CN103835005A - 一种罗布麻闪爆和超临界二氧化碳流体联合脱胶方法 - Google Patents

Abstract

一种罗布麻闪爆与超临界二氧化碳流体联合脱胶方法，针对目前罗布麻脱胶过程环境污染严重、纤维损伤大、单一脱胶方法存在质量不易控制、脱胶效果不太理想的弊端等问题，该方法首先在稍低的温度和压力条件下闪爆预处理罗布麻纤维，避免纤维损伤的同时脱去大部分胶质结构变化。然后用超临界二氧化碳流体对罗布麻中残余的胶质进行萃取，同时利用漆酶溶液使纤维中的部分木质素降解。该方法具有脱胶效率高、纤维手感柔软、精干麻产品质量好，而且不使用化学药品，节能环保等特点。

Description

一种罗布麻闪爆和超临界二氧化碳流体联合脱胶方法

技术领域

本发明涉及麻类脱胶技术领域，具体涉及一种闪爆和超临界二氧化碳流体联合对罗布麻进行脱胶的方法。

背景技术

罗布麻纤维是一种韧皮纤维，它具有优良的品质和服用性能，不仅具有一般麻类纤维挺括、滑爽、吸湿性好、散热快、透气、透湿性好、强度高等优异性能，而且罗布麻纤维要比苎麻纤维细得多，且手感柔软，有天然丝的光泽。最为突出的是罗布麻纤维由于含有黄酮类化合物等药物成分而具有降压、平喘、降血脂等作用，并有抑菌作用，而且经多次水洗后，抑菌率仍然很高。由于良好的生态适应性及其产品独特的优点，罗布麻潜能的开发引起了世界各国许多人的重视。

罗布麻与其它麻类的化学组成差异很大，其中罗布麻韧皮中纤维素的含量比其它麻要少，只占46％左右，而非纤维素胶质含量较多，特别是半纤维素，其含量高达16.31％，而且木质化程度较高，约占12.09％，果胶含量9％左右，另外还含有15.22％的水溶物。罗布麻的木质素和半纤维素的含量比亚麻、苎麻的含量要高许多，这些纤维素共生物增加了脱胶的难度。脱胶是罗布麻纺织品生产加工过程中的关键环节，脱胶效果的好坏对纤维性能、环境和最终产品质量等都有影响。

以往用于罗布麻脱胶的方法有化学脱胶和生物脱胶，但始终没有取得突破性进展。化学脱胶要用到大量碱液，会产生大量废水，难以治理，对环境污染严重，而且纤维还会受到碱类不同程度的破坏，从而导致产物得率很低；生物脱胶过程中同样会产生大量废水，并存在脱胶不彻底、精干麻质量稳定性差的缺点，最终还有辅以化学脱胶，才能达到纺纱质量的要求。此外，罗布麻木质素含量过高，导致纤维粗硬，柔性小，抱合力差，纱线的可纺支数较低，手感粗硬，毛羽较多，刺痒感强，严重限制了罗布麻纤维的应用范围。

近年来，蒸汽闪爆技术用于麻类脱胶的研究越来越多。闪爆处理主要是利用高温高压状态下液态水和水蒸汽作用于纤维原料，并通过瞬间泄压过程实现原料的组分分离和结构变化。但目前对麻纤维采用单一的闪爆处理还存在一定的问题，比如蒸汽压力过高导致麻纤维出现损伤、强力降低、短麻率增加等现象；若蒸汽压力过低，则纤维的分裂度不高，达不到梳纺工艺的要求等。

超临界流体萃取是利用处于临界压力和临界温度以上的流体具有特异增加的溶解能力而发展起来的化工分离技术。超临界流体的溶剂强度取决于萃取的温度和压力。利用这种特性，只需改变萃取流体的压力和温度，就可以把样品中的不同组分按在流体中溶解度的大小，先后萃取出来。

