CN104178819A

CN104178819A - 一种汉麻纤维冷冻骤热木质素酶辅助脱胶工艺

Info

Publication number: CN104178819A
Application number: CN201410354750.9A
Authority: CN
Inventors: 魏丽乔; 高向华; 李闲闲; 袁保卫; 许并社; 马森源
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2034-07-24
Also published as: CN104178819B

Abstract

一种汉麻纤维冷冻骤热木质素酶辅助脱胶工艺，其所述脱胶工艺是在超声波水煮、预浸酸后，进行UV-辐射、冷冻骤热、木质素酶处理，最后再进高温高压脱胶处理。经该工艺处理后的汉麻纤维表面脱胶效果优于化学法和机械法脱胶，残胶率和木质素含量较低，符合纺织后整理工艺需求，在获得良好的白度和柔软性的同时，还将纤维的断裂强力控制在可纺要求之内，纤维的长度和细度也得到了改善，服用性能大大提高，化学处理试剂用量减少，污染废水排放较少，是一种绿色环保的工艺方法。

Description

一种汉麻纤维冷冻骤热木质素酶辅助脱胶工艺

技术领域

本发明涉及一种针对汉麻（即***）原麻纤维的脱胶处理工艺，特别是在高温高压脱胶法的基础上，辅以冷冻骤热和木质素酶处理的一种汉麻纤维冷冻骤热木质素酶辅助脱胶工艺。

背景技术

现有汉麻（即***）纤维的脱胶方法有很多种，如：传统的水池沤麻法、化学脱胶法、微生物脱胶法、酶法脱胶、闪爆法、碱氧法、超声波脱胶法以及机械-化学脱胶法等。

在公开号为CN1851062，名称为“一种***脱胶工艺”的发明专利中，采用常温常压和高温高压相结合的方法对汉麻纤维进行脱胶处理，相比一般脱胶工艺节约时间1.5个多小时，碱浓度大大降低，处理后麻中木质素含量低于0.5％，纤维的强力基本无损失，精干麻洁白松散，质量好。但在本发明中加入的化学试剂较大，碱用量高达5%，约为50g/L，虽然时间有所节约，但是对环境造成的污染较严重。

在公开号为CN100355951C，名称为“一种高温-微生物联合***脱胶方法”的发明专利中，先将***水洗进行高温脱胶煮练处理，后将高温脱胶后的***放入酶解罐中进行微生物处理，得到的***洁白松散，既柔软质量又好，采用的高温低碱技术，对环境几乎没有污染。但是本发明酶解时间长，而且未提及汉麻的残胶率和木质素含量，可能存在着残胶率和木质素含量仍然高的问题。

在公开号为CN101275289B，名称为“汉麻纤维冷冻辐射辐照脱胶工艺”的发明专利中，在热水浴、预浸酸、预氯处理后，进行UV-辐射、骤冷、加热处理，然后再进行碱氧-机械联合脱胶处理，最后加入柔软剂进行了二次煮练。经该工艺处理后的汉麻纤维表面脱胶效果优于常规碱氧法和机械法脱胶，达到了国家一等品的要求，木质素含量符合纺织后整理工艺需求，在获得良好的白度和柔软性的同时，还将纤维的断裂强力和伸长率控制在可纺要求之内，纤维的长度和细度也得到了改善，服用性能大大提高。但是本发明进行两次煮练，煮练所用NaOH和H₂O₂总量为24g/L，化学试剂用量高，环境污染严重。

上述现有对汉麻纤维的脱胶工艺，针对汉麻纤维中存在胶质含量高，难以去除的问题进行了研究，在汉麻脱胶工艺方面均取得了一定的效果。但是上述脱胶工艺一般选择较为单一的脱胶方式，并没有把降低残胶率和减少化学试剂用量二者综合考虑，而且在采用一次碱煮后没有针对木质素含量高而采取专一性的措施，以至于有残胶率高、木质素含量高或者化学试剂用量大的缺点。而降低成本、减少环境污染也是急需解决的实际问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种汉麻纤维冷冻骤热木质素酶辅助脱胶工艺，以解决现有在汉麻脱胶工艺方法中存在着残胶率较高，木质素去除效果不理想、白度和柔软性较低、化学试剂用量大、环境污染严重等问题。

