CN105040118A - 罗布麻韧皮纤维超临界二氧化碳生物化学脱胶方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了罗布麻韧皮纤维超临界二氧化碳生物化学脱胶方法，将罗布麻韧皮纤维在超临界二氧化碳状态下，依次经化学药液和生物酶溶液脱胶处理；所述化学药液中，以质量浓度计，草酸0.5～2％、草酸铵0.5～1.5％、硫酸0.5～1％、硫酸镁0.5～1％，其余为水；所述生物酶溶液中，以质量浓度计，果胶酶2～5％、木聚糖酶1～3％、漆酶1～3％，其余为水；以质量比计，罗麻布与所述化学药液、生物酶溶液的比例为1∶2～4∶1.5～2.5。本发明工艺简单，利用超临界二氧化碳生物化学脱胶处理解决了常规化学脱胶化工原料消耗大、对纤维损伤大和纤维产出率低等问题，具有脱胶时间短、对纤维损伤小和无污水排放的显著效果。

Description

罗布麻韧皮纤维超临界二氧化碳生物化学脱胶方法

技术领域

本发明属于罗布麻韧皮纤维脱胶技术领域，具体为罗布麻韧皮纤维超临界二氧化碳生物化学脱胶方法，是在超临界二氧化碳状态下利用化学药液和生物酶溶液进行罗布麻韧皮纤维脱胶的方法。

背景技术

罗布麻植物属被子植物门夹竹桃科，主要包括夹竹桃科罗布麻属的罗布麻和白麻属的白麻及大叶白麻等3种植物。它们是中亚荒漠化草原区防风固沙优势植物，具有耐旱、耐盐碱、繁殖力强等特殊的生态习性，又是中药材、保健品和高档纺织用纤维原料，其脱胶精梳后的纤维具有纤维细、强度大，透气性好，折射率大，具有丝一样的光泽，并具有远红外线功能。用35％以上罗布麻纤维与羊毛、棉混纺的纤丝织成的针织内衣具有杀菌、降血压、平喘、止咳的保健功能。

收割后的罗布麻要成为具有可纺性的纤维，一般要经历两个主要的加工过程——剥麻和脱胶。通过剥麻得到的是麻皮，即韧皮纤维，不能直接用来纺纱，因为麻皮中含有许多胶质，纤维被包围在其内。脱胶就是脱去原麻中的胶质，制取适于纺织加工的纤维的过程。在我国对罗布麻韧皮纤维进行化学脱胶之前，人们大多数采用堆积发酵、露水浸渍等传统的微生物方法对罗布麻韧皮纤维进行脱胶。但这些方法脱胶效果稳定性差，后续加工难度大，且耗时耗力，成本高，容易引起环境污染等问题。化学脱胶是利用原麻中的纤维素和胶质对碱、无机酸和氧化剂作用的稳定性的不同(在不损伤或尽量少损伤纤维原有机械性质的原则下)，去除其中的胶质成分，而保留或制取纤维素的化学加工过程。在化学脱胶工艺中，以碱剂为主，并以氧化剂、其他助剂和一定的机械作用为辅，以达到脱胶的目的。存在耗能较大，成本高，废水排放量大，易污染环境，设备投资费用较大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于解决存在的问题和缺陷，提供一种利用超临界二氧化碳流体为介质的罗布麻韧皮纤维生物化学脱胶方法，具有脱胶效率高和对环境无污染的显著特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：罗布麻韧皮纤维超临界二氧化碳生物化学脱胶方法，将罗布麻韧皮纤维在超临界二氧化碳状态下，依次经化学药液和生物酶溶液脱胶处理；所述化学药液中，以质量浓度计，草酸0.5～2％、草酸铵0.5～1.5％、硫酸0.5～1％、硫酸镁0.5～1％，其余为水；所述生物酶溶液中，以质量浓度计，果胶酶2～5％、木聚糖酶1～3％、漆酶1～3％，其余为水；以质量比计，所述罗布麻韧皮纤维与所述化学药液、生物酶溶液的比例为1∶2～4∶1.5～2.5。