为了进一步完善罗布麻生物脱胶工艺，改善罗布麻精干麻品质，本发明针对目前罗布麻化学法脱胶等方法对环境污染严重以及单一的闪爆脱胶效果不太理想的问题，提供一种新的罗布麻脱胶方法，即闪爆和超临界二氧化碳流体联合处理的方法。因此，本专利发明一种联合脱机技术，首先在稍低的温度和压力条件下闪爆预处理罗布麻纤维，避免纤维损伤的同时脱去大部分胶质，然后在特定的温度、压力、处理时间下利用超临界二氧化碳流体对罗布麻进行进一步的处理，溶解残余的胶质残余。

发明内容

本发明的实现方法如下：

本发明的第一个目的是针对目前罗布麻脱胶过程环境污染严重、纤维损伤大、单一脱胶方法存在质量不易控制、脱胶效果不太理想的弊端等问题，提供一种罗布麻闪爆与超临界二氧化碳流体联合脱胶的方法。该方法首先对罗布麻进行闪爆预处理，在稍低的温度和压力条件下闪爆预处理罗布麻纤维，避免纤维损伤的同时脱去大部分胶质结构变化。然后用超临界二氧化碳流体对罗布麻做进一步处理，根据萃取流体不同的温度和压力萃取出纤维中的残余胶质。该方法克服单一脱胶法存在的问题，具有脱胶流程短、对纤维损伤小、残胶率低的特点。

本发明的第二个目的是利用一种最佳的联合脱胶工艺配方，制备一种高细度、手感柔软、可纺性能优良的精细化罗布麻纤维，可以用来加工具有独特优点且品质优良的高档纺织品。

为实现本发明的第一个目的，采用闪爆与超临界二氧化碳流体处理相结合的脱胶方法，首先通过闪爆高温高压使纤维内胶质分离，使罗布麻纤维内部的半纤维素、果胶等大分子初步分解，然后利用超临界二氧化碳流体进行处理，将残余的胶质充分分解。

为实现本发明的第二个目的，本发明提供的闪爆与超临界二氧化碳流体联合脱胶工艺的工艺流程如下：

罗布麻试样→闪爆预处理→水洗→超临界二氧化碳流体处理→打纤→水洗→脱水→给油→脱水→烘干→罗布麻纤维。

工艺设备：M/C，STEAMEX型蒸汽闪爆装置(立信染整机械深圳有限公司)，HA-II型超临界流体处理装置，DZF-6020恒温鼓风干燥箱(巩义市予华仪器有限责任公司)，电子天平等。

所述的罗布麻试样为成熟后经机械或人工剥麻分离出的罗布麻韧皮，将罗布麻韧皮露天放置30天晾干。

所述的罗布麻闪爆预处理原理是利用高温高压状态下液态水和水蒸汽作用于纤维原料，并通过瞬间泄压过程实现原料的组分分离和结构变化。在高温高压条件下，水蒸汽渗入到纤维素分子内部与纤维素内部羟基形成氢键，由于闪爆过程的瞬间完成，吸附在纤维素内孔及间隙的水蒸汽瞬间冲出，这一过程打断了纤维素内的氢键，导致纤维素超分子结构的破坏，使纤维原料的某些组分产生类酸性降解以及热降解。

本专利中闪爆预处理前先对罗布麻进行浸水处理，将罗布麻放在水中浸泡24小时，首先使其含水量达到200％以上，以便于罗布麻纤维内部充分浸湿，然后从水中取出罗布麻晾置使纤维从外表面挥发出多余的水分，直至罗布麻含水量为50％左右。将浸水处理后的罗布麻放入闪爆装置的压力蒸汽罐中进行闪爆，控制压力在1.5MPa左右，温度150℃，保压时间5min左右，突然放压将高温蒸煮过的罗布麻瞬间放出。本专利中闪爆预处理所采用的温度和压力稍低，在去除大部分胶质的同时，避免纤维损伤。

