CN101307502B - 菠萝叶纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种菠萝叶纤维的制备方法，其包括：菠萝的叶片进行机械处理、酸预浸渍、水洗、碱煮、水洗、脱水、抖松和给油。本发明的优点是提供的菠萝叶纤维的纤维素含量高，其余组分：半纤维素、木质素果胶的含量较低，所以本发明提供的菠萝叶纤维具有很好的物理机械性能，其纤维长度可以达到：3～38cm，纤维细度达到1000～5000公支，强度为：5～6.8cN/dtex，柔软度达到65～85捻/25cm。同时本发明提供的菠萝叶纤维具有很好的染色性能，抗紫外线和抗声波的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种菠萝叶纤维的制备方法及用途。
背景技术
菠萝，为多年生草本植物，原产地为南美洲的巴西，是热带区域的三大名果之一。我国的主要产地在广东、广西、海南、云南、福建、台湾等地。菠萝的叶脉纤维被胶质包裹(即为菠萝叶纤维)，这个纤维可以做成衣服，也可以制成绳索、缝线、绢丝、纸张等产品，可以说菠萝一身都有利用价值，是十分重要的经济农作物。
菠萝叶纤维(我国亦称凤梨麻)取自于风梨植物的叶片中，它与剑麻等纤维一样，属于叶脉纤维。菠萝叶纤维的化学组成与亚麻、黄麻类似，但纤维素含量较低，半纤维素和木质素含量偏高，故菠萝叶纤维粗硬，伸长小，弹性差，吸湿放湿快。纤维中脂蜡质含量较高，因此光泽较好。菠萝叶纤维的可纺性能优于黄麻而次于亚麻，在纺纱前进行适当的脱胶处理可以改善可纺性。菠萝叶纤维单纤维细胞长约2～10mm，宽约1～26μm，长度直径比为450。其单纤维长度较短，在纺纱加工时采用工艺纤维，在脱胶处理时采用半脱胶，以保证残胶能够将短纤维粘连成符合工艺要求的工艺纤维。菠萝叶工艺纤维的强度和断裂伸长介于亚麻与黄麻之间，故其成纱质量优于黄麻而次于亚麻。该纤维外观洁白，柔软爽滑，手感如蚕丝，故又有菠萝丝的称谓。
人类利用菠萝叶纤维已有一定的历史。菲律宾是较早将菠萝叶纤维用于服装、家具布以及工业上的国家。早在19世纪，英国一家亚麻纺织厂就用亚麻湿纺工艺将菠萝叶纤维纺出细纱。印度曾用黄麻和菠萝叶纤维在黄麻纺纱系统上纺出了138tex的混纺纱，且湿纺质量高于干纺，混纺比例中菠萝叶纤维越高，纱线的质量越好。日本在菲律宾建立了菠萝叶纤维原料基地，将纤维运回国内进行精加工后制成高档产品。
我国于20世纪90年代末开始对菠萝叶纤维的提取和应用的研究，试图找到对其合理利用的途径。菠萝叶纤维应用主要体现在两个方面：第一，服用及装饰布。第二，工业用纺织品。
现有的对菠萝叶原料处理的化学方法所需的时间较长。并且制备得到的菠萝叶纤维由于其细度为314公支、断裂强度3.96cN/dtex及柔软度为50捻/25cm，导致其纤维粗、硬，故当纺纱超过10英支以上，由于成纱的断裂强度不够，往往会出现较严重的断头现象，因此难以纺纱。
发明内容
本发明的目的是提供一种所需时间较短的菠萝叶纤维的制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种菠萝叶纤维的制备方法，其原理是在碱煮的过程中加入氧化剂，充分利用碱和双氧水互相作用，以达到有效去除原料中非纤维素物质的目的。在本方明所提供的方案中，碱既起到去除果胶、半纤维素、木质素及其它胶质的作用，又为双氧水的分解提供了一个碱性环境。双氧水在酸性介质中很稳定，分解速率非常低，而在碱性介质中可以被碱活化，双氧水分子发生离解，可以漂白纤维，同时还可以氧化木质素，木质素被氧化后可以溶解于高温强碱液中，从而有助于更好的去除木质素。具体包括下列步骤：
步骤1、将菠萝叶片进行机械处理得到菠萝叶纤维原料；
步骤2、将通过步骤1得到的菠萝叶纤维原料用酸预浸渍；
步骤3、对通过步骤2得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2；
步骤4、将通过步骤3得到的菠萝叶纤维原料煮练锅内进行碱煮；
