專利名稱：以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法
技術領域：
本發明涉及一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其屬于綠色環保制程制造天然纖維素纖維的應用技術領域，主要是將紡絲后的天然纖維素纖維，經捻絲、裁切及干燥而制成天然纖維素纖維人工水苔，其PH值介于6.0 7.22之間，且EC值趨近于OmS/cm所含的鹽類離子極少，故屬于中性及純凈的介質，而與天然水苔相較下更適合作為蘭花的栽培介質。
背景技術：
天然水苔(Sphagnum moss)是臺灣蘭花生產的主要栽培介質,其是一種低等植物，如線條狀生長于多濕的溫帶林中，柔軟如棉而富彈性，其吸水及干燥后情形有如海綿，目前臺灣使用的天然水苔大部分由智利、紐西蘭及大陸等地進口，估計每年消費量約1，100公噸，近年來，天然水苔由于大量采集，同時受水災及自然生態變化影響，導致產量逐漸減少、成本提高，且采收時部分天然水苔因與土壤混合生長，而遭受嚴重的鐮孢菌(Fusariumoxysporum)感染，以致使得品質不甚穩定,并影響日后蘭花種植的品質。因此，利用紡紗技術生產合成或半合成纖維所制成的人工水苔乃因應而生，其具有產制效率高、品質均一及無病蟲害帶原等優點，并已有逐漸取代天然水苔的趨勢；然而，目前合成或半合成纖維人工水苔均屬于聚酯類(Polyester)或聚酰氨類(Polyamide)聚合物，所采用的制程為嫘縈(viscose rayon)、銅氨潔縈(Cuprammonium rayon)、醋酸纖維(Acetate)等傳統紡絲制程，其嫘縈粘液是使用濕式紡絲來生產，故所需流程十分繁雜，且紡絲速度亦慢而耗時甚久，并導致大量生產的成本較高，此外，在制程中所排放的物質污染性高，極易造成環境的污染，再者，該聚酯類(Polyester)或聚酰氨類(Polyamide)聚合物纖維因屬于不可溶解性纖維，常隨著人工水苔栽培介質的用量越來越多下，促使其廢棄量亦隨之增加，反而再次對環境 形成污染源，完全不能符合長期性環保的要求。有鑒于上述合成或半合成纖維人工水苔的缺失，本發明的發明人乃應用自己先前所研發成功的天然纖維素纖維制法的技術(已分別獲得臺灣發明專利第1330208號及美國發明專利第US8092732號在案)，再加以創新完成本發明，并經實驗證明其各項性能均能符合蘭花栽培介質的要求，且在大量生產速度上，亦比現有合成或半合成纖維人工水苔的生產速度更快。

發明內容
本發明的主要目的在提供一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，是將天然木漿與氧化甲基瑪琳(NMMO)溶劑以適當比例調配成漿液，并摻入抗聚合度衰退安定劑，經溶解后去除水分形成紡絲的黏液(dope),再以干噴濕式紡絲法(dry-jet wet spinning),將黏液從紡口中擠壓出來，并進入凝固浴中凝固再生成絲，經水洗后進行捻絲，最后經由裁切及干燥即制得天然纖維素纖維人工水苔；其中，捻絲是采用側邊喂紗的中空錠子方式，將數條天然纖維素纖維絲束合捻(twist)起來，并在進行合捻時同步加入一條包覆絲(coverfilament)，而將整個絲束充分纏繞包覆，可防止后續進行裁切時發生退捻的狀態，此外，該中空錠子采用定齒皮帶與高速馬達進行連結傳動，除可避免高速運轉時產生滑溜外，更可提高量產天然纖維素纖維人工水苔的速度，進而達成快速量產與降低整體量產制造的成本，使其更具有市場競爭性。本發明的另一目的是在提供一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其制程的溶劑可做充分循環使用，且摻入的抗聚合度衰退安定劑具有減少衰退及簡化精制的功效，而使得溶劑的損耗率低，回收率可達99.5%以上，故不會造成環境污染。本發明的又一目的乃在提供一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其制得的天然纖維素纖維人工水苔屬于可溶解性纖維，使用后丟棄不會對環境再次造成污染源，故能符合長期性環保的要求。本發明的技術方案為:一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其步驟包含:
(a)將天然木衆與氧化甲基瑪琳(N-methylmorpholineN-oxide,簡稱ΝΜΜ0)溶劑混合成衆液，另摻入苯基惡唑(1，3-phenylene - bis 2_oxazoline,BOX)安定劑,使其相混合調配成一定比例的初漿液；其中，該選用天然木漿的纖維素是為α-纖維素含量在65%以上的長纖維或短纖維，且其纖維素聚合度(degree of polymerization,簡稱DP)為500 1200 ；
(b)使用高速攪拌機，將步驟(a)的初漿液置入后，以50°C 70°C低溫進行高速攪碎，并藉由氧化甲基瑪琳(NMMO)對纖維素膨潤性大、溶解性高及溶解速率快等功效，來達成快速相互混合溶解；
(c)使用真空薄膜蒸發器蒸發多余的水分，以80°C 120°C加熱，于5分鐘內排除水分至5% 13%，即可將纖維 素溶解成紡絲的黏液(dope)；
(d)以計量泵(pump)將黏液送入紡絲機，再以干噴濕式紡絲法(dry-jetwetspinning)，將黏液從紡絲機的紡口中擠壓出來形成纖維素絲束；
Ce)噴出水霧使纖維素絲束經凝固浴凝固而再生成紡絲，再以潔凈的水漂洗；
Cf)進行捻絲，采用側邊喂紗的中空錠子方式，將數條天然纖維素纖維絲束合捻(twist)起來，喂入的每一天然纖維素纖維絲束的丹尼數約為2，500d，合捻后的總丹尼數約為25，OOOd 30，000d,且在進行合搶時同步加入一條包覆絲(cover filament),而將整個天然纖維素纖維絲束充分纏繞包覆，以防止經由夾絲輪輸送至后續裁切時發生退捻的狀態；其中，該中空錠子由高速馬達帶動，并以定齒皮帶進行兩者間的傳動連結，其轉速為I, 800r.p.m 10，800r.p.m,并將捻絲的捻度控制在200TPM 1，200TPM之間，而具有調整裁切后天然纖維素纖維人工水苔的松緊度，使其滿足不同吸水能力所應有的不同松緊度的需求；
(g)裁切，依不同蘭花栽培介質所需的長度，配合調整喂入夾絲輪的頻率，再裁切成不同長度需求的天然纖維素纖維人工水苔，其長度可控制在3cm 30 cm ;及
(h)最后，將裁切過的天然纖維素纖維人工水苔送入滾筒干燥機內進行干燥，烘干溫度為120°C 150°C，烘干時間約30分鐘 60分鐘，即可制得天然纖維素纖維人工水苔成品。該步驟(a)中氧化甲基瑪琳(NMMO)溶劑的濃度為45% 75%。該天然纖維素纖維人工水苔的pH值介于6.0 7.2之間。
該天然纖維素纖維人工水苔的EC值比天然水苔低3倍以上。


圖1為本發明的制造流程圖。圖2為本發明使用的氧化甲基瑪琳(N-methylmorpholine N-oxide,簡稱ΝΜΜ0)化學結構圖。圖3為本發明中捻絲的作動示意圖。圖4為本發明的天然纖維素纖維人工水苔與天然水苔的外觀示意圖，其中，左圖為天然纖維素纖維人工水苔外觀圖，右圖為天然水苔外觀圖
圖5為不同水苔的干燥特性曲線圖。圖6為使用本發明的天然纖維素纖維人工水苔與天然水苔同時進行蝴蝶蘭栽培試驗的生長示意圖之一；其中，上圖為天然水苔的生長示意圖，下圖為天然纖維素纖維人工水苔的生長示意圖。圖7為使用本發明的天然纖維素纖維人工水苔與天然水苔同時進行蝴蝶蘭栽培試驗的生長示意圖之二。其中，左圖為天然水苔的生長示意圖，右圖為天然纖維素纖維人工水苔的生長示意圖。圖8為使用本發明的天然纖維素纖維人工水苔與天然水苔同時進行蝴蝶蘭栽培試驗的生長示意圖之三。其中，左圖為天然水苔的生長示意圖，右圖為天然纖維素纖維人工水苔的生長示意圖。圖中具體標號如下。1-天然纖維素纖維絲束2-包覆絲