作为优选的技术方案，所述化学药液处理的工艺条件为40～70℃，20～30MPa条件下，处理30～60min。

作为优选的技术方案，所述生物酶溶液处理的工艺条件为在40～70℃，10～25MPa条件下，处理60～90min。

本发明还提供超临界二氧化碳脱胶反应釜，包括：筒体，所述筒体上设有凸肩平盖，其特征在于：筒体内部设有仓笼，所述仓笼中部设有仓笼中心柱，所述仓笼中心柱为顶部密封、无底的中空带孔结构，所述仓笼中心柱内设有螺纹套筒；所述筒体底部中心处分别设有二氧化碳进口，反应剂溶液进口，电动机传动轴进口，电动机传动轴进口处设有磁力密封装置，电动机传动轴通过电动机传动轴进口伸入到筒体内部，电动机传动轴的前端带有螺纹；电动机传动轴的前端螺纹与仓笼中心柱内螺纹套筒螺纹连接，所述二氧化碳进口和反应剂溶液进口通入仓笼中心柱内部；所述的仓笼在仓笼中心柱的带动下可以转动；所述筒体外设有夹套；所述筒体上设有二氧化碳出口和反应剂溶液出口；电动机传动轴外部设有支撑管，所述支撑管固定设置在釜体底部，并延伸至仓笼中心管内部；所述支撑管与仓笼中心柱长度比为3:8～9；所述螺纹套筒上固定有定位螺母；所述仓笼中心柱管壁孔的孔径为5～10mm，孔间间距3～5mm；所述仓笼上设有仓笼盖。

本发明还提供罗布麻韧皮纤维超临界二氧化碳生物化学联合脱胶方法，采用上述超临界二氧化碳脱胶反应釜和上述的脱胶方法进行脱胶处理，包括以下步骤：

⑴将罗布麻韧皮纤维放置到所述超临界二氧化碳脱胶反应釜中的仓笼内，并平行卷绕到仓笼中心轴上；在40～70℃，20～30MPa条件下，以0.3～0.5kg/min的速度注入所述化学药液，以30～60r/min转动仓笼，处理30～60min，然后降温泄压至常温常压，采用清水洗涤罗布麻韧皮纤维；

⑵再次将罗布麻韧皮纤维置于超临界二氧化碳脱胶反应釜中的仓笼内，并平行卷绕到仓笼中心轴上，在40～70℃，10～25MPa条件下，以0.1～0.3kg/min注入所述生物酶溶液，以10～40r/min转动仓笼，处理60～90min，降温泄压至常温常压。

现有技术中，化学脱胶方法生产一公斤麻通常需要100～400公斤水，需要10～20g的酸，需要200～300g的碱，脱胶时间需要4～6h；全生物酶脱胶需要150～250g的生物酶，脱胶时间更长，需要10h以上，并且脱胶效果比较差。

采用本发明脱胶方法生产一公斤麻通常需要5-15公斤水，需要5～10g的酸，需要100～200g的生物酶，脱胶时间需要2～3h，残胶率10％以下，制成率比现有化学脱胶提高10～15％，制成率是指产品占原料的比例。罗布麻单纤维纤维断裂强度12～15cN/dtex。

附图说明

图1本发明脱胶反应釜结构示意图；

图2是图1中A部分放大图；

图3本发明罗布麻韧皮纤维脱胶处理过程示意图；

图4本发明罗布麻韧皮纤维超临界二氧化碳生物化学脱胶系统示意图；

图中，1、筒体；2、仓笼；3、仓笼中心柱；4、二氧化碳进口；5、电动机传动轴；6、反应剂溶液进口；7、磁力密封装置；8、支撑管；9、夹套；10、二氧化碳出口；11、螺纹套筒；12、仓笼盖；13、凸肩平盖；14、密封圈；15、反应剂溶液出口；16、防爆电机；17、罗布麻韧皮纤维。