步骤5、对通过步骤4得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2；
步骤6、将通过步骤5得到的菠萝叶纤维原料进行后处理。
步骤1中所述的机械处理是指先去除菠萝叶片边缘的刺，随后采用机械敲击或轧压的方法将菠萝叶的叶肉胶质刮除。达到高效分离各组分，有效去除其中的部分木质素、半纤维素和果胶的目的。
步骤2中所述的酸预浸渍是指将通过步骤1得到的菠萝叶纤维原料放入浓度为0.5～2g/L的98％浓硫酸溶液，在温度为30℃～60℃下处理1～2小时；菠萝叶纤维原料与硫酸溶液的重量比为1∶16～1∶10。
步骤4中所述的碱煮是指，在煮练锅中加入与菠萝叶纤维原料重量比为10∶1～16∶1的氢氧化钠溶液，所述的氢氧化钠溶液浓度为5～14g/L，以菠萝叶纤维原料重量为100％计，同时还加入1.5～3％的三聚磷酸钠，4～6％的水玻璃，4～8％的碳原子数为5～6的脂肪醇聚氧乙烯醚(以下简称为JFC)和3～10％的过氧化氢溶液，将通过步骤3得到的菠萝叶纤维原料放入煮练锅内通过蒸汽加热，直到煮练锅的压强达到0.1～0.2MPa，保持2～6小时进行蒸煮。
步骤6中所述的后处理是指对菠萝叶纤维原料进行脱水、抖松、给油、再脱水、抖松、最后在75℃～105℃下缓慢烘干。所述的给油是指将由步骤5得到的菠萝叶纤维原料在40℃～80℃的温度下，在油的乳化液中浸渍20～60分钟；菠萝叶纤维原料与油的乳化液的重量比为1∶12～1∶8；所述油的乳化液，以重量百分浓度计，配比为10～50％的矿物油或植物油、2～3％的氢氧化钠、2～3％的碳原子数为5～6的JFC、2～3％的洗涤剂以及余量水，常温常压下搅拌至均匀配制。所述的洗涤剂为十二烷基苯磺酸钠、或者为硬脂酸钠、或者为脂肪醇硫酸钠等。
本发明的优点是提供的菠萝叶纤维的纤维素含量高，其余组分：半纤维素、木质素果胶的含量较低，所以本发明提供的菠萝叶纤维具有很好的物理机械性能，其纤维长度可以达到：3～38cm，纤维细度达到1000～5000公支，强度为：5～6.8cN/dtex，柔软度达到65～85捻/25cm。同时本发明提供的菠萝叶纤维具有很好的染色性能，抗紫外线和抗声波的性能。
具体实施方式
以下结合实施例1至实施例6来具体说明本发明的几种最佳实施方案：
实施例1
步骤1、先除去菠萝叶片边缘的刺，随后采用机械敲击的方法将菠萝叶的叶肉胶质刮除，得到菠萝叶纤维原料。
步骤2、将通过步骤1得到的菠萝叶纤维原料放入浓度为0.5g/L的硫酸溶液锅内，在温度50℃下处理菠萝叶纤维原料2小时，菠萝叶纤维原料与硫酸溶液的重量比为1∶15。
步骤3、对通过步骤2得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2。
步骤4、在煮练锅中加入与菠萝叶纤维原料的重量比为15∶1的氢氧化钠溶液，所述的氢氧化钠溶液的浓度为8g/L，以菠萝叶纤维原料重量为100％计，同时还加入3％的三聚磷酸钠，6％的水玻璃，8％的过氧化氢溶液以及6％的JFC。将通过步骤3得到的菠萝叶纤维原料放入煮练锅内通过蒸汽加热，直达压强达到0.1MPa，保持4小时进行蒸煮。
步骤5、对通过步骤4得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2。
步骤6、将通过步骤5得到的菠萝叶纤维原料进行脱水，使其含水率低于55％。随后将其抖松，最后进行给油。所述的给油是指将菠萝叶纤维原料在40℃的温度下，在油的乳化液中浸渍60分钟。菠萝叶纤维原料与油的乳化液的重量比为1∶8。所述的油的乳化液通过将重量百分浓度为50％的茶油、重量百分浓度为2％的氢氧化钠、重量百分浓度为2％的JFC、重量百分浓度为2％的十二磺酸苯磺酸钠以及重量百分浓度为44％的水，在常温常压下搅拌至均匀制得。将得到的菠萝叶纤维原料脱水，使其含水率低于55％，随后抖松。在95℃下缓慢烘干得到菠萝叶纤维。
脱胶后菠萝叶纤维的制成率达85％，测得纤维的细度为2000公支，断裂强度为5.5cN/dtex，柔软度为65捻/25cm。
实施例2
