型天然竹纖維的方法。
【背景技術】
[0002]受能源危機以及環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的影響，開發(fā)可再生性植物纖維的高附加值應用已成為材料發(fā)展的一個重要方向。由于竹材特殊的生物結構，單纖維在竹材組織結構中通過橫向或軸向相互粘結，使竹纖維整體呈束狀，并沿軸向有序排列，對整個竹材結構起主要支撐作用，因此，竹纖維是一種天然的增強材料。目前市場已有大量的黃麻、劍麻等麻類纖維作增強材料的相關產品，如汽車內飾，建筑材料等。竹纖維和麻纖維并稱為植物纖維中的高性能纖維，且竹纖維具有比模量高、剛性強、透氣性好等特點，因此，開發(fā)天然竹纖維作增強材料基質具有很大的市場潛力。目前竹纖維利用的關鍵難點之一在于天然竹纖維的提取。由于竹材中木質素含量較高，使束狀竹纖維分離困難;另外，竹單纖維短、粗，相互之間抱合力差，使束狀竹纖維制備中易粗、短，長度、細度均勻性差，質量不穩(wěn)定。目前有關竹纖維的提取方法包括有爆破法、化學法、化學生物法、化學機械法等。其中，化學法和化學生物法制備的竹纖維主要是針對紡織用，此類方法工藝流程長、纖維得率低、強度損傷大、能耗高;爆破法獲得竹纖維長度短，且散落不齊，對后續(xù)加工工藝限制大，最終形成的竹纖維產品，有些呈棉花狀，有些則粗、短、硬，或分離度不均勻，質量差異大。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種獲取天然竹纖維強度高、長度整齊、細度均勻、單絲分離度高、抗菌性好的提取長齊型天然竹纖維的方法，本發(fā)明獲得的天然竹纖維后續(xù)利用易中與聚合物形成良好的界面，提取工藝所需試劑壓力小、能耗低。
[0004]本發(fā)明通過以下技術方案解決上述技術問題，
1、一種超聲聯(lián)合提取長齊型天然竹纖維的方法，其步驟包括，
(1)原竹處理:將原竹切斷、開片，切成長10-60cm、寬l-3cm、厚l-8mm的竹片；
(2)超聲聯(lián)合軟化:將上述竹片和堿性溶液一起放于超聲槽中，加熱蒸煮以潤脹軟化，蒸煮溫度50-100°C，加熱時間l_4h，浴比l:4?15，超聲頻率20kHZ-60kHZ，超聲功率200-800W ，超聲溫度50-100 0C，超聲時間5-30min ；
(3 )水洗:將步驟(2 )處理的竹片取出用20-70 °C水沖洗至中性；
(4)滾壓開松:將步驟(3)處理后的竹片滴水瀝干，再將竹片平鋪至厚度1.5?2.0cm，送入滾壓機中滾壓開松，獲得粗竹纖維；
(5)高溫煮煉:在壓力0.05-0.5MPa，溫度105-130°C下，將粗竹纖維放入高溫蒸汽鍋中煮煉 10-30min;
(6)干燥:將竹纖維自然晾干或60?80°C烘干，獲得長度為7-60cm，細度50?220μπι，拉伸強度400-1600MPa，長度整齊、細度均勻、單纖維分離度好、易與聚合物形成良好界面的竹纖維。
[0005]作為優(yōu)化，所述堿性溶液為質量分數I?5%的NaOH溶液或質量分數I?5%的NaOH和質量分數0.5?I.5%的Na2S03混合液；
作為優(yōu)化，在步驟(3)之前，先將步驟(2)處理的竹片用清水沖洗一遍，再放入質量分數
0.004?0.01%的稀硫酸中浸泡15?30min ；
作為優(yōu)化，在步驟(4)后進行定向梳理，滾壓開松后的竹片使用梳理機沿縱向定向梳理；
作為優(yōu)化，在步驟(5)后進行陰干，將步驟(5)獲得的竹纖維陰干，使竹纖維終含水率控制在40-80%;
作為優(yōu)化，在步驟(6)前進行二次梳理:采用軟質密梳對竹纖維進行二次梳理。
[0006]本發(fā)明以半年-3年生竹材為原料，經截斷、開片、超聲聯(lián)合軟化、滾壓開松、梳理、高溫蒸煮、陰干、二次梳理、干燥，提取獲得天然竹纖維。采用常溫下超聲聯(lián)合軟化工藝，在加熱蒸煮前期或末期進行超聲，可有效降低軟化劑用量，減少軟化時間，提高軟化效率，增加竹纖維表面粗糙度，有利于后續(xù)作增強材料利用與聚合物的界面結合；采用高溫煮煉一一陰干一一二次梳理的物理方法進行竹纖維精細化，有利于保持竹纖維的長度齊整度和力學強度，提高竹纖維的細度均勻性。
【具體實施方式】
[0007]下面結合實施例進一步詳細闡述本發(fā)明的內容。
[0008]實施例1
一種超聲聯(lián)合提取長齊型天然竹纖維的方法，其步驟包括，
(1)原竹處理:取半年生毛竹，按竹節(jié)截斷，去青，開片，劈篾，形成長30cm，寬2cm，厚1.0?1.2mm的竹片；
(2)超聲聯(lián)合軟化:將上述竹片和堿性溶液一起放于超聲槽中，加熱蒸煮以潤脹軟化，蒸煮初期同時進行超聲波，超聲頻率20kHz，超聲功率400W，超聲溫度70 V，超聲時間15min;超聲完成后繼續(xù)升溫至90 0C煮煉，加熱時間70min，堿性溶液為1%的NaOH溶液，浴比1:6;所述浴比為竹片和堿性溶液的質量比；
(3 )水洗:將步驟(2 )處理的竹片用清水沖洗一遍，再放入質量分數0.005%的稀硫酸中浸泡15min，隨后取出用50 °C水沖洗至中性；
(4)滾壓開松:將步驟(3)處理后的竹片滴水瀝干，再將竹片平鋪至厚度2.0cm，送入具有多級滾軸的滾壓機中滾壓開松；
(5)定向梳理:滾壓開松后的竹片使用梳理機沿縱向定向梳理，獲得粗竹纖維;梳理過程以“微劈裂”的方式將竹片中連接竹纖維束的基本組織沿軸向破裂，使竹材全部分離成單絲狀，可獲得分離度好、分絲均勻、長度上齊平的粗竹纖維；
(6)高溫煮煉:在壓力0.05MPa，溫度110°C下，將粗竹纖維放入高溫蒸汽鍋中煮煉15min;通過高溫煮煉，使促竹纖維表面的半纖維素、木質素等膠質進一步去除，竹纖維得到細化；
(7)陰干:將步驟(6)獲得的竹纖維陰干，使竹纖維終含水率控制在50%;
(8)二次梳理:采用軟質密梳對竹纖維進行二次梳理； (9)干燥:將竹纖維自然晾干或60°C烘干，獲得長度為25-30cm，平均細度120μπι，平均拉伸強度920MPa，長度整齊、細度均勻、單纖維分離度好、易與聚合物形成良好界面的竹纖維。
[0009]實施例2
一種超聲聯(lián)合提取長齊型天然竹纖維的方法，其步驟包括，
(1)原竹處理:取2年生根部斷毛竹，開片，去青，按等長截斷，形成長30cm，寬3cm，厚5.0?6.0mm的等長竹片；