实现上述目的以及解决上述问题的技术方案如下。

一种汉麻纤维冷冻骤热木质素酶辅助脱胶工艺，其特征是在预浸酸处理后，按纤维与溶液的浴比为1:40，每升溶液中浸泡25克纤维，进行如下步骤：

（1）UV辐射处理：将预浸酸处理后的纤维洗至PH=7，放入4-8g/L的双氧水和4-8g/L的氢氧化钠的混合溶液，加入煮练助剂置于280-350nm的紫外光下辐射20-40分钟；

（2）冷冻骤热处理：将UV辐射后的纤维洗至PH=7，放入托盘，冷冻20-40分钟，冷冻温度为-15--55℃，然后立即取出将其置于100℃的恒温沸水中20-40分钟；

（3）木质素酶处理：将冷冻-骤热后的纤维洗至PH=7，甩干，放入PH=4.5-5.5的木质素酶溶液中，在40-50℃恒温水浴中反应1-3小时；

（4）高温高压处理：将木质素酶处理后的纤维洗至PH=7，放入4-12g/L的双氧水和4-12g/L的氢氧化钠的混合溶液，加入煮练助剂放置于高压锅内，压力为0.1-0.15MPa，时间20-30min。

进一步的附加技术方案如下。

所述煮炼助剂是按水玻璃硅酸钠0.2g/L、硫化钠2g/L、三聚磷酸钠2g/L、亚硫酸钠0.8g/L和硫酸镁2 g/L，充分搅拌均匀获得。

所述冷冻骤热的恒温沸水是VU-辐射后的溶液。

所述木质素酶溶液的组成及其含量是：液体木质素酶4-12g/L，用乳化剂将溶液调至PH=4.5-5.5。

实现本发明上述所提供的一种汉麻纤维冷冻骤热木质素酶辅助脱胶工艺的技术方案，其主要的工艺特点如下。

（1）在汉麻纤维的预处理阶段，采用超声波水煮、预酸洗处理，这样不仅使纤维松散，除去部分水溶性杂质，利于脱胶，而且使纤维得到充分润胀，最重要的是克服了单纯热水浴处理使细微杂质难以脱除的缺点。

（2）预酸洗后的纤维加入氢氧化钠、双氧水和煮练助剂，并将其置于强紫外线下辐射，使其纤维表面胶质层受到刻蚀和破坏，增加并扩大裂纹，而且氧化大部分纤维素和部分木质素，使纤维白度增加，木质素更易溶解脱落。

（3）将UV-辐射后的纤维放入急冻冰箱中骤冷，然后取出放入恒温沸水中加热解冻，在这过程中，纤维和胶质基体同时发生不同程度的急剧收缩和膨胀，导致其受到纵向和横向的正反拉伸力作用，使胶质进一步破坏甚至脱落。

（4）冷冻骤热处理后的汉麻纤维进行木质素酶处理，利用木质素酶的针对性降低木质素含量。

（5）对木质素酶处理后的纤维进行高温高压处理，利用水蒸气冲击纤维，促进纤维胶质的脱离及分离，使纤维成束。

经本发明工艺方法处理的汉麻与现有技术处理的汉麻相比，本发明在高温高压脱胶法的基础上，进一步辅以UV-辐射、冷冻骤热，然后针对冷冻骤热后木质素含量较高的缺点，又采用了木质素酶处理，将NaOH和H₂O₂总用量降低至14g/L，较其他脱胶工艺化学试剂用量少了一半或一半以上，而且木质素含量为0.71%、残胶率为2.26%，也比其他脱胶工艺的残胶率低了很多，不仅解决了现有汉麻脱胶工艺方法中存在着残胶率较高，木质素去除效果不理想以及化学试剂用量高，严重污染环境等问题，而且处理后的汉麻达到了国家一等品的要求，符合纺织后整理工艺的需求。同时在本发明获得良好的白度和柔软性的同时，还将纤维的断裂强力和伸长率控制在可纺要求之内；其具体的有益效果还有以下几点。