步骤1、先除去菠萝叶片边缘的刺，随后采用机械敲击的方法将菠萝叶的叶肉胶质刮除，得到菠萝叶纤维原料。
步骤2、将通过步骤1得到的菠萝叶纤维原料放入浓度为1.5g/L的硫酸溶液锅内，在温度30℃下处理菠萝叶纤维原料1.5小时，菠萝叶纤维原料与硫酸溶液的重量比为1∶12。
步骤3、对通过步骤2得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2。
步骤4、在煮练锅中加入与菠萝叶纤维原料的重量比为12∶1的氢氧化钠溶液，所述的氢氧化钠溶液的浓度为12g/L，以菠萝叶纤维原料重量为100％计，同时还加入1.5％的三聚磷酸钠，4％的水玻璃，4％的过氧化氢溶液以及4％的JFC。将通过步骤3得到的菠萝叶纤维原料放入煮练锅内通过蒸汽加热，直达压强达到0.2MPa，保持2小时进行蒸煮。
步骤5、对通过步骤4得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2。
步骤6、将通过步骤5得到的菠萝叶纤维原料进行脱水，使其含水率低于55％。随后将其抖松，最后进行给油。所述的给油是指将菠萝叶纤维原料在60℃的温度下，在油的乳化液中浸渍60分钟。菠萝叶纤维原料与油的乳化液的重量比为1∶12。所述的油的乳化液通过将重量百分浓度为50％的茶油、重量百分浓度为2％的氢氧化钠、重量百分浓度为2％的JFC、重量百分浓度为2％的硬脂酸钠以及重量百分浓度为44％的水，在常温常压下搅拌至均匀制得。将得到的菠萝叶纤维原料脱水，使其含水率低于55％，随后抖松。在100℃下缓慢烘干得到菠萝叶纤维。
脱胶后菠萝叶纤维的制成率达75％，测得纤维的细度为4000公支，断裂强度为6.0cN/dtex，柔软度为75捻/25cm。
实施例3
步骤1、先除去菠萝叶片边缘的刺，随后采用机械敲击的方法将菠萝叶的叶肉胶质刮除，得到菠萝叶纤维原料。
步骤2、将通过步骤1得到的菠萝叶纤维原料放入浓度为2g/L的硫酸溶液锅内，在温度60℃下处理菠萝叶纤维原料2小时，菠萝叶纤维原料与硫酸溶液的重量比为1∶12。
步骤3、对通过步骤2得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2。
步骤4、在煮练锅中加入与菠萝叶纤维原料的重量比为12∶1的氢氧化钠溶液，所述的氢氧化钠溶液的浓度为14g/L，以菠萝叶纤维原料重量为100％计，同时还加入1.5％的三聚磷酸钠，4％的水玻璃，10％的过氧化氢溶液以及4％的JFC。将通过步骤3得到的菠萝叶纤维原料放入煮练锅内通过蒸汽加热，直达压强达到0.2MPa，保持6小时进行蒸煮。
步骤5、对通过步骤4得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2。
步骤6、将通过步骤5得到的菠萝叶纤维原料进行脱水，使其含水率低于55％。随后将其抖松，最后进行给油。所述的给油是指将菠萝叶纤维原料在80℃的温度下，在油的乳化液中浸渍60分钟。菠萝叶纤维原料与油的乳化液的重量比为1∶12。所述的油的乳化液通过将重量百分浓度为50％的菜油、重量百分浓度为3％的氢氧化钠、重量百分浓度为3％的JFC、重量百分浓度为3％的脂肪醇硫酸钠以及重量百分浓度为41％的水，在常温常压下搅拌至均匀制得。将得到的菠萝叶纤维原料脱水，使其含水率低于55％，随后抖松。在85℃下缓慢烘干得到菠萝叶纤维。
脱胶后菠萝叶纤维的制成率达65％，测得纤维的细度为5000公支，断裂强度为6.8cN/dtex，柔软度为85捻/25cm。
实施例4
步骤1、先除去菠萝叶片边缘的刺，随后采用机械敲击的方法将菠萝叶的叶肉胶质刮除，得到菠萝叶纤维原料。
步骤2、将通过步骤1得到的菠萝叶纤维原料放入浓度为2g/L的硫酸溶液锅内，在温度50℃下处理菠萝叶纤维原料2小时，菠萝叶纤维原料与硫酸溶液的重量比为1∶15。
步骤3、对通过步骤2得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2。
