CN101982571A

CN101982571A - 一种香蕉茎、叶汽爆脱胶制备香蕉纤维的方法

Info

Publication number: CN101982571A
Application number: CN 201010279442
Authority: CN
Inventors: 陈洪章; 彭小伟
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: CN101982571B

Abstract

本发明属于天然植物纤维资源利用领域，特别涉及香蕉茎、叶汽爆脱胶制备香蕉纤维的方法。此方法首先将香蕉茎、叶切割后进行汽爆处理，再经过漂洗、漂白得到优质香蕉纤维。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，汽爆处理使得香蕉茎、叶纤维中90％以上的果胶和半纤维素降解，木质素部分降解，同时将香蕉茎、叶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，汽爆过程将香蕉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。本发明为香蕉纤维制备提供新方法，不仅降低了香蕉纤维脱胶成本，避免了传统脱胶造成环境污染，而且可提高纤维得率和品质。

Description

一种香蕉茎、叶汽爆脱胶制备香蕉纤维的方法

技术领域

本发明属于天然植物纤维利用领域，特别涉及香蕉茎、皮纤维汽爆脱胶清洁制备香蕉纤维的方法。

技术背景

香蕉纤维可分为香蕉茎纤维和香蕉叶纤维。香蕉茎纤维蕴藏于香蕉树的韧皮内，属韧皮类纤维；香蕉叶纤维则蕴藏于香蕉树的树叶中，属叶纤维。目前世界上的香蕉纤维尚未得到大规模开发利用，全球约有129个国家种植香蕉，香蕉茎皮每年废弃量巨大。日本对香蕉纤维的研究开发走在了前列，已有公司成功实现香蕉纤维的产业化，印度等具有丰富香蕉资源的东南亚国家也进行了大量的研究，我国对该种纤维的提取和产品开发正在进行中。

香蕉纤维最早不是用于纺织、服装，而是用于造纸和包装袋。随着科学技术的发展和纺织工业的进步，目前已可与棉及其他纤维进行混纺，并可加工成夹克、牛仔服、网球服、外套、短裤等休闲服装，光泽好，吸水性强。目前，世界香蕉的年产量大约为7000万～8000万t，我国也有500万～600万t，然而与香蕉果实近乎等量的香蕉韧皮、香蕉叶、香蕉假茎等副产品并没有得到应有的开发利用，往往被当作垃圾丢弃掉了。我国每年丢弃的可提取纤维的香蕉废弃物约有200万t，其中可提取的香蕉茎纤维有10万t以上，世界香蕉茎纤维年产量更是高达200万～300万t。然而由于目前香蕉纤维的抽取技术比较落后，不能进行大规模的纤维剥制，因此香蕉纤维在纺织领域的应用还很有限。

香蕉茎纤维单纤维(细胞)长度比较短，大约只有2.0-3.8mm，其单细胞宽度也较细，约在11～34um左右。由于香蕉茎纤维的单纤维太短，不能直接用于纺纱，因此香蕉纤维的脱胶必须采用与亚麻、黄麻相近的半脱胶方式，即保留一部分胶质，将单纤维粘连成具有一定长度的纤维束即“工艺纤维”来纺纱。而且由于其工艺纤维较粗，目前一般只能用于纺中低档纱。香蕉纤维与亚麻、黄麻的性能比较见表1(王红等，香蕉纤维的制备及产品开发，纺织导报，2010，6：105-106)。

表1：香蕉纤维与亚麻、黄麻的性能比较

香蕉茎纤维具有一般麻类纤维的优点，例如，强度高、伸长小、吸湿放湿快、纤维粗硬、初始模量高、弹性差、服用卫生性能良好等特点。相比较棉纤维和化纤而一言，香蕉茎纤维还有光泽好和吸湿性高的优点。

要将香蕉纤维加工成纺织品，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，可见提高香蕉纤维可纺性的关键在于脱胶质量，香蕉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。

虽然香蕉纤维有许多优点、用途广泛，但香蕉纤维的制备始终是一个世界性的难题，没有取得关键性的突破。东华大学对香蕉纤维的提取采用了如下工艺：香蕉鲜叶、浸渍、水洗、晾干，同时为了改变香蕉工艺纤维粗硬、表而粗糙和低伸长的不足，还对其进行了改性研究，经过NaOH溶液处理后，纤维的细度、强力伸长、残胶率等指标都有显著的改善。

但由于香蕉纤维的研究历史较短，还没有成熟的脱胶工艺。在香焦纤维脱胶工艺的选择上，可以借鉴相关的植物纤维脱胶方法尤其是亚麻、黄麻、大麻等麻类工艺纤维的脱胶方法。而用于麻类纤维的脱胶方法主要有生物脱胶法和化学脱胶法。生物脱胶法和化学脱胶法各有它们的优缺点。

由于香蕉纤维自身化学组成的特点：半纤维素和木质素的含量相当高，占纤维组成的30％以上，必然会给生物脱胶带来很大的负担，单纯的生物脱胶将难以达到满意的效果。单纯采用化学脱胶虽然具有脱胶时间短，加工效率高，可在短期内获得成效等优点，但化学脱胶也存在着脱胶过程负担很重、脱胶纤维品质差，成本高，污染环境等缺点。采用化学方法与生物方法联合脱胶也有研究者做过一些尝试，虽然有一定的效果，但增加了单元操作，增加成本，而化学脱胶的污染问题没有得到根本解决。因此必须寻找新的方法来克服目前香蕉纤维制备的难题。