预处理结束后，采用自来水冲洗罗布麻，将纤维上的溶解物去除，冲洗至PH为7.0-7.5左右。

所述的超临界二氧化碳流体脱胶是利用处于临界压力和临界温度以上的流体具有特异增加的溶解能力而发展起来的化工分离技术。CO₂气体的临界温度是31.04℃，临界压力为7.38MPa，超过临界温度和临界压力以后，气体就会变成超临界流体。流体在临界点附近，压力和温度的微小变化，会引起流体的密度大幅度变化，而非挥发性溶质在超临界流体中的溶解度大致上和流体的密度成正比。超临界流体萃取正是利用了这个特性，以超临界条件下的流体做萃取剂，利用流体在超临界状态下对物质有特殊增加的溶解度，形成新的分离工艺。

本专利中的超临界二氧化碳流体处理是将闪爆处理后的罗布麻纤维装入超临界流体处理装置的10L萃取釜，超临界CO₂从釜底进入，与罗布麻充分接触，在超临界条件下溶解出残余胶质，含有罗布麻胶质的CO₂经节流阀降到临界压力以下进入分离釜，被萃取的罗布麻在CO₂中的溶解度随着压力的下降而急剧下降，因而在分离釜中析出，定期从底部放出，CO₂加压后循环使用。脱除果胶的参数为：温度115℃，压力10MPa，时间40min；脱除半纤维素的参数为：温度115℃，压力29MPa，时间40min。

超临界二氧化碳脱胶完成后，当萃取釜内的温度降至35℃左右，压力10Mpa左右，注入500mL浓度为5％的漆酶溶液，在超临界CO₂介质条件下，对木质素进行催化降解反应，反应时间2h，使罗布麻纤维中木质素含量降至5％左右。

所述的打纤是利用机械槌击和水力的喷洗作用将已被超临界流体分离但仍粘附在纤维上的胶质去除，使纤维更松散、柔软；

所述的给油参数为氨基改性有机硅柔软剂3-5ml/L，温度35-45℃，处理时间15-20分钟，浴比1∶10-15。

本发明的有益效果在于：采用闪爆与超临界二氧化碳流体联合对罗布麻进行脱胶的方法，先利用闪爆预处理脱去大部分胶质，然后进行超临界二氧化碳流体脱去残余的胶质，该联合脱胶工艺脱胶得到的罗布麻纤维残胶率降低为4.0％左右，脱胶过程对纤维损伤小。同时，在超临界二氧化碳介质条件下，利用漆酶溶液促使纤维中木质素降解，使得罗布麻纤维的手感柔软，可纺性大大提高，麻条的硬条率、不匀率显著降低。本发明克服了现有罗布麻脱胶技术残胶率高、纤维粗硬、精干麻质量差和环境污染严重等诸多问题，具有很强的应用前景。

具体实施方式：

一种罗布麻闪爆与超临界二氧化碳流体联合的脱胶方法，首先采用闪爆预处理，在瞬间泄压状态下是纤维中的组分分离，部分结构发生变化，然后利用超临界二氧化碳流体对纤维进行萃取，通过流体压力和温度的改变，分离出纤维的不同组分，既可以有效分离纤维中的胶质，又不损伤纤维素。该方法具有脱胶效率高、节能环保、成本低等优点。脱胶工艺流程如下：

罗布麻试样→闪爆预处理→水洗→超临界二氧化碳流体处理→打纤→水洗→脱水→给油→脱水→烘干→罗布麻纤维

上述脱胶工艺包括如下步骤：

(1)罗布麻试样准备：罗布麻成熟后经机械剥麻分离出的罗布麻韧皮，将罗布麻韧皮露天放置30天晾干备用；

(2)闪爆预处理：闪爆前先对罗布麻进行浸水处理，将罗布麻放在水中浸泡24小时，首先使其含水量达到200％以上，以便于罗布麻纤维内部充分浸湿，然后从水中取出罗布麻晾置使纤维从外表面挥发出多余的水分，直至罗布麻含水量为50％左右。将浸水处理后的罗布麻放入闪爆装置的压力蒸汽罐中进行闪爆，控制压力在1.5MPa左右，温度150℃，保压时间5min左右，突然放压将高温蒸煮过的罗布麻瞬间放出；

