CN101148782B - 一种麻类韧皮纤维闪爆—高温蒸煮联合脱胶工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种麻类韧皮纤维闪爆—高温蒸煮联合脱胶工艺方法。此方法是对大麻、苎麻、黄麻等麻类韧皮纤维进行预处理后，进行闪爆加工，然后进行高温蒸煮脱胶处理，目的是去除麻纤维上残留的果胶、半纤维素和木质素，提高纤维分裂度和柔软性。通过测试表明，采用闪爆—高温蒸煮联合脱胶技术处理的麻纤维，可明显减少木质素、果胶等非纤维素成分，脱胶效果理想，纤维素的比率提高，纤维分裂度高，纤维的软化效果非常好，同时大幅度减少了传统工艺污染产生。
Description
技术领域
本发明涉及一种麻类韧皮纤维闪爆—高温蒸煮联合脱胶工艺方法，此方法对麻类韧皮纤维进行预处理后，进行闪爆加工，然后进行高温蒸煮脱胶处理，目的是去除麻纤维上残留的果胶、半纤维素和木质素，提高纤维分裂度和柔软性。。
背景技术
麻类韧皮纤维的主要组成成份是果胶、半纤维素、纤维素和木质素等。
果胶是植物产生纤维素、半纤维素等成分的营养物质，由含有糖醛酸基环的一种混杂链构成，是一种具有酸性的混杂糖，主要组成成分是果胶酸(pectic acid)及其衍生物，还有与之共生的其他许多多糖类物质。果胶质主要存在于胞间层，是细胞间的粘结物质；同时它也存在于细胞壁中，尤其是初生壁。果胶物质的主链是由半乳糖醛酸基构成的，与其主链相连的还有鼠李糖单元。
在果胶物质中包括可溶性果胶和不溶性果胶。可溶性果胶又称为果胶酸甲酯，对水具有良好的可溶性。果胶酸中的羟基还可与钙离子、镁离子结合生成果胶酸的钙镁盐。果胶酸钙镁盐的特点是不溶于水，故又称为不溶性果胶，俗称生果胶。
原麻中的果胶物质含量随生长期的增加而逐步下降。在麻作物生长初期，果胶物质绝大部分是可溶性果胶。随着植物生长，果胶物质中的一部分转化为纤维素、半纤维素，使其在植物组织中的含量不断下降，另一部分转化为不溶性果胶。将麻作物经收获、剥制、刮青并放置一段时间以后，果胶物质中的可溶性成分绝大部分会转化为不溶性果胶。原麻放置时间越长，不溶性果胶含量越多，脱胶工艺处理难度越大
木质素是植物细胞壁的主要成分之一，基本存在于细胞的细胞膜及细胞壁的内部。麻类植物的木质素主要存在于麻茎的木质部组织及韧皮组织中。木质素在植物中起着支撑作用，同时粘结纤维素，使其具有承受机械作用的能力。其中，一部分木质素与半纤维素成化学结构紧密地联系在一起，但与纤维素间却未发现有化学结合。木质素是具有三度空间网状结构的高分子化合物，分子量为400～5000，在基环中除含有相当量的甲氧基外，还有羟基、羧基、羰基以及双键等。木质素是无定型的粉末状物质，具有芳香类化合物的性质。在植物不同的生长期，木质素的含量也不同。在过期收获的麻纤维中木质素的含量最高，而在同一麻束中，木质素含量分布也各不相同。
麻纤维中木质素含量的多少对麻纤维品质具有重要影响。木质素含量少的纤维光泽好，柔软并富有弹性，可纺性能和印染的着色性能均非常好。反之，纤维光泽差，柔软性、弹性和纤维的可纺性能均低下。
目前，工业上麻纤维的脱胶主要有化学脱胶法和生物脱胶法两种；其中化学脱胶法的原理是利用麻纤维中胶质和纤维素对烧碱作用的稳定性差异去除原麻中的胶质，保留纤维速成分。工艺中以碱剂为主，辅以氧化剂、助剂和一定的机械作用达到脱胶的目的。如申请号为94110637.3的中国专利，申请号为85105350的中国专利都是采用此方法。但是，化学脱胶对环境污染严重，且对纤维有损伤，精干麻制成率也低。