步骤4、在煮练锅中加入与菠萝叶纤维原料的重量比为15∶1的氢氧化钠溶液，所述的氢氧化钠溶液的浓度为10g/L，以菠萝叶纤维原料重量为100％计，同时还加入3％的三聚磷酸钠，6％的水玻璃，8％的过氧化氢溶液以及6％的JFC。将通过步骤3得到的菠萝叶纤维原料放入煮练锅内通过蒸汽加热，直达压强达到0.2MPa，保持4小时进行蒸煮。
步骤5、对通过步骤4得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2。
步骤6、将通过步骤5得到的菠萝叶纤维原料进行脱水，使其含水率低于55％。随后将其抖松，最后进行给油。所述的给油是指将菠萝叶纤维原料在80℃的温度下，在油的乳化液中浸渍40分钟。菠萝叶纤维原料与油的乳化液的重量比为1∶8。所述的油的乳化液通过将重量百分浓度为15％的菜油、重量百分浓度为3％的氢氧化钠、重量百分浓度为3％的JFC、重量百分浓度为3％的硬脂酸钠以及重量百分浓度为76％的水，在常温常压下搅拌至均匀制得。将得到的菠萝叶纤维原料脱水，使其含水率低于55％，随后抖松。在90℃下缓慢烘干得到菠萝叶纤维。
脱胶后菠萝叶纤维的制成率达73％，测得纤维的细度为3000公支，断裂强度为6.1cN/dtex，柔软度为68捻/25cm。
实施例5
步骤1、先除去菠萝叶片边缘的刺，随后采用机械敲击的方法将菠萝叶的叶肉胶质刮除，得到菠萝叶纤维原料。
步骤2、将通过步骤1得到的菠萝叶纤维原料放入浓度为1.5g/L的硫酸溶液锅内，在温度30℃下处理菠萝叶纤维原料1.5小时，菠萝叶纤维原料与硫酸溶液的重量比为1∶12。
步骤3、对通过步骤2得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2。
步骤4、在煮练锅中加入与菠萝叶纤维原料的重量比为12∶1的氢氧化钠溶液，所述的氢氧化钠溶液的浓度为8g/L，以菠萝叶纤维原料重量为100％计，同时还加入1.5％的三聚磷酸钠，4％的水玻璃，4％的过氧化氢溶液以及4％的JFC。将通过步骤3得到的菠萝叶纤维原料放入煮练锅内通过蒸汽加热，直达压强达到0.1MPa，保持2小时进行蒸煮。
步骤5、对通过步骤4得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2。
步骤6、将通过步骤5得到的菠萝叶纤维原料进行脱水，使其含水率低于55％。随后将其抖松，最后进行给油。所述的给油是指将菠萝叶纤维原料在80℃的温度下，在油的乳化液中浸渍20分钟。菠萝叶纤维原料与油的乳化液的重量比为1∶12。所述的油的乳化液通过将重量百分浓度为10％的锭子油、重量百分浓度为2％的氢氧化钠、重量百分浓度为2％的JFC、重量百分浓度为3％的十二磺酸苯磺酸钠以及重量百分浓度为83％的水，在常温常压下搅拌至均匀制得。将得到的菠萝叶纤维原料脱水，使其含水率低于55％，随后抖松。在80℃下缓慢烘干得到菠萝叶纤维。
脱胶后菠萝叶纤维的制成率达80％，测得纤维的细度为2500公支，断裂强度为5.1cN/dtex，柔软度为65捻/25cm。
实施例6
步骤1、先除去菠萝叶片边缘的刺，随后采用机械敲击的方法将菠萝叶的叶肉胶质刮除，得到菠萝叶纤维原料。
步骤2、将通过步骤1得到的菠萝叶纤维原料放入浓度为2g/L的硫酸溶液锅内，在温度60℃下处理菠萝叶纤维原料1.5小时，菠萝叶纤维原料与硫酸溶液的重量比为1∶12。
步骤3、对通过步骤2得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2。
步骤4、在煮练锅中加入与菠萝叶纤维原料的重量比为12∶1的氢氧化钠溶液，所述的氢氧化钠溶液的浓度为14g/L，以菠萝叶纤维原料重量为100％计，同时还加入1.5％的三聚磷酸钠，4％的水玻璃，9％的过氧化氢溶液以及4％的JFC。将通过步骤3得到的菠萝叶纤维原料放入煮练锅内通过蒸汽加热，直达压强达到0.1MPa，保持5小时进行蒸煮。
步骤5、对通过步骤4得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2。