(3)水洗：采用自来水冲洗罗布麻，将纤维上的溶解物去除，冲洗至PH为7.0-7.5左右；

(4)超临界二氧化碳流体处理：将闪爆处理后的罗布麻纤维装入超临界流体处理装置的萃取釜，超临界CO₂从釜底进入，与罗布麻充分接触，选择性溶解出部分胶质，含有罗布麻的CO₂经节流阀降到临界压力以下进入分离釜，被萃取的罗布麻在CO₂中的溶解度随着压力的下降而急剧下降，因而在分离釜中析出，定期从底部放出，CO₂加压后循环使用。脱除果胶所用的工艺参数为：温度115℃，压力10MPa，时间40min；脱除半纤维素所用的工艺参数为：温度115℃，压力29MPa，时间40min；

超临界二氧化碳脱胶完成后，当萃取釜内的温度降至35℃左右，压力10Mpa左右，注入500mL浓度为5％的漆酶溶液，在超临界CO₂介质条件下，对木质素进行催化降解反应，反应时间2h，使罗布麻纤维中木质素含量降至5％左右。

(5)打纤：利用机械槌击和水力的喷洗作用可以将已被超临界二氧化碳流体萃取分离但仍粘附在纤维上的胶质去除，使纤维更松散、柔软；

(6)给油：氨基改性有机硅柔软剂3-5ml/L，温度35-45℃，处理时间15-20分钟，浴比1：10-15。

本发明所使用的闪爆预处理虽然是一种常见的麻类脱胶方法，但是发明人通过对多种罗布麻脱胶方法的研究，不断优化脱胶工艺参数，最终得到了由闪爆和超临界二氧化碳萃取技术联合组成于罗布麻脱胶工艺配方。该脱胶工艺配方根据罗布麻的化学成分组成及纤维结构特点，不仅能够有效的脱去罗布麻中的胶质，而且不损伤纤维素，提高了精干麻产品的质量。相较于常规物理和化学脱胶工艺，具有处理时间短、脱胶率高，且环境污染小的优点。经过本发明制备的罗布麻纤维可以采用现有的纺纱工艺和设备进行纺纱，用作穿着服装和装饰用织物。

Claims (3)

1.一种罗布麻闪爆与超临界CO₂流体联合脱胶方法，其特征在于：闪爆预处理前将罗布麻原麻浸水处理24小时，使其含水量达到200％以上，闪爆预处理的工艺参数为：压力1.5MPa，温度150℃，保压时间5min。该工艺条件下，既能去除纤维中大部分胶质，又能避免纤维损伤。

2.根据权利要求1所述的一种罗布麻闪爆与超临界CO₂流体联合脱胶方法，其特征在于利用超临界CO₂萃取技术脱去罗布麻纤维中残余的胶质，其中脱出果胶的工艺参数为：温度115℃，压力10MPa，时间40min；脱除半纤维素的工艺参数为：温度115℃，压力29MPa，时间40min；当萃取釜内的温度降至35℃左右，压力10Mpa左右，注入500mL浓度为5％的漆酶溶液，对木质素进行催化降解反应2h，使罗布麻纤维中木质素含量降至5％左右。

3.根据权利要求1所述的一种罗布麻闪爆与超临界CO₂流体联合脱胶方法，其特征在于利用闪爆和超临界CO₂萃取技术联合组成于罗布麻脱胶工艺配方，该脱胶工艺配方根据罗布麻的化学成分组成及纤维结构特点，不仅能够有效的脱去罗布麻中的胶质，而且不损伤纤维素，提高了精干麻产品的质量。