而生物脱胶法则是利用产生果胶酶的微生物或果胶酶制剂在脱胶工艺中加以利用，如申请号为02110152的中国专利，申请号为93115151的中国专利都是采用此方法。但是，从目前来看，单一的生物脱胶还无法用于工业生产，主要是产酶菌种或酶制剂的酶活力太低，酶脱胶后的原麻还含有太多的胶质，同时到目前为止还没有找到合适的木质素酶，因此，生物脱胶难以大规模推广。
而本发明提供的麻类韧皮纤维闪爆—高温蒸煮联合脱胶工艺方法克服了以上缺点，通过对麻类韧皮纤维进行预处理后，进行闪爆加工，然后进行高温蒸煮脱胶处理。通过脱胶前后麻纤维主要化学成分分析、分裂度、柔软度等方法测试表明，闪爆—高温蒸煮联合脱胶技术处理的麻纤维，可明显减少木质素等非纤维素成分，脱胶效果理想，纤维素的比率明显提高，纤维的软化效果非常好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种麻类韧皮纤维闪爆—高温蒸煮联合脱胶工艺方法。本发明提供的一种麻类韧皮纤维闪爆—高温蒸煮联合脱胶工艺方法，包括以下步骤：
a、预浸处理
将麻类韧皮纤维放在预浸处理溶液中浸泡，然后脱水；
b、闪爆
将经过预浸处理的韧皮纤维放入闪爆装置中用高温热蒸汽加压至闪爆压力，保压一定的时间，然后瞬间泄压，对麻纤维进行闪爆；
c、高温蒸煮
将闪爆后的韧皮纤维进行水洗，然后在碱液中对麻纤维进行高温蒸煮处理，经高温排放及水洗后制成脱胶后纤维。
其中，上述的麻类韧皮纤维包括大麻、苎麻、黄麻、茼麻、罗布麻或亚麻。
上述的预浸处理溶液采用酸、碱或水。
上述的预浸处理溶液可采用硫酸溶液，浓度为0.05～0.2％o.w.f，预浸时间为0.1～2h，预浸温度为20～50℃，或采用烧碱溶液，浓度为0.1～1.5％o.w.f，预浸时间为0.2～2h，预浸温度为20～50℃。
上述的预浸处理后脱水后麻类韧皮纤维带液率为20～100％，最佳范围为40～70％。
上述的闪爆装置包括蒸汽发生器、闪爆器及接受器三部分组成。
上述的闪爆压力为0.5～2.0Mpa，最佳范围是0.7～1.3Mpa，所述的闪爆保压时间为10～90min。
上述的高温蒸煮碱液的是NaOH溶液，还可包括Na2S、甲醇或蒽醌的一种或几种。上述的高温蒸煮碱液中NaOH浓度为2～15％o.w.f，Na2S浓度为1～8％o.w.f，甲醇浓度为2～20％o.w.f，蒽醌浓度为0.1～2％o.w.f。
上述的高温蒸煮处理采用温度130～180℃，处理时间为1～5h，优选温度150～160℃，时间为1h～2h；高温蒸煮处理后进行高温排放，排放温度为70℃～130℃。
下面详细说明本发明各步骤的具体过程和作用：
a、预浸处理
将麻类韧皮纤维放在一定浓度溶液中浸泡一定时间，然后脱水至一定含水量。
具体过程为
选取大麻、苎麻、黄麻、茼麻、罗布麻或亚麻原麻皮进行于处理，采用酸溶液、碱溶液或水中进行，处理温度20～50℃。如用酸溶液一般采用硫酸溶液，浓度为0.05～0.2％(o.w.f)，时间为0.1～2h，温度为20～50℃。如用碱溶液一般采用烧碱溶液，浓度为0.1～1.5％(o.w.f)，时间为0.2～2h，温度为20～50℃。预处理后通过挤压或甩干等方法，使得麻皮带液率控制在带液率为20～100％，最佳范围为40～70％，上述带液率为麻皮中水分相对于麻皮干重的百分比。此过程为充分闪爆和更有效去除胶质奠定了基础。
b、闪爆
将经过预浸处理的韧皮纤维放入闪爆装置中用高温热蒸汽加压至一定压力，保压一定的时间，然后瞬间泄压，对麻纤维进行闪爆；
具体过程为
将上述预处理后的麻皮放入包括蒸汽发生器、闪爆器及接受器三部分组成闪爆装置中，通入热蒸汽加压到0.5～2.0Mpa，最佳范围是0.7～1.3Mpa，然后在闪爆器箱体内保压10-90分钟，通过泄压阀瞬间释放压力进行爆破进入接收器箱体中，纤维被部分脱胶并分裂。通过闪爆处理后，麻皮果胶、木质素被去除50～85％，麻皮分纤开裂度达到50～90％，纤维素含量达到70～95％。