3-天然纖維素纖維人工水苔 10-中空錠子
20-高速馬達30-定齒皮帶
40-夾絲輪50-裁刀。
具體實施例方式為進一步說明本發明的制作流程與功效，茲佐以圖標及各試驗實例詳細說明如后。請參閱圖1至圖4所示，本發明以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其步驟包含:
(a)將天然木衆與氧化甲基瑪琳(N-methylmorpholine N-oxide,簡稱ΝΜΜ0)溶劑混合的衆液內，另摻入苯基惡唑(1，3-phenylene - bis 2-oxazoline,BOX)安定劑,使其相混合調配成一定比例的初漿液；其中，該選用天然木漿的纖維素是為α-纖維素含量在65%以上的長纖維或短纖維，且其纖維素聚合度(degree of polymerization,簡稱DP)為500 1200，該氧化甲基瑪琳(NMMO)的化學結構圖如圖2所示。(b)使用高速攪拌機，將步驟(a)的初漿液置入后，以50°C 70°C低溫進行高速攪碎，并藉由氧化甲基瑪琳(NMMO)對纖維素膨潤性大、溶解性高及溶解速率快等功效，來達成快速相互混合溶解。 (c)使用真空薄膜蒸發器蒸發多余的水分，以80°C 120°C加熱，于5分鐘內排除水分至5% 13%，即可將纖維素溶解成紡絲的黏液(dope)。(d)以計量泵(pump)將黏液送入紡絲機，再以干噴濕式紡絲法(dry-jet wetspinning)，將黏液從紡絲機的紡口中擠壓出來形成纖維素絲束；
(e)噴出水霧使纖維素絲束經凝固浴凝固而再生成紡絲，再以潔凈的水漂洗。(f)進行捻絲，如圖3所示，是采用側邊喂紗的中空錠子10方式，將數條天然纖維素纖維絲束I合捻(twist)起來，喂入的每一天然纖維素纖維絲束I的丹尼數約為2，500d,合捻后的總丹尼數約為25，OOOd 30，OOOd,且在進行合捻時同步加入一條包覆絲(coverfilament) 2,而將整個天然纖維素纖維絲束I充分纏繞包覆，以防止經由夾絲輪40輸送至后續裁刀50進行裁切時發生退捻的狀態，其中，該中空錠子10由高速馬達20帶動，并以定齒皮帶30進行兩者間的傳動連結，其轉速為1，8001^.111 10，8001^.111，并將捻絲的捻度控制在200TPM 1，200TPM之間，而具有調整裁切后天然纖維素纖維人工水苔3的松緊度，使其滿足不同吸水能力所應有的不同松緊度的需求。(g)裁切，如圖3所示，是依不同蘭花栽培介質所需的長度，而配合調整喂入夾絲輪40的頻率，再用鎢鋼裁刀50裁切成不同長度需求的天然纖維素纖維人工水苔3，該天然纖維素纖維人工水苔3的長度可控制在3cm 30 cm。(h)最后，將裁切過的天然纖維素纖維人工水苔3送入滾筒干燥機內進行干燥，烘干溫度為120°C 150°C，烘干時間約30分鐘 60分鐘，即可制得天然纖維素纖維人工水苔3成品，其外觀形狀如圖4中的左圖所示(另圖4中的右圖是天然水苔的外觀圖示)。其中，步驟(a)中氧化甲基瑪琳(NMMO)溶劑的濃度為45% 75%。將本發明依上述步驟所完成的天然纖維素纖維人工水苔，進行各項試驗并與天然水苔比較分析如下:
一、〔水苔通氣與吸水性量測方法〕:
水苔的物性量測標準作業程序如下:
1.以3.5吋軟盆，底部排水口以膠帶或其它填塞工具加以密封，密閉性代表確定水分無法滲出。軟盆的容積(總體積)可以承置的水分總重量加以計算(Vp)。2.將待測水苔放置于軟盆內，直到完全填滿。放入的水苔體積和軟盆體積(Vm)相同(Vm=Vp)。3.緩慢的加入水分，直到水苔飽和不再吸收水分。水分不可過滿而溢出軟盆之外，也不能造成水苔浮起而流到軟盆外面。4.靜置15分鐘，如果水面低下代表水苔需要持續加水，則再添加水分至水苔飽和，而維持軟盆表面水位整齊。5.紀錄所加入的水重(Wadd)。6.自軟盆底部撕去膠帶或移除填塞物，使水分自軟盆滴落，滴落的水分加以收集并稱重(Wdrop)，此水分滴落時間通常需要維持I小時以上。7.自軟盆內取出水苔加以稱重(Wl)。8.潮濕的水苔放置烘箱內，以70-80°C，烘干36小時以上，最后的干燥的水苔重量為W2。二、〔水苔物性的定義與計算方式〕:
1.總孔隙度(Total porosity, TP):代表在一定體積的水苔所能夠加入的水量(吸水量)，此數值代表此代表吸水能力，也可以用以評估通氣性能。
權利要求
1.一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其特征在于:其步驟包含: (a)將天然木漿與氧化甲基瑪琳溶劑混合成漿液，另摻入苯基惡唑安定劑，使其相混合調配成一定比例的初漿液；其中，該選用天然木漿的纖維素是為α-纖維素含量在65%以上的長纖維或短纖維，且其纖維素聚合度為500 1200 ； (b)使用高速攪拌機，將步驟(a)的初漿液置入后，以50°C 70°C低溫進行高速攪碎，并藉由氧化甲基瑪琳對纖維素膨潤性大、溶解性高及溶解速率快等功效，來達成快速相互混合溶解； (c)使用真空薄膜蒸發器蒸發多余的水分，以80°C 120°C加熱，于5分鐘內排除水分至5% 13%，即可將纖維素溶解成紡絲的黏液； Cd)以計量泵將黏液送入紡絲機，再以干噴濕式紡絲法，將黏液從紡絲機的紡口中擠壓出來形成纖維素絲束； Ce)噴出水霧使纖維素絲束經凝固浴凝固而再生成紡絲，再以潔凈的水漂洗； (f)進行捻絲，采用側邊喂紗的中空錠子方式，將數條天然纖維素纖維絲束合捻起來，喂入的每一天然纖維素纖維絲束的丹尼數約為2，500d，合捻后的總丹尼數約為25，OOOd 30，000d，且在進行合捻時同步加入一條包覆絲，而將整個天然纖維素纖維絲束充分纏繞包覆，以防止經由夾絲輪輸送至后續裁切時發生退捻的狀態；其中，該中空錠子由高速馬達帶動，并以定齒皮帶進行兩者間的傳動連結，其轉速為1，8001^.111 10，8001^.111，并將捻絲的捻度控制在200TPM 1，200TPM之間，而具有調整裁切后天然纖維素纖維人工水苔的松緊度，使其滿足不同吸水能力所應有的不同松緊度的需求； (g)裁切，依不同蘭花栽 培介質所需的長度，配合調整喂入夾絲輪的頻率，再裁切成不同長度需求的天然纖維素纖維人工水苔，其長度可控制在3cm 30 cm ;及 (h)最后，將裁切過的天然纖維素纖維人工水苔送入滾筒干燥機內進行干燥，烘干溫度為120°C 150°C，烘干時間約30分鐘 60分鐘，即可制得天然纖維素纖維人工水苔成品。
2.根據權利要求1所述的以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其特征在于:該步驟(a)中氧化甲基瑪琳溶劑的濃度為45% 75%。
3.根據權利要求1所述的以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其特征在于:該天然纖維素纖維人工水苔的pH值介于6.0 7.2之間。
4.根據權利要求1所述的以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，其特征在于:該天然纖維素纖維人工水苔的EC值比天然水苔低3倍以上。
全文摘要
本發明涉及一種以天然纖維素纖維制備人工水苔的方法，是將天然木漿與氧化甲基瑪琳溶劑以適當比例調配成漿液，去除水分后形成黏液，并以干噴濕式紡絲法紡絲，再經凝固再生、水洗、捻絲、裁切及干燥而制得天然纖維素纖維人工水苔。
文檔編號D01F1/10GK103210826SQ20131014451
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月24日 優先權日2012年12月14日
發明者周文東, 賴明毅, 黃坤山 申請人:聚隆纖維股份有限公司