（1）经该工艺处理后的汉麻纤维表面光滑，基本没有残余胶质，如附图1和附图2所示。

（2）脱胶前后的红外图谱显示该工艺对木质素、半纤维素和果胶质的去除比较彻底，尤其是对木质素的去除率非常高，其特征峰基本消失；见附图3和附图4。

（3）脱胶前后汉麻纤维的各项性能指标比较如表1。

表1

项目	汉麻原麻	冷冻骤热	高温高压
				纤维素（%）	50.34	80.63	97.74
木质素（%）	14.23	1.27	0.71
				残胶率（%）	43.12	19.37	2.26
断裂强度(cN/dtex)	6.67	2.71	1.87
				白度	16.3	45.8	68.5
平均直径(μm)	17.83	14.28	12.36
				平均长度(mm)	22.97	19.3	17.88

从表1中可以看出，采用该工艺脱胶后，①木质素和残胶率都有了明显的降低，尤其是木质素在冷冻骤热和高温高压处理后分别降低到1.27%和0.71%，残胶率分别降低到19.37%和2.26%，与常规化学脱胶方法相比，脱胶效果优为明显，符合纺织后整理的工艺需求；②纤维的白度得到极大地改善，其根、茎部和梢部纤维的外观和手感均变得洁白光滑，柔软细腻，见附图5、图6、图7和图8；③断裂强力虽然有所降低，但仍能保证纺织后整理的需要。

（4）该工艺是在高温高压脱胶工艺基础上再辅以UV-辐射、冷冻骤热和木质素酶处理，污染废水排放较少、化学试剂用量低，是一种比较绿色环保的新工艺。

附图说明

图1是本发明未处理的汉麻原麻SEM像。

图中：汉麻原麻的胶质含量较高，覆盖较厚，且覆盖比较致密均匀，并沿着纤维纵向呈连续分布。

图2是本发明脱胶处理后的汉麻SEM像图。

图中：纤维表面光滑，无残余胶质和杂质，可看到许多较深的纵向沟槽和部分微孔。

图3是本发明汉麻原麻与脱胶处理后汉麻的红外图谱图（局部1）。

图中： A为原麻，B为脱胶处理后的汉麻。其中：893.73cm^-1处被指定为C-无定形和结晶纤维素的H弯曲振动，这一峰值保持不变，这就表明脱胶过程中并没有影响纤维的纤维素结构。1382.95 cm^-1处代表的是芳环C=C伸缩振动峰（聚木糖），这是半纤维素的特征峰，处理后汉麻纤维在该处的振动峰明显减弱，表明脱胶时半纤维素的去除比较彻底。1400.65 cm^-1处代表的是羧酸根COO^-对称伸缩，代表脂蜡质，该峰完全消失说明脂蜡质完全去除。1636.68 cm^-1处为C=O伸缩振动，它是木质素的特征吸收峰，脱胶处理后该峰也基本消失，木质素的去除比较彻底。1741.71 cm^-1为半纤维素糖醛酯基，是半纤维素的特征峰，该峰完全消失，说明半纤维素完全去除。