c、高温蒸煮
将闪爆后的韧皮纤维进行水洗，然后在碱液中对麻纤维进行高温蒸煮处理，经高温排放及水洗后制成脱胶后纤维。
具体过程为：
将闪爆后的麻皮经洗涤后，进行高温蒸煮，以进一步去除纤维上的杂质。高温蒸煮处理采用碱液蒸煮法，高温蒸煮温度130～180℃，处理时间为1～5h。优选温度150～160℃，时间为1h～2h。高温蒸煮碱液是NaOH溶液，还可添加Na2S或甲醇或蒽醌的一种或几种。其中NaOH浓度为2～15％(o.w.f)，若混合液中添加采用Na2S，其浓度为浓度为1～8％(o.w.f)；如混合液中添加甲醇，甲醇浓度为2～20％(o.w.f)；若混合液中添加蒽醌，其浓度为0.1～2％(o.w.f)。经述的高温蒸煮处理后残液高温排放，排放温度为70℃～130℃，以防止蒸煮出来的杂质回粘。再经过水洗即可得到适合纺纱的柔软性的脱胶麻纤维。
经闪爆—高温蒸煮联合脱胶处理后，按GB5889-86方法测试麻纤维果胶含量可降低到0.8％左右，木质素含量低于1.0％，半纤维素含量低于1.0％，纤维素含量高于96％，纤维柔软，分纤度高，远好于其他单一加工方法。
本发明与已有技术相比有如下的优点：
1、利用本发明处理的麻纤维手感柔软，果胶及木质素的去除较为彻底，纤维素的比率明显提高，麻皮分纤度提高，柔软度增加，可纺性能大大提高。
2、本发明的工艺简单，处理时间短，与传统脱胶方法相比，大大缩短了处理时间。同时，减少了传统工艺化学污水的产生。
3、本发明中的热蒸汽闪爆装置同时可以实现高温、高压及瞬间三大特点，同时满足安全及易操作性能。
附图说明
图1本发明所用闪爆装置示意图
具体实施方式
实施例1
a、预浸处理
将大麻麻皮放在硫酸溶液中浸泡、硫酸浓度为0.05％(o.w.f)，时间为0.1～2h，温度为20℃。预处理后通过挤压，使得麻皮带液率控制在带液率为20％；
b、闪爆
将上述预浸处理后的大麻麻皮放入包括蒸汽发生器、闪爆器及接受器三部分组成闪爆装置中，通入热蒸汽加压到0.5Mpa，然后在闪爆器箱体内保压10分钟，通过泄压阀瞬间释放压力进行爆破进入接收器箱体中，纤维被部分脱胶并分裂。
c、高温蒸煮
将闪爆后的麻皮经洗涤后，进行高温蒸煮，以进一步去除纤维上的杂质。高温蒸煮处理采用碱液蒸煮法，高温蒸煮温度130℃，处理时间为1h，高温蒸煮碱液是NaOH溶液，浓度为2％(o.w.f)，上述的高温蒸煮处理后残液高温排放，排放温度为70℃，以防止蒸煮出来的杂质回粘。再经过水洗即可得到适合纺纱的柔软性的脱胶麻纤维。
实施例2
a、预浸处理
将苎麻麻皮放在硫酸溶液中浸泡、硫酸浓度为0.2％(o.w.f)，时间为2h，温度为50℃。预处理后通过甩干，使得苎麻麻皮带液率控制在带液率为100％；
b、闪爆
将上述预浸处理后的苎麻麻皮放入包括蒸汽发生器、闪爆器及接受器三部分组成闪爆装置中，通入热蒸汽加压到2.0Mpa，然后在闪爆器箱体内保压90分钟，通过泄压阀瞬间释放压力进行爆破进入接收器箱体中，纤维被部分脱胶并分裂。
c、高温蒸煮
将闪爆后的麻皮经洗涤后，进行高温蒸煮，以进一步去除纤维上的杂质。高温蒸煮处理采用碱液蒸煮法，高温蒸煮温度180℃，处理时间为5h，高温蒸煮碱液是NaOH和甲醇的混合溶液，浓度分别为15％(o.w.f)和2％(o.w.f)，上述的高温蒸煮处理后残液高温排放，排放温度为130℃，以防止蒸煮出来的杂质回粘。再经过水洗即可得到适合纺纱的柔软性的脱胶麻纤维。
实施例3
a、预浸处理
