CN103898616A - 一种剑麻脱胶工艺 - Google Patents
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Abstract
一种剑麻脱胶工艺，针对目前剑麻脱胶过程环境污染严重、纤维损伤大、木质素含量高等问题，该方法首先在高温高压条件下闪爆预处理剑麻纤维，避免纤维损伤的同时使胶质结构变化，以此去除大部分胶质。然后利用漆酶能够降解木质素的特性，将木质素酚型结构单元分解成酚氧游离基，出去剑麻纤维大部分木质素。该方法具有脱胶效率高、纤维手感柔软、精干麻产品质量好，而且不使用化学药品，不污染环境等特点。
Description
技术领域
本发明涉及麻类脱胶技术领域，具体涉及一种闪爆和漆酶协同对剑麻进行脱胶的方法。
背景技术
剑麻是多年生叶纤维作物，是当今世界用量最大、范围最广的一种硬质纤维。剑麻纤维色泽光白，具有强力高、耐磨、耐腐蚀、吸湿放湿快、伸长率低等特点，是一种良好的纺织原料。剑麻纤维制品具有坚韧耐磨、质地刚柔、富有弹性、不霉变、耐腐蚀、无毒、无过敏、洁净、无污染、防静电等作用，其纤维制品越来越受到重视。随着剑麻的特性越来越被更广泛的行业和人群认知，新产品和新用途也将不断地被开发出来。
脱胶作为麻类纤维初步加工中的一道重要工序，既要脱去剑麻纤维中的大部分胶质杂质，使剑麻纤维变细***，同时也必须保留部分胶质以不致麻纤维完全分离。脱胶质量的好坏，直接影响到剑麻纤维的后道加工以及加工制成的成品的各种性能。
剑麻呈束纤维状，在束纤维中单纤维之间由胶质粘结。单纤维排列整齐、紧密。剑麻纤维的化学成分中，木质素含量远远高于其它麻类，半纤维素含量也很高，而果胶和脂蜡质含量较低。剑麻纤维含胶量高，刚度大，弹性和伸长较小，并且导致纤维号数高，脱胶困难。由于木质素含量高，使得剑麻纤维刚度大，弹性和断裂伸长率小，易在空气中氧化泛黄，而脂蜡质含量偏低，亦使纤维刚硬和粗糙，影响纤维的可纺性能，剑麻纤维不能直接用来纺纱。因此，寻找一种好的脱胶方法是剑麻加工利用过程中很重要的一个环节。
目前剑麻纤维脱胶有化学脱胶和生物脱胶两种方式，但是化学脱胶需要用到大量化学试剂，不仅成本高，对纤维损伤严重，还会对环境造成很大程度上的污染；目前研制出的用于剑麻脱胶的酶制剂活性不高、功能不完善，致使单一的生物脱胶不能使剑麻纤维达到用于纺织生产的要求。
近年来，蒸汽闪爆技术用于麻类脱胶的研究越来越多。闪爆处理主要是利用高温高压状态下液态水和水蒸汽作用于纤维原料，并通过瞬间泄压过程实现原料的组分分离和结构变化。但目前对麻纤维采用单一的闪爆处理还存在一定的问题，比如蒸汽压力过高导致麻纤维出现损伤、强力降低、短麻率增加等现象；若蒸汽压力过低，则纤维的***度不高，达不到梳纺工艺的要求等。
目前漆酶作为一种木质素降解酶在造纸工业及其他工业中的应用备受关注。漆酶是一种多酚氧化酶，它利用分子氧作为氧化剂，氧化木质素酚型结构单元成为酚氧游离基，同时还原分子氧生成水。并且在介体的存在下作用会得到增强。漆酶／介体体系能够降解木质素的这一特性已被应用于不同的生物技术工艺。
为了进一步制取高品质剑麻纤维，完善剑麻脱胶工艺，本发明针对目前剑麻脱胶中存在的环境污染严重、纤维损伤大、脱胶效果不理想等问题，提供一种新的剑麻脱胶工艺，即闪爆法和漆酶协同作用脱胶。该方法先对剑麻进行闪爆预处理，在高温高压液态水以及瞬间泄压的作用下，使剑麻部分胶质分离，然后在漆酶的作用下，剑麻纤维中的木质素得以分解脱除，制取品质良好的剑麻精干麻。
发明内容
本发明的实现方法如下：
本发明的第一个目的是针对剑麻纤维胶质和木质素含量高而引起的纤维刚硬粗糙等问题，提出一种适合于剑麻脱胶的新方法。用该方法对剑麻纤维进行脱胶，可以脱除剑麻纤维中的大部分胶质，得到长度、细度都符合纺织加工要求的剑麻束纤维。