图4是本发明汉麻原麻与脱胶处理后汉麻的红外图谱图（局部2）。

图中：3416.58cm^-1处是糖类C-OH的OH伸缩振动峰，脱胶后，该峰基本消失，说明该处理对半纤维素的去除效果非常明显。

图5是本发明汉麻原麻根、茎杆部纤维形貌图。

图中：纤维在胶质基体中平行紧密排列成片状或长条状，彼此之间的分离性较差，颜色暗黄，杂质较多，且纤维片比较硬实和坚挺，柔软性和卷曲性较差。

图6是本发明脱胶后汉麻根、茎杆部纤维形貌图。

图中：纤维变得洁白发亮、柔软细腻，且纤维与纤维之间分离性较好，表面杂质和胶质基本被去除，纤维形成一定的卷曲。

图7是本发明汉麻原麻梢部纤维形貌图。

图中：纤维色泽暗黄，表面有许多杂质和斑点，且纤维平行紧密排列成许多细长的片条状，粗细不一，彼此缠绕成团聚状。

图8是本发明脱胶后汉麻梢部纤维形貌图。

图中：纤维白度有了明显提高，胶质和杂质基本去除，柔软性很好，纤维细腻发亮，分离成许多小束彼此缠绕成团。

具体实施方式

本发明在上述发明内容中所述的技术方案通过具体实施方式能够进一步详细说明，其所述有益效果也能够通过具体的实施方式达到其所述效果。

实施方式1

实施本发明所述一种汉麻纤维冷冻骤热木质素酶辅助脱胶工艺的具体步骤如下。

一、超声波-水煮处理

在超声波功率350W、70℃情况下，用去离子水，纤维在溶液中的浓度为25g/L，完全浸泡纤维100min，每隔10min顺/逆时针交替搅拌使其浸泡均匀。用清水洗涤若干次，直至其浸泡液pH值为7。

二、预浸酸处理

在50℃下，采用浓度为2.5g/L的稀硫酸完全浸泡河南固始汉麻原麻（纤维在溶液中的浓度为25g/L）90min，每隔10min顺/逆时针交替搅拌使其浸泡均匀。用清水洗涤若干次，直至其浸泡液pH值为7。

三、UV-辐射处理

将预浸酸处理后的纤维洗至PH=7，放入6g/L的双氧水和6g/L的氢氧化钠的混合溶液，加入煮练助剂置于280-350nm的紫外光下辐射20分钟。

四、冷冻-骤热处理

取出UV-辐射处理后的汉麻纤维，放入托盘中，置于急冻冰箱-55℃中冷冻20min。取出冻结后汉麻置于100℃的恒温沸水中20min。

五、木质素酶处理

将冷冻-骤热后的纤维洗至PH=7，甩干，放入PH=5的木质素酶溶液中，在40℃恒温水浴中反应2小时。

六、高温高压处理

将木质素酶处理后的纤维洗至PH=7，放入8g/L的双氧水和8g/L的氢氧化钠的混合溶液，加入煮练助剂后放置于高压锅内，压力为0.15MPa，时间30min。

七、打麻-脱水-烘干/晾干。

处理后的汉麻纤维采用GB/T 18147.2-2008《***纤维试验方法第2部分：残胶率试验方法》测定残胶率为2.26%，采用GB/T 18147.5-2000《***纤维试验方法第5部分：断裂强度试验方法》测定断裂强度为1.87cN/dtex，得到的汉麻纤维柔软细腻，为最佳脱胶条件。

实施方式2

一种汉麻纤维冷冻骤热木质素酶辅助脱胶工艺的具体步骤如下。

一、超声波-水煮处理

在超声波功率350W、80℃情况下，用去离子水（纤维在溶液中的浓度为25g/L）完全浸泡纤维100min，每隔10min顺/逆时针交替搅拌使其浸泡均匀。用清水洗涤若干次，直至其浸泡液pH值为7。

二、预浸酸处理

在50℃下，采用浓度为1.5g/L的稀硫酸完全浸泡河南固始汉麻原麻（纤维在溶液中的浓度为25g/L）100min，每隔10min顺/逆时针交替搅拌使其浸泡均匀。用清水洗涤若干次，直至其浸泡液pH值为7。