具体实施方式

本发明残剂率按照GB5889-86《苎麻化学成分定量分析方法》测定。本发明单纤维纤维断裂强度按照GB/T5886-86《苎麻单纤维断裂强度实验方法》测定。

实施例中，果胶酶购自江苏锐阳生物科技有限公司，活力≥10000u/g，适宜pH值范围3.5～6.5，最佳pH值范围5.5～6，适宜温度45～65℃，最适温度55～60℃；木聚糖酶购自江苏锐阳生物科技有限公司，活力≥50000u/g，适宜pH值范围4.0～5.5，最佳pH值5.0，适宜温度20～60℃，最佳温度50℃；漆酶购自上海丹尼悦生物科技有限公司，INDICLEAN6G+，活力≥5000u/g，最佳pH值范围4～6，最适温度40～60℃。

实施例1

生物酶溶液的配制

将果胶酶、木聚糖酶、漆酶依次置于水中，搅拌均匀，配制含有质量浓度3％果胶酶、2％木聚糖酶、2％漆酶的水溶液。

化学药液的配制

将草酸、草酸铵、硫酸、硫酸镁依次置于水中，搅拌均匀，配制含有质量浓度1％草酸、0.5％草酸铵、0.5％硫酸、0.5％硫酸镁的水溶液。

⑴将5kg罗布麻韧皮纤维放置到所述超临界二氧化碳脱胶反应釜中的仓笼内，并平行卷绕到仓笼中心轴上；在55℃，30MPa条件下，以0.3kg/min注入化学药液，以60r/min转动仓笼，处理60min，共注入化学药液18kg；降温泄压至常温常压，采用清水洗涤罗布麻韧皮纤维；

⑵然后再次将罗布麻韧皮纤维置于超临界脱胶釜中的仓笼内，并平行卷绕到仓笼中心轴上；在55℃，15MPa，以0.1kg/min注入生物酶溶液，以30r/min转动仓笼，处理90min，共注入生物酶溶液9kg。

释压并使压力与温度保持在4MPa、30℃下，对二氧化碳进行回收，释压、降温至常态得罗布麻纤维2.3kg，制成率46％，断裂强度为13.5cN/dtex，残胶率7.5％，在此过程中共消耗水37kg，化学试剂0.03kg，生物酶0.63kg。

实施例2

生物酶溶液的配制

将果胶酶、木聚糖酶、漆酶依次置于水中，搅拌均匀，配制含有质量浓度4％果胶酶、3％木聚糖酶、2％漆酶的水溶液。

化学药液的配制

将草酸、草酸铵、硫酸、硫酸镁依次置于水中，搅拌均匀，配制含有质量浓度1.5％草酸、1％草酸铵、0.8％硫酸、1％硫酸镁的水溶液。

⑴将10kg罗布麻韧皮纤维放置到所述超临界二氧化碳脱胶反应釜中的仓笼内，并平行卷绕到仓笼中心轴上；在60℃，25MPa条件下，以0.5kg/min注入化学药液，以50r/min转动仓笼，处理40min，共注入化学药液20kg，降温泄压至常温常压，采用清水洗涤罗布麻韧皮纤维；

⑵然后再次将罗布麻韧皮纤维置于超临界脱胶釜中的仓笼内，并平行卷绕到仓笼中心轴上；在55℃，20MPa条件下，以0.2kg/min注入生物酶溶液，以40r/min转动仓笼，处理90min，共注入生物酶溶液18kg。

释压并使压力与温度保持在4MPa、35℃下，对二氧化碳进行回收，释压、降温至常态得罗布麻纤维4.5kg，制成率45％，断裂强度为13.2cN/dtex，残胶率5.4％。在此过程中共消耗水58kg，化学试剂0.09kg，生物酶1.62kg。

罗布麻韧皮纤维超临界二氧化碳生物化学脱胶流程包括以下步骤：

⑴将罗布麻韧皮纤维放入脱胶反应釜内，将二氧化碳冷凝器、高压泵、加热器打开；将液态二氧化碳加压至临界压力以上，再通过加热器将高压液态二氧化碳加热至临界点温度以上，形成超临界二氧化碳，注入到脱胶反应釜内；