本发明的第二个目的是针对目前大多数麻类脱胶方法存在的环境污染严重、对纤维损伤大、脱胶效果不理想等问题，提出一种新的联合脱胶方法。首先对剑麻纤维进行闪爆预处理，破坏剑麻纤维中半纤维素、果胶等胶质的结构，然后用漆酶对剑麻进行处理，进一步脱除剑麻纤维中的木质素，从而达到对剑麻纤维脱胶及柔软化的目的。
为实现本发明的第一个目的，采用闪爆和生物酶协同作用对剑麻纤维进行脱胶，首先通过闪爆过程中高温高压的作用使纤维内胶质分离，使剑麻纤维内部的半纤维素、果胶等大分子初步分解，然后利用漆酶进一步分解剑麻纤维中的木质素。
为实现本发明的第二个目的，本发明提供的闪爆与生物酶联合脱胶工艺的工艺流程如下：
剑麻纤维试样→闪爆预处理→水洗→生物酶处理→酶失活处理→打纤→水洗→脱水→给油→脱水→烘干→剑麻精干麻。
工艺设备：STEAMEX型蒸汽闪爆装置(立信染整机械深圳有限公司)、DZF-6020型恒温鼓风干燥箱(巩义市予华仪器有限责任公司)、电子天平、恒温水浴锅等。
所述的剑麻纤维为广西剑麻集团有限公司提供的熟麻。
所述的闪爆预处理的原理是将剑麻纤维这种不同天然高分子聚合体在高温高压条件下热处理，经过热处理的原麻中的水分子及各组分吸收高热能量，使部分半纤维素降解成可溶性糖；同时木质素软化并且部分降解，与纤维素间的连接强度降低，为闪爆过程提供选择性的机械分离；然后，闪爆过程利用高温、高压热汽和高温液态水两种介质共同作用于原麻聚合体，瞬问完成的绝热膨胀过程，对外做功。在闪爆过程中，膨胀的汽体以冲击波的形式作用于原麻聚合体，使原麻聚合体中纤维素分子链、半纤维素分子链、木质素分子链以及果胶质分子链，在软化条件下产生剪切力变形运动，由于原麻聚合体变形速度比冲击波小的多，使之多次产生剪切，使纤维分离。
本专利中闪爆处理过程如下：，闪爆前先对剑麻进行浸水处理，将剑麻放在水中浸泡60min，首先使其含水量达到150％以上，以便于剑麻纤维内部充分浸湿，然后从水中取出剑麻晾置，使纤维从外表面挥发出多余的水分，直至剑麻含水量为60％左右。将浸水处理后的剑麻放入闪爆装置的压力蒸汽罐中进行闪爆，控制压力在2.5MPa左右，温度250℃左右，保压时间10min左右，突然放压将高温蒸煮过的剑麻瞬间放出。
所述的水洗为采用自来水冲洗剑麻，将纤维上的溶解物去除，冲洗至PH为7.0～7.5左右。
所述的生物酶处理的机理是将某些脱胶菌加在原麻上，细菌利用麻中的胶质作为营养源而大量繁殖，细菌在生长过程中分泌出酶，可分解胶质，使高分子的果胶、半纤维素和木质素等物质分解为低分子，并溶于水中被除去。漆酶是一种多酚氧化酶，它利用分子氧作为氧化剂，氧化木质素酚型结构单元成为酚氧游离基，同时还原分子氧生成水。本专利使用的漆酶由诺维信生物公司提供，稀释后酶的活性为150IU／mL。
本专利中生物酶处理过程如下：先配置生物酶水溶液：取闪爆处理后的剑麻重量的0.05％的漆酶与20倍原剑麻重量的水混合成漆酶水溶液，调节pH值为4.0～6.0，温度为40～65℃，然后将剑麻浸渍于生物酶水溶液中保持100～120min。
所述的酶失活处理是对经生物酶水溶液处理后的剑麻进行酶失活处理，用高温水洗或调节pH值进行酶失活处理。所述高温水洗时水的温度为80℃～100℃；调节pH值进行酶失活处理时的pH值大于10.0或小于4.0。
所述的打纤是利用机械槌击和水力的喷洗作用将已被闪爆和生物酶分解但仍粘附在纤维上的胶质去除，使纤维更松散、柔软。
所述的给油参数为氨基改性有机硅柔软剂5m1／L，温度40℃左右，处理时间25分钟，浴比1∶15。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用闪爆法和生物酶法协同作用的方式对剑麻进行脱胶，闪爆处理可以脱除剑麻纤维中的半纤维素和果胶等，改变纤维中大分子物质的结构，然后进行生物酶处理，生物酶更容易对剑麻进行脱胶，去除剑麻纤维的部分果胶和木质素，脱胶率可达到80％以上，剑麻细度可达500公支以上。