将大麻麻皮放在NaOH溶液中浸泡、NaOH浓度为0.1％(o.w.f)，时间为0.2h，温度为20℃。预处理后通过甩干，使得麻皮带液率控制在带液率为50％；
b、闪爆
将上述预浸处理后的大麻麻皮放入包括蒸汽发生器、闪爆器及接受器三部分组成闪爆装置中，通入热蒸汽加压到2.0Mpa，然后在闪爆器箱体内保压90分钟，通过泄压阀瞬间释放压力进行爆破进入接收器箱体中，纤维被部分脱胶并分裂。
c、高温蒸煮
将闪爆后的麻皮经洗涤后，进行高温蒸煮，以进一步去除纤维上的杂质。高温蒸煮处理采用碱液蒸煮法，高温蒸煮温度180℃，处理时间为5h，高温蒸煮碱液是NaOH和Na2S的混合溶液，浓度为15％(o.w.f)和1％(o.w.f)，上述的高温蒸煮处理后残液高温排放，排放温度为100℃，以防止蒸煮出来的杂质回粘。再经过水洗即可得到适合纺纱的柔软性的脱胶麻纤维。
实施例4
a、预浸处理
将黄麻麻皮放在NaOH溶液中浸泡、NaOH浓度为1.5％(o.w.f)，时间为2h，温度为50℃。预处理后通过甩干，使得麻皮带液率控制在带液率为40％；
b、闪爆
将上述预浸处理后的黄麻麻皮放入包括蒸汽发生器、闪爆器及接受器三部分组成闪爆装置中，通入热蒸汽加压到1.8Mpa，然后在闪爆器箱体内保压70分钟，通过泄压阀瞬间释放压力进行爆破进入接收器箱体中，纤维被部分脱胶并分裂。
c、高温蒸煮
将闪爆后的麻皮经洗涤后，进行高温蒸煮，以进一步去除纤维上的杂质。高温蒸煮处理采用碱液蒸煮法，高温蒸煮温度160℃，处理时间为2h，高温蒸煮碱液是NaOH和Na2S的混合溶液，浓度为8％(o.w.f)和8％(o.w.f)，上述的高温蒸煮处理后残液高温排放，排放温度为120℃，以防止蒸煮出来的杂质回粘。再经过水洗即可得到适合纺纱的柔软性的脱胶麻纤维。
实施例5
a、预浸处理
将罗布麻麻皮放在硫酸溶液中浸泡、硫酸浓度为0.1％(o.w.f)，时间为1h，温度为30℃。预处理后通过甩干，使得罗布麻麻皮带液率控制在带液率为70％；
b、闪爆
将上述预浸处理后的罗布麻麻皮放入包括蒸汽发生器、闪爆器及接受器三部分组成闪爆装置中，通入热蒸汽加压到1.3Mpa，然后在闪爆器箱体内保压60分钟，通过泄压阀瞬间释放压力进行爆破进入接收器箱体中，纤维被部分脱胶并分裂。
c、高温蒸煮
将闪爆后的麻皮经洗涤后，进行高温蒸煮，以进一步去除纤维上的杂质。高温蒸煮处理采用碱液蒸煮法，高温蒸煮温度150℃，处理时间为1h，高温蒸煮碱液是NaOH、甲醇和蒽醌的混合溶液，浓度分别为10％(o.w.f)、20％(o.w.f)和0.1％(o.w.f)，上述的高温蒸煮处理后残液高温排放，排放温度为140℃，以防止蒸煮出来的杂质回粘。再经过水洗即可得到适合纺纱的柔软性的脱胶麻纤维。
实施例6
a、预浸处理
将亚麻麻皮放在水溶液中浸泡，温度为40℃。预处理后通过甩干，使得麻皮带液率控制在带液率为70％；
b、闪爆
将上述预浸处理后的亚麻麻皮放入包括蒸汽发生器、闪爆器及接受器三部分组成闪爆装置中，通入热蒸汽加压到0.9Mpa，然后在闪爆器箱体内保压45分钟，通过泄压阀瞬间释放压力进行爆破进入接收器箱体中，纤维被部分脱胶并分裂。
c、高温蒸煮
将闪爆后的麻皮经洗涤后，进行高温蒸煮，以进一步去除纤维上的杂质。高温蒸煮处理采用碱液蒸煮法，高温蒸煮温度140℃，处理时间为1.6h，高温蒸煮碱液是NaOH、甲醇和蒽醌的混合溶液，浓度为7％(o.w.f)、15％(o.w.f)和1.5％(o.w.f)，上述的高温蒸煮处理后残液高温排放，排放温度为110℃，以防止蒸煮出来的杂质回粘。再经过水洗即可得到适合纺纱的柔软性的脱胶麻纤维。
实施例7
a、预浸处理