步骤6、将通过步骤5得到的菠萝叶纤维原料进行脱水，使其含水率低于55％。随后将其抖松，最后进行给油。所述的给油是指将菠萝叶纤维原料在80℃的温度下，在油的乳化液中浸渍20分钟。菠萝叶纤维原料与油的乳化液的重量比为1∶12。所述的油的乳化液通过将重量百分浓度为10％的锭子油、重量百分浓度为3％的氢氧化钠、重量百分浓度为2％的JFC、重量百分浓度为3％的脂肪醇硫酸钠以及重量百分浓度为82％的水，在常温常压下搅拌至均匀制得。将得到的菠萝叶纤维原料脱水，使其含水率低于55％，随后抖松。在85℃下缓慢烘干得到菠萝叶纤维。
脱胶后菠萝叶纤维的制成率达68％，测得纤维的细度为4500公支，断裂强度为6.5cN/dtex，柔软度为80捻/25cm。
用类似与黄麻纤维的断裂强度和柔软度的常规测试方法，可得到下面的性能对照表。
菠萝叶纤维性能对照表
| 细度 | 断裂强度 | 柔软度 | |
| 未经本发明处理 | 314公支 | 3.96cN/dtex | 50捻/25cm |
| 实施例1 | 2000公支 | 5.5cN/dtex | 65捻/25cm |
| 实施例2 | 4000公支 | 6.0cN/dtex | 75捻/25cm |
| 实施例3 | 5000公支 | 6.8cN/dtex | 85捻/25cm |
| 实施例4 | 3000公支 | 6.1cN/dtex | 68捻/25cm |
| 实施例5 | 2500公支 | 5.1cN/dtex | 65捻/25cm |
| 实施例6 | 4500公支 | 6.5cN/dtex | 80捻/25cm |
Claims (4)
1.一种菠萝叶纤维的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤1、将菠萝叶片进行机械处理得到菠萝叶纤维原料，所述的机械处理是指先去除菠萝叶片边缘的刺，随后采用机械敲击或轧压的方法将菠萝叶的叶肉胶质刮除；
步骤2、将通过步骤1得到的菠萝叶纤维原料用酸预浸渍；
步骤3、对通过步骤2得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2；
步骤4、将通过步骤3得到的菠萝叶纤维原料煮练锅内进行碱煮，所述的碱煮是指，在煮练锅中加入与菠萝叶纤维原料重量比为10∶1～16∶1的氢氧化钠溶液，所述的氢氧化钠溶液浓度为5～14g/L，以菠萝叶纤维原料重量为100％计，同时还加入1.5～3％的三聚磷酸钠，4～6％的水玻璃，4～8％的碳原子数为5～6的脂肪醇聚氧乙烯醚和3～10％的过氧化氢溶液，将通过步骤3得到的菠萝叶纤维原料放入煮练锅内通过蒸汽加热，直到煮练锅的压强达到0.1～0.2MPa，保持2～6小时进行蒸煮；
步骤5、对通过步骤4得到的菠萝叶纤维原料进行水洗，使其pH值达到6.8～7.2；
步骤6、将通过步骤5得到的菠萝叶纤维原料进行后处理得到菠萝叶纤维。
2.如权利要求1所述的一种菠萝叶纤维的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的酸预浸渍是指将通过步骤1得到的菠萝叶纤维原料放入浓度为0.5～2g/L的硫酸溶液，在温度为30℃～60℃下处理1～2小时；菠萝叶纤维原料与硫酸溶液的重量比为1∶16～1∶10。
3.如权利要求1所述的一种菠萝叶纤维的制备方法，其特征在于，步骤6中所述的后处理是指对菠萝叶纤维原料进行脱水、抖松、给油、再脱水、抖松、最后在75℃～105℃下缓慢烘干。
4.如权利要求3所述的一种菠萝叶纤维的制备方法，其特征在于，所述的给油是指将由步骤5得到的菠萝叶纤维原料在40℃～80℃的温度下，在油的乳化液中浸渍20～60分钟；菠萝叶纤维原料与油的乳化液的重量比为1∶12～1∶8；所述油的乳化液，以重量百分浓度计，配比为10～50％的矿物油或植物油、2～3％的氢氧化钠、2～3％的碳原子数为5～6的脂肪醇聚氧乙烯醚、2～3％的洗涤剂以及余量水，常温常压下搅拌至均匀配制。
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