(2)本发明采用闪爆和生物酶联合对剑麻进行脱胶的方法，脱胶过程中不使用化学试剂，减少了环境污染，降低了生产成本，且对纤维损伤小、精干麻质量高，本发明克服了现有罗布麻脱胶技术残胶率高、精干麻质量不稳定和环境污染严重等诸多问题，具有很强的应用前景。
具体实施方式
一种剑麻闪爆和生物酶联合脱胶的方法，首先通过闪爆过程中高温高压的作用使纤维内胶质分离，使剑麻纤维内部的半纤维素、果胶等大分子初步分解，然后利用漆酶进一步分解剑麻纤维中的木质素。脱胶工艺流程如下：
剑麻纤维试样→闪爆预处理→水洗→生物酶处理→酶失活处理→打纤→水洗→脱水→给油→脱水→烘干→剑麻精干麻
上述脱胶工艺包括如下步骤：
(1)剑麻纤维试样：试样采用广西剑麻集团有限公司提供的熟麻样；
(2)闪爆预处理：闪爆前先对剑麻进行浸水处理，将剑麻放在水中浸泡60min，首先使其含水量达到150％以上，以便于剑麻纤维内部充分浸湿，然后从水中取出剑麻晾置，使纤维从外表面挥发出多余的水分，直至剑麻含水量为60％左右。将浸水处理后的剑麻放入闪爆装置的压力蒸汽罐中进行闪爆，控制压力在2.5MPa左右，温度250℃左右，保压时间10min左右；
(3)水洗：采用自来水冲洗剑麻，将纤维上的溶解物去除，冲洗至PH为7.0～7.5左右；
(4)生物酶处理：先配置生物酶水溶液：取闪爆处理后的剑麻重量的0.05％的漆酶与20倍原剑麻重量的水混合成漆酶水溶液，调节pH值为4.0～6.0，温度为40～65℃，然后将剑麻浸渍于生物酶水溶液中保持100～120min；
(5)酶失活处理：对经生物酶水溶液处理后的剑麻进行酶失活处理，用高温水洗或调节pH值进行酶失活处理。所述高温水洗时水的温度为80℃～100℃；调节pH值进行酶失活处理时的pH值大于10.0或小于4.0；
(6)打纤：利用机械槌击和水力的喷洗作用将已被闪爆和生物酶分解但仍粘附在纤维上的胶质去除，使纤维更松散、柔软；
(7)给油：氨基改性有机硅柔软剂5ml／L，温度40℃，处理时间25分钟，浴比1∶15。
本发明所使用的闪爆预脱胶方法和生物酶脱胶方法都是比较常见的麻类脱胶方法，但是发明人根据剑麻的化学成分组成及纤维结构特点，创新性的将两种方法改进，并形成一种新型的剑麻脱胶工艺配方。该方法经过多次正交实验优化工艺参数，得到了用于剑麻脱胶的闪爆和生物酶协同脱胶的最佳工艺配方。利用该方法可以脱除剑麻纤维80％以上的胶质，并使其木质素含量降到3％以下，可得到细度500公支以上的剑麻纤维；而且该方法不使用化学试剂，对环境污染较小，具有很强的应用前景。
Claims (3)
1.一种剑麻脱胶工艺，其特征在于：闪爆预处理前将剑麻原麻浸水处理24小时，使其含水量达到150％以上，闪爆预处理的工艺参数为：压力2.5MPa，温度250℃，保压时间10min。该工艺条件下，既能去除纤维中大部分胶质，又能避免纤维损伤。
2.根据权利要求1所述的一种剑麻脱胶工艺，其特征在于：利用生物酶进一步对剑麻进行脱胶，取剑麻重量的0.05％的漆酶与20倍原剑麻重量的水混合成漆酶水溶液，调节pH值为4.0～6.0，温度为40～65℃，然后将剑麻浸渍于漆酶溶液中保持100～120min。
3.根据权利要求1所述的一种剑麻脱胶工艺，其特征在于根据剑麻的化学成分中胶质和木质素含量高、纤维粗硬的特点，创新性的将闪爆和酶处理两种方法相结合，形成一种剑麻脱胶工艺配方。该脱胶工艺配方协同作用，能够脱去剑麻中80％以上的胶质，并将剑麻纤维中木质素含量降到3％以下。
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