CN101942702B - 一种椰子壳汽爆脱胶制备椰子壳纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于天然植物纤维资源利用领域，特别涉及椰子壳汽爆脱胶制备椰子壳纤维的方法。此方法首先将椰子壳切成块状后进行汽爆处理，再经过漂洗、漂白得到优质椰子壳纤维。汽爆过程以水蒸气为介质、不添加任何化学试剂，因此本方法清洁无污染，汽爆处理使得椰子壳纤维中80％以上的果胶和半纤维素降解，木质素部分降解，同时将椰子壳纤维束与其他组分完全分离，经漂洗后可去除纤维之外的其他组织，汽爆过程将椰子壳纤维撕裂成松散结构，有利于纤维的漂白、给油、开松，提高纤维质量。本发明为椰子壳纤维制备提供一种清洁、低成本的方法。
Description
技术领域
本发明属于天然植物纤维利用领域，特别涉及椰子壳纤维汽爆脱胶清洁制备椰子壳纤维的方法。
技术背景
东南亚国家及我国的海南省盛产椰子，长期以来人们吃完椰子肉就把椰子壳丢弃了，很少考虑到其壳内层纤维的妙用，造成极大资源浪费。近几年由于化石资源的短缺，环境问题的不断严峻，人们越来越重视椰子壳的利用，通过科学研究及实践，发现椰子壳纤维与大麻等极其相似，而且手感更柔软，条干更均匀，吸湿性及膨松性均好于大麻，是理想的纺织原料。传统的生产工艺流程如下：吃掉椰子肉→椰子壳放入水池浸泡(12～24h)→纤维与壳分离→洗净纤维→在平板上把纤维敲打膨松→晒干→用机器或人工把纤维理顺→并捻→精练→染色→固色→色织或纯织→成品。目前，民间一般把纤维理顺后，并线并搓成绳，然后用碱煮练后染色。大部分用植物染料，也有少许用硫化和还原染料染好烘干后，用来编织各种工艺品，如垫子、壁画、壁毯、装饰品、地毯，也有的用来纯织，制成浴衣、宽大的睡袍、床单等，产品丰富多采，新颖别致。斯里兰卡民间开此先河，产品畅销各地。工业化生产可与真丝、棉纱、粘胶人造丝、人造棉、羊毛等交织，产品与真丝、大麻交织有异曲同工之妙，甚至略胜一筹。椰子壳纤维长于果实中，是椰子果实的废弃物，椰子壳资源的利用不占耕地，价格便宜，产量高，前景十分看好。
要将椰子壳纤维加工成纺织品，首先必须使其工艺纤维具有一定的可纺性，影响其可纺性的指标主要有纤维(束)的长度、细度、强力、断裂伸长、柔软性、弹性、回潮率等，这些指标决定于工艺纤维的结构和纤维中残留物质的成份和含量，可见提高椰子壳纤维可纺性的关键在于脱胶质量，椰子壳纤维的脱胶工艺将直接影响到其可纺性，脱胶效果不理想，如残胶率和木质素的含量过高，还将影响到其后序的纺纱工序。
虽然椰子壳纤维有许多优点、用途广泛，但椰子壳纤维的制备始终没有取得关键性的突破，还没有成熟的脱胶工艺。一般套用苎麻、大麻等脱胶的方法，主要有化学脱胶法和生物脱胶法，也有化学-生物复合脱胶方法。它们各自有其优缺点。
化学脱胶是目前国内外制麻工业所采用的主要方法，分为高温高压和常温常压两大类，视原麻品质和纺纱工艺的不同要求而采取不同的脱胶工艺。
高温高压煮练，脱胶速度快，胶质去除多，精干麻棍质较好，但纤维制成率较低，制成的工艺纤维长度较短。常温常压煮练，脱胶速度慢，胶质去除较少，精干麻纤维分离度差，纤维制成率高，但制成的工艺纤维长度较长。通常质量好的原麻，采用精梳工艺用干纺法纺制低特纱(细支纱)时，采用高温高压法，而品质较差，采用粗梳工艺用湿纺法纺制中、高特纱(中、粗支纱)时采用常温常压为多。虽然化学脱胶时间只需五、六个小时，比生物脱胶的几天要短得多，但相对而言，时间仍较长，且耗能较多，成本高，污染环境。不少科研人员近年来研究了不少速度更快的化学脱胶方法。比如改变碱煮前的预酸处理为预氧、预氯、预尿氧处理或者是变二次碱煮为一次碱煮等方法。这些方法虽取得一定的进展，但始终未能摆脱化学脱胶方法污染严重的缺陷。
由于化学脱胶会产生严重的污染，逐渐受到限制，而生物脱胶有绿色环保的优点，已成为研究的热点。生物脱胶主要包括微生物脱胶和酶脱胶两种方法。微生物脱胶是把经过筛选的脱胶菌株接种到生原麻上，以原麻上的胶质为营养源，让脱胶菌在生苎麻上大量繁殖，在脱胶菌繁殖过程中，分泌出脱胶酶分解胶质，使高分子量的果胶及半纤维素等大分子分解成小分子物质而溶于水中，即在缓和条件下进行的一系列“胶养菌，菌产酶，酶脱胶”的生化反应。酶脱胶是直接利用脱胶酶制剂或者脱胶菌株产生酶纯化的酶作用于原麻上，利用酶的生物活性，降解原麻纤维外包裹的胶质复合体，从而使纤维分离出来。常用的脱胶酶有果胶酶、半纤维素酶和木质素降解酶等，这3种酶类的组成较复杂。
