CN105926044B - 黄蜀葵废弃物中天然多糖和植物纤维的综合利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种黄蜀葵废弃物中天然多糖和植物纤维的综合利用方法，该方法工艺设计合理，可操作性强，以黄蜀葵废弃物为原料，通过优选方法制备得到黄蜀葵纤维和精制多糖，制备得到的黄蜀葵纤维得率及利用率高，平均抗张指数大于0.35N·m/g，黄蜀葵精制多糖制备得到保湿面膜，保湿性强，安全环保。本发明以废弃的黄蜀葵秸秆为原料，变废为宝，可减少污染，具有重要的经济效益和社会效益。

Description

黄蜀葵废弃物中天然多糖和植物纤维的综合利用方法
技术领域
本发明涉及黄蜀葵废弃物综合利用技术领域，尤其涉及黄蜀葵天然多糖和植物纤维的综合利用方法。
背景技术
黄蜀葵(Abelmoschus manihot(L.)Medic)为锦葵科植物，广泛分布于我国华东、中南、西南各地区，现在江苏、安徽、江西等地栽培量较大。黄蜀葵每年仅在江苏地区种植面积就达1万多亩，全国栽培面积接近3万亩，主要以花为原料开发中药，而占其原植物生物量95％以上的根、茎、叶的处理方式主要是堆放、掩埋或焚烧，造成环境污染。
黄蜀葵茎叶产量是种子产量的220％，提取药用成分后的废弃物中含有大量植物纤维及多糖。黄蜀葵茎的韧皮纤维发达，次生韧皮部的外围有大量的韧皮纤维束分布，纤维素含量高达41.80％，是优良的纤维原丝。黄蜀葵纤维纤长，与锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、甘蔗渣、棉秸秆、木薯残渣等生物质纤维相比具有明显优势。另一方面，黄蜀葵废弃物中多糖含量高达16％～20％，粘合性良好，是优质的天然胶。充分利用黄蜀葵中植物纤维和胶类物质，扩大废弃物的使用领域，可解决其废弃资源的再生利用问题。
锯末、木屑、竹屑等废弃物制备的植物纤维素材料，由于原料中的纤维较短，有的原料中纤维还较细，在粉碎过程中大量产生小于100目的过细粉末，造成在制粒过程中分散不均匀。由于极性亲水木纤维和非极性疏水界面之间粘接力小，相容性差，过细粉末更易出现侧弯、变形、裂纹、空心等问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是解决黄蜀葵非药用资源利用的不足，以废弃物为原料，变废为宝，提供一种综合利用黄蜀葵废弃物的方法。
技术方案：为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：
一种用黄蜀葵加工废弃物综合利用方法，其包括以下步骤：
(1)切割：首先取黄蜀葵废弃茎秆，干燥后，切割成3～11cm小段，干燥使水分含量为3～8％，得黄蜀葵小段；
(2)提取：将步骤(1)制备得到的黄蜀葵粉末1～3份，加入水6～20份，采用浸渍法提取2～4次，每次提取6～24h，合并提取液，干燥，制备得到黄蜀葵粗多糖；
(3)精制：取步骤(2)制备得到的黄蜀葵多糖，加入乙醇，使乙醇浓度为70％～95％，分级沉淀制备精制多糖，剩余粗多糖部分干燥备用；
(4)植物纤维制备：将步骤(3)提取多糖后的残渣，送到秸秆纤维制取机，以干物质0.2～0.5kg/min的喂入量喂入成段小段，机械转速80～120r/min，制备纤维；
(5)打浆：将步骤(4)所制备纤维筛选，送入打浆机打浆，制得黄蜀葵纤维；
(6)取步骤(3)所制备的精制多糖制备天然保湿面膜、学生无害胶水等产品，剩余粗多糖制备板材无害粘合剂；
(7)取步骤(5)所制备的黄蜀葵纤维制备超轻纤维材料、可降解农用地膜等。
作为优选方案，以上所述的用黄蜀葵制备塑木材料的方法，步骤(1)小段步骤中的切割，保持小段不短于4cm。本发明通过大量实验筛选，结果表明小段长度在4cm～7cm时，所制备纤维长度及长宽比最优。
作为优选方案，以上所述的用黄蜀葵制备植物纤维和植物胶的方法，步骤(2)所述的干燥可用冷冻干燥，浸渍可用60℃～90℃热水浸提。
作为优选方案，以上所述的用黄蜀葵制备植物纤维和植物胶的方法，步骤(4)所述的纤维制备机进样速度以0.35kg/min最优，转速98r/mim钟最佳。
本发明制备得到的黄蜀葵木质纤维长，可达1.66mm，较为粗糙，而且纤维含量高达41.80％，容易产生长度适中的粉末，生产出质量优秀的植物纤维产品。并且，黄蜀葵含有少量果胶，改性后，可使聚合物的粘度有所增加，在纤维产品制备过程中，有利于使应力从较薄弱的基体上转移到改性的界面层和植物纤维上，界面层和纤维承受拉伸应力的能力较强，从而使纤维材料的拉伸强度得到改善。
另外半纤维素的分子链很短，但支链很多，加热状态下更易分解，而黄蜀葵纤维素含量高，但半纤维素和木质素含量相对都较低，有利于纤维产品的制备。本发明制备得到的黄蜀葵纤维和其它材质纤维相比如表1所示:
表1黄蜀葵与常见秸秆的比较
纤维长度mm 纤维含量％ 半纤维素含量％ 木质素含量％
黄蜀葵 1.66 41.8 17.7 13.3
稻壳 0.30 21.9 19.0 17.8
稻草 0.92 32.0 24.0 12.5
麦秸 1.32 30.5 23.5 18.0
玉米秸 0.99 34.0 37.5 22.0
本发明制备得到的黄蜀葵多糖中主要含有甘露糖、葡萄糖、半乳糖和极少量的阿拉伯糖。其中，甘露糖、葡萄糖、半乳糖的含量之比接近1：1：1。
本发明所述的黄蜀葵废弃物中天然多糖和植物纤维的综合利用方法，本发明制备得到的精制多糖2～4份，加入甘草酸二钾0.2～0.4份、芦芭胶油3～5份、甘油7～10份、1,3-丁二醇6～8份、尿囊素0.8～1份、透明质酸钠13～15份、卡波姆0.1～0.3份、三乙醇胺0.02～0.04份可制备成天然保湿面膜。
制备的黄蜀葵纤维采用JIK-MB型亚麻氧漂添加剂处理黄蜀葵纤维，经梳理、切断，再与皮/芯熔点为130/170℃的聚乳酸纤维二者