三、UV-辐射处理

将预浸酸处理后的纤维洗至PH=7，放入6g/L的双氧水和6g/L的氢氧化钠的混合溶液，加入煮练助剂置于280-350nm的紫外光下辐射40分钟。

四、冷冻骤热处理

取出UV-辐射处理后的汉麻纤维，放入托盘中，置于急冻冰箱-55℃中冷冻40min。取出冻结后汉麻置于100℃的恒温沸水中40min。

五、木质素酶处理

将冷冻-骤热后的纤维洗至PH=7，甩干，放入PH=5的木质素酶溶液中，在45℃恒温水浴中反应2小时。

六、高温高压处理

将木质素酶处理后的纤维洗至PH=7，放入4g/L的双氧水和4g/L的氢氧化钠的混合溶液，加入煮练助剂后放置于高压锅内，压力为0.15MPa，时间30min。

七、打麻-脱水-烘干/晾干。

处理后的汉麻纤维采用GB/ T 18147.2-2008《***纤维试验方法第2部分：残胶率试验方法》测定残胶率为5.31%，采用GB/T 18147.5-2000《***纤维试验方法第5部分：断裂强度试验方法》测定断裂强度为2.2 cN/dtex，白度为55.7，残胶率虽然稍高，但是仍具有可纺性，且化学试剂用量也减少了。

实施方式3

一、超声波-水煮处理

在超声波功率350W、70℃情况下，用去离子水（纤维在溶液中的浓度为25g/L）完全浸泡纤维80min，每隔10min顺/逆时针交替搅拌使其浸泡均匀。用清水洗涤若干次，直至其浸泡液pH值为7。

二、预浸酸处理

在60℃下，采用浓度为1.5g/L的稀硫酸完全浸泡河南固始汉麻原麻（纤维在溶液中的浓度为25g/L）100min，每隔10min顺/逆时针交替搅拌使其浸泡均匀。用清水洗涤若干次，直至其浸泡液pH值为7。

三、UV-辐射处理

将预浸酸处理后的纤维洗至PH=7，放入8g/L的双氧水和4g/L的氢氧化钠的混合溶液，加入煮练助剂置于280-350nm的紫外光下辐射20分钟。

四、冷冻骤热处理

取出UV-辐射处理后的汉麻纤维，放入托盘中，置于急冻冰箱-35℃中冷冻40min。取出冻结后汉麻置于100℃的恒温沸水中40min。

五、木质素酶处理

将冷冻-骤热后的纤维洗至PH=7，甩干，放入PH=5的木质素酶溶液中，在40℃恒温水浴中反应3小时。

六、高温高压处理

将木质素酶处理后的纤维洗至PH=7，放入4g/L的双氧水和8g/L的氢氧化钠的混合溶液，加入煮练助剂后放置于高压锅内，压力为0.15MPa，时间20min。

七、打麻-脱水-烘干/晾干。

得到的汉麻纤维采用GB/ T 18147.2-2008《***纤维试验方法第2部分：残胶率试验方法》测定残胶率4.41%，采用GB/T 18147.5-2000《***纤维试验方法第5部分：断裂强度试验方法》测定断裂强度为2.01 cN/dtex，但是仍具有可纺性，且化学试剂用量也有所减少。

Claims

1.一种汉麻纤维冷冻骤热木质素酶辅助脱胶工艺，其特征是在预浸酸处理后，按纤维与溶液的浴比为1:40，每升溶液中浸泡25克纤维，进行如下步骤：

2.如权利要求1所述的工艺，其所述煮炼助剂是按水玻璃硅酸钠0.2g/L、硫化钠2g/L、三聚磷酸钠2g/L、亚硫酸钠0.8g/L和硫酸镁2 g/L，充分搅拌均匀获得。

3.如权利要求1所述的工艺，其所述冷冻骤热的恒温沸水是VU-辐射后的溶液。

4.如权利要求1所述的工艺，其所述木质素酶溶液的组成及其含量是：液体木质素酶4-12g/L，用乳化剂将溶液调至PH=4.5-5.5。