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。汽爆处理使得香蕉茎、叶纤维中90％的果胶和半纤维素降解，同时将香蕉茎、叶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，汽爆过程将香蕉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。本方法不仅降低了香蕉纤维脱胶成本，避免了传统脱胶造成环境污染，而且可提高纤维得率和品质。本发明为香蕉纤维制备提供新方法，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香蕉纤维脱胶技术不成熟、污染严重等问题，提供一种香蕉茎、叶汽爆脱胶清洁制备香蕉纤维的方法。

【技术方案】本发明提供的香蕉茎、叶汽爆脱胶清洁制备香蕉纤维的方法，包括如下步骤：

(1)蒸汽爆破：对收集的香蕉茎、叶切割成长度为5-15cm，在1.0～1.8MPa压力下维压1～8min进行蒸汽爆破处理；

(2)汽爆香蕉茎、叶漂洗：对汽爆后的原料用10-20倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素组分；

(3)汽爆香蕉茎、叶漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为(g/L)：Na₂SiO₃，10；H₂O₂，10；NaOH，10，第二段漂白液的组成为(g/L)：Na₂SiO₃，5；H₂O₂，5；NaOH，5，均在50-60℃下，各漂20-40min，固液比：1/10-1/20；漂白完成后经漂洗便得到香蕉纤维。

【技术特点】本专利的核心是香蕉纤维的清洁制备技术，通过无污染蒸汽爆破技术对香蕉茎、叶进行脱胶处理，再经漂洗、漂白后制得优质的香蕉纤维，该技术不仅降低了香蕉纤维的制备成本，避免了环境污染，而且可提高香蕉纤维的得率和品质，经济性前景好。

具体实施方式

实施例1：

(1)蒸汽爆破：对收集的新鲜香蕉茎、叶切割成长度为5-10cm，在1.4MPa压力下维压4min进行蒸汽爆破处理；

(2)汽爆香蕉茎、叶漂洗：对汽爆后的香蕉茎、叶用10-20倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素组分；

(3)汽爆香蕉茎、叶漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为(g/L)：Na₂SiO₃，10；H₂O₂，10；NaOH，10，在60℃下，漂40min，第二段漂白液的组成为(g/L)：Na₂SiO₃，5；H₂O₂，5；NaOH，5，在50℃下，各漂30min，固液比：1/10-1/20；漂白完成后经漂洗便得到香蕉纤维。香蕉纤维的得率为原料鲜重的7.6％

实施例2：

(1)蒸汽爆破：收集自然晾干的香蕉茎、叶切割成长度为10-15cm，在1.6MPa压力下维压3min进行蒸汽爆破处理；

(2)汽爆香蕉茎、叶漂洗：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)汽爆香蕉茎、叶漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为(g/L)：Na₂SiO₃，10；H₂O₂，10；NaOH，10，第二段漂白液的组成为(g/L)：Na₂SiO₃，5；H₂O₂，5；NaOH，5，均在50℃下，各漂20min，固液比：1/10-1/20；漂白完成后经漂洗便得到香蕉纤维。香蕉纤维的得率为原料干重的38％。

实施例3：

((1)蒸汽爆破：收集收集自然晾干的香蕉茎、叶切割成长度为5-10cm，在1.4MPa压力下维压8min进行蒸汽爆破处理；

(2)汽爆香蕉茎、叶漂洗：对汽爆后的原料用15倍的水进行漂洗，去除降解的果胶、半纤维素、木质素组分；

(3)汽爆香蕉茎、叶漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为(g/L)：Na₂SiO₃，10；H₂O₂，10；NaOH，10，第二段漂白液的组成为(g/L)：Na₂SiO₃，5；H₂O₂，5；NaOH，5，均在55℃下，各漂30min，固液比：1/20；漂白完成后经漂洗便得到香蕉纤维。香蕉纤维的得率为原料干重的45％。

实施例4：

(1)蒸汽爆破：对收集的香蕉茎、叶切割成长度为10-15cm，在1.5MPa压力下维压3min进行蒸汽爆破处理；

(3)汽爆香蕉茎、叶漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为(g/L)：Na₂SiO₃，10；H₂O₂，10；NaOH，10，第二段漂白液的组成为(g/L)：Na₂SiO₃，5；H₂O₂，5；NaOH，5，均在60℃下，各漂20min，固液比：1/10；漂白完成后经漂洗便得到香蕉纤维。香蕉纤维的得率为原料干重的46％。

实施例5：

(1)蒸汽爆破：对收集的香蕉茎、叶切割成长度为15cm，在1.7MPa压力下维压1min进行蒸汽爆破处理；

(3)汽爆香蕉茎、叶漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为(g/L)：Na₂SiO₃，10；H₂O₂，10；NaOH，10，第二段漂白液的组成为(g/L)：Na₂SiO₃，5；H₂O₂，5；NaOH，5，均在60℃下，各漂40min，固液比：1/20；漂白完成后经漂洗便得到香蕉纤维。香蕉纤维的得率为原料干重的41％。

Claims

1.一种香蕉茎、叶汽爆脱胶制备香蕉纤维的方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(1)所述的香蕉茎、叶可以是新鲜或晾干的原料，汽爆时原料的水分含量调整为40-60％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所制备的香蕉纤维可用于纺织和造纸。