将大麻麻皮放在NaOH溶液中浸泡、NaOH浓度为1.2％(o.w.f)，时间为1.2h，温度为45℃。预处理后通过甩干，使得麻皮带液率控制在带液率为60％；
b、闪爆
将上述预浸处理后的大麻麻皮放入包括蒸汽发生器、闪爆器及接受器三部分组成闪爆装置中，通入热蒸汽加压到0.7Mpa，然后在闪爆器箱体内保压60分钟，通过泄压阀瞬间释放压力进行爆破进入接收器箱体中，纤维被部分脱胶并分裂。
c、高温蒸煮
将闪爆后的麻皮经洗涤后，进行高温蒸煮，以进一步去除纤维上的杂质。高温蒸煮处理采用碱液蒸煮法，高温蒸煮温度150℃，处理时间为1.2h，高温蒸煮碱液是NaOH、Na2S、甲醇和蒽醌的混合溶液，浓度为7％(o.w.f)、6％(o.w.f)、15％(o.w.f)和2％(o.w.f)，上述的高温蒸煮处理后残液高温排放，排放温度为120℃，以防止蒸煮出来的杂质回粘。再经过水洗即可得到适合纺纱的柔软性的脱胶麻纤维。
Claims (13)
1.一种麻类韧皮纤维闪爆-高温蒸煮联合脱胶工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、预浸处理
将麻类韧皮纤维放在预浸处理溶液中浸泡，然后脱水；所述的预浸处理溶液采用硫酸溶液，浓度为0.05～0.2％o.w.f，预浸时间为0.1～2h，预浸温度为20～50℃，或采用烧碱溶液，浓度为0.1～1.5％o.w.f，预浸时间为0.2～2h，预浸温度为20～50℃；
b、闪爆
将经过预浸处理的韧皮纤维放入闪爆装置中用高温热蒸汽加压至闪爆压力，保压一定的时间，然后瞬间泄压，对麻纤维进行闪爆；
c、高温蒸煮
将闪爆后的韧皮纤维进行水洗，然后在碱液中对麻纤维进行高温蒸煮处理，经高温排放及水洗后制成脱胶后纤维；所述的高温蒸煮处理采用温度130～180℃，处理时间为1～5h。
2.根据权利要求1所述的联合脱胶工艺方法，其特征在于，所述的麻类韧皮纤维为大麻、苎麻、黄麻、茼麻、罗布麻或亚麻。
3.根据权利要求1所述的联合脱胶工艺方法，其特征在于，所述的预浸处理后脱水后麻类韧皮纤维带液率为20～100％。
4.根据权利要求3所述的联合脱胶工艺方法，其特征在于，所述的预浸处理后脱水后麻类韧皮纤维带液率为40～70％。
5.根据权利要求1所述的联合脱胶工艺方法，其特征在于，所述的闪爆装置包括蒸汽发生器、闪爆器及接受器三部分。
6.根据权利要求1所述的联合脱胶工艺方法，其特征在于，所述的闪爆压力为0.5～2.0Mpa，所述的闪爆保压时间为10～90min。
7.根据权利要求6所述的联合脱胶工艺方法，其特征在于，所述的闪爆压力为0.7～1.3Mpa。
8.根据权利要求1所述的联合脱胶工艺方法，其特征在于，高温蒸煮的所述碱液是NaOH溶液。
9.根据权利要求8所述的联合脱胶工艺方法，其特征在于，高温蒸煮的所述碱液还包括Na2S、甲醇或蒽醌的一种或几种。
10.根据权利要求8所述的联合脱胶工艺方法，其特征在于，高温蒸煮的所述碱液中NaOH浓度为2～15％o.w.f。
11.根据权利要求9所述的联合脱胶工艺方法，其特征在于，高温蒸煮的所述碱液中NaOH浓度为2～15％o.w.f，当碱液中添加了Na2S时，Na2S浓度为1～8％o.w.f；当碱液中添加了甲醇时，甲醇浓度为2～20％o.w.f；当碱液中添加了蒽醌时，蒽醌浓度为0.1～2％o.w.f。
12.根据权利要求1所述的联合脱胶工艺方法，其特征在于，所述的高温蒸煮处理后进行高温排放，排放温度为70℃～130℃。
13.根据权利要求1所述的联合脱胶工艺方法，其特征在于，所述的高温蒸煮处理采用温度150～160℃，时间为1h～2h。
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