⑵将化学药液放置到反应剂容器内，打开高压泵、加热器；

⑶将超临界二氧化碳、化学药液注入到脱胶反应釜内，在40～70℃，20～30MPa，仓笼的转速为30～60r/min条件下处理～60min，经泄压，清水洗涤罗布麻韧皮纤维；

⑷再次将罗布麻韧皮纤维放入脱胶反应釜内；将二氧化碳冷凝器、高压泵、加热器打开；

⑸将生物酶溶液放置到反应剂容器内，打开高压泵、加热器；

⑹将超临界二氧化碳、生物酶溶液注入到脱胶反应釜内，40～70℃，10～25MPa，仓笼10～40r/min条件下处理60～90min。

⑺对二氧化碳进行回收，释压、降温至常态得罗布麻纤维。

Claims (5)

1.罗布麻韧皮纤维超临界二氧化碳生物化学脱胶方法，将罗布麻韧皮纤维在超临界二氧化碳状态下，依次经化学药液和生物酶溶液脱胶处理；

所述化学药液中，以质量浓度计，草酸0.5～2％、草酸铵0.5～1.5％、硫酸0.5～1％、硫酸镁0.5～1％，其余为水；

所述生物酶溶液中，以质量浓度计，果胶酶2～5％、木聚糖酶1～3％、漆酶1～3％，其余为水；

以质量比计，所述罗布麻韧皮纤维与所述化学药液、生物酶溶液的比例为1∶2～4∶1.5～2.5。

2.根据权利要求1所述的脱胶方法，其特征在于，所述化学药液处理的工艺条件为40～70℃，20～30MPa条件下，处理30～60min。

3.根据权利要求1所述的脱胶方法，其特征在于，所述生物酶溶液处理的工艺条件为在40～70℃，10～25MPa条件下，处理60～90min。

4.超临界二氧化碳脱胶反应釜，包括：筒体，所述筒体上设有凸肩平盖，其特征在于：筒体内部设有仓笼，所述仓笼中部设有仓笼中心柱，所述仓笼中心柱为顶部密封、无底的中空带孔结构，所述仓笼中心柱内设有螺纹套筒；所述筒体底部中心处分别设有二氧化碳进口，反应剂溶液进口，电动机传动轴进口，电动机传动轴进口处设有磁力密封装置，电动机传动轴通过电动机传动轴进口伸入到筒体内部，电动机传动轴的前端带有螺纹；电动机传动轴的前端螺纹与仓笼中心柱内螺纹套筒螺纹连接，所述二氧化碳进口和反应剂溶液进口通入仓笼中心柱内部；所述的仓笼在仓笼中心柱的带动下可以转动；所述筒体外设有夹套；所述筒体上设有二氧化碳出口和反应剂溶液出口；电动机传动轴外部设有支撑管，所述支撑管固定设置在釜体底部，并延伸至仓笼中心管内部；所述支撑管与仓笼中心柱长度比为3:8～9；所述螺纹套筒上固定有定位螺母；所述仓笼中心柱管壁孔的孔径为5～10mm，孔间间距3～5mm；所述仓笼上设有仓笼盖。

5.罗布麻韧皮纤维超临界二氧化碳生物化学联合脱胶方法，采用权利要求4所述超临界二氧化碳脱胶反应釜和权利要求1所述的脱胶方法处理，包括以下步骤：

⑴将罗布麻韧皮纤维放置到所述超临界二氧化碳脱胶反应釜中的仓笼内，并平行卷绕到仓笼中心轴上；在40～70℃，20～30MPa条件下，以0.3～0.5kg/min的速度注入所述化学药液，以30～60r/min转动仓笼，处理30～60min，然后降温泄压至常温常压，采用清水洗涤罗布麻韧皮纤维；

⑵再次将罗布麻韧皮纤维置于超临界二氧化碳脱胶反应釜中的仓笼内，并平行卷绕到仓笼中心轴上，在40～70℃，10～25MPa条件下，以0.1～0.3kg/min注入所述生物酶溶液，以10～40r/min转动仓笼，处理60～90min，降温泄压至常温常压。