我国在麻类微生物脱胶方面进行了一系列的研究，国外开展的研究工作较少，主要是日本和印度。从工业化角度研究微生物脱胶，我国始于20世纪80年代，经历了20多年的发展，微生物脱胶方面的研究取得了一定的进展，但也存在着不足。到目前为止，国内外麻类生物脱胶法未普及生产，仅停留在试验生产阶段。主要是因为麻胶质成分十分复杂，需要相应的复杂酶系共同作用，而自然界的菌株往往只具有1种或几种相关的酶类，或者缺少脱胶关键酶，故需要复合菌群的作用降低麻胶质，达到脱胶的目的；对麻脱胶的多酶降解机理还不清楚。脱胶法菌种产酶能力低、菌种脱胶关键酶活力不高或分泌的酶系不全、脱胶效果不稳定等使脱胶处理达不到麻纺对纤维残胶率的要求。
蒸汽爆破是采用空气、水蒸汽等介质对物料进行爆破。由于植物细胞壁由纤维素、半纤维素、木质素等物质组成，易受高压空气膨胀时的冲击而破裂，同时水蒸汽易浸入植物细胞中，使成分软化，产生一系列的化学变化，从而削弱了纤维间的粘结。蒸汽爆破后纤维素充分暴露，变成结构疏松、柔软的立体状组织。汽爆处理使得椰子壳纤维中80％以上的果胶和半纤维素降解，同时将椰子壳纤维束与其他组分完全分离，经漂洗后可去除纤维之外的其他组织，汽爆过程将椰子壳纤维撕裂成松散结构，有利于纤维的漂白、给油、开松，提高纤维质量。本发明为椰子壳纤维制备提供清洁廉价的方法，将产生较大的经济和社会效益。
发明内容
【本发明的目的】本发明的目的是针对椰子壳纤维脱胶技术不成熟、污染严重等问题，提供一种椰子壳汽爆脱胶清洁制备椰子壳纤维的方法。
【技术方案】本发明提供的椰子壳汽爆脱胶清洁制备椰子壳纤维的方法，包括如下步骤：
(1)蒸汽爆破：对收集的椰子壳切割成长度为5-10cm，厚度为1-3cm的块状，在0.7～1.4MPa压力下维压2～10min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆椰子壳漂洗：对汽爆后的原料用10-30倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素组分；
(3)汽爆椰子壳漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：Na2SiO3，5-10g/L；H2O2，6-10g/L；NaOH，4-8g/L，第二段漂白液的组成为：Na2SiO3，5-10g/L；H2O2，3-8g/L；NaOH，3-5g/L，均在40-60℃下，各漂20-50min，固液比：1/10-1/20；漂白完成后经漂洗便得到椰子壳纤维。
【技术特点】本专利的核心是椰子壳纤维的清洁制备技术，通过无污染蒸汽爆破技术对椰子壳进行脱胶处理，再经漂洗、漂白后制得优质的椰子壳纤维，该技术不仅降低了椰子壳纤维的制备成本，避免了环境污染，而且可提高椰子壳纤维的得率和品质，经济性前景好。
具体实施方式
实施例1：
(1)蒸汽爆破：对收集的椰子壳切割成长度为5-10cm，厚度为1-3cm的块状，在1.4MPa压力下维压2min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆椰子壳漂洗：对汽爆后的原料用30倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素组分；
(3)汽爆椰子壳漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：Na2SiO3，5g/L；H2O2，6g/L；NaOH，4g/L，第二段漂白液的组成为：Na2SiO3，5g/L；H2O2，3g/L；NaOH，3g/L，均在40℃下，各漂50min，固液比：1/20；漂白完成后经漂洗便得到椰子壳纤维。椰子壳纤维的得率为原料干重的46％。
实施例2：
(1)蒸汽爆破：对收集的椰子壳切割成长度为5-10cm，厚度为1-3cm的块状，在1.3MPa压力下维压3min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆椰子壳漂洗：对汽爆后的原料用20倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素组分；
(3)汽爆椰子壳漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：Na2SiO3，8g/L；H2O2，10g/L；NaOH，6g/L，第二段漂白液的组成为：Na2SiO3，5g/L；H2O2，3g/L；NaOH，3g/L，均在40℃下，各漂50min，固液比：1/20；漂白完成后经漂洗便得到椰子壳纤维。椰子壳纤维的得率为原料干重的45％。
实施例3：
(1)蒸汽爆破：对收集的椰子壳切割成长度为5-10cm，厚度为1-3cm的块状，在1.0MPa压力下维压3min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆椰子壳漂洗：对汽爆后的原料用20倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素组分；
(3)汽爆椰子壳漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：Na2SiO3，10g/L；H2O2，7g/L；NaOH，6g/L，第二段漂白液的组成为：Na2SiO3，5g/L；H2O2，3g/L；NaOH，3g/L，均在60℃下，各漂40min，固液比：1/20；漂白完成后经漂洗便得到椰子壳纤维。椰子壳纤维的得率为原料干重的42％。
实施例4：
(1)蒸汽爆破：对收集的椰子壳切割成长度为5-10cm，厚度为1-3cm的块状，在0.9MPa压力下维压6min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆椰子壳漂洗：对汽爆后的原料用25倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素组分；
(3)汽爆椰子壳漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：Na2SiO3，10g/L；H2O2，9g/L；NaOH，8g/L，第二段漂白液的组成为：Na2SiO3，5g/L；H2O2，5g/L；NaOH，3g/L，均在50℃下，各漂40min，固液比：1/20；漂白完成后经漂洗便得到椰子壳纤维。椰子壳纤维的得率为原料干重的44％。
实施例5：
(1)蒸汽爆破：对收集的椰子壳切割成长度为5-10cm，厚度为1-3cm的块状，在1.1MPa压力下维压4min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆椰子壳漂洗：对汽爆后的原料用20倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素组分；
(3)汽爆椰子壳漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：Na2SiO3，9g/L；H2O2，6g/L；NaOH，7g/L，第二段漂白液的组成为：Na2SiO3，5g/L；H2O2，3g/L；NaOH，3g/L，均在50℃下，各漂40min，固液比：1/20；漂白完成后经漂洗便得到椰子壳纤维。椰子壳纤维的得率为原料干重的40％。
Claims (3)
1.一种椰子壳汽爆脱胶制备椰子壳纤维的方法，包括如下步骤：
(1)蒸汽爆破：对收集的椰子壳切割成长度为5-15cm，厚度为1-4cm的块状，在0.7～1.4MPa压力下维压2～10min进行蒸汽爆破处理；
(2)汽爆椰子壳漂洗：对汽爆后的原料用10-30倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素组分；
(3)汽爆椰子壳漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：Na2SiO3，5-10g/L；H2O2，6-10g/L；NaOH，4-8g/L，第二段漂白液的组成为：Na2SiO3，5-10g/L；H2O2，3-8g/L；NaOH，3-5g/L，均在40-60℃下，各漂20-50min，固液比：1/10-1/20；漂白完成后经漂洗便得到椰子壳纤维。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(1)所述的椰子壳是新鲜或晾干的原料，汽爆时原料的水分含量调整为40-70％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所制备的椰子壳纤维用于纺织、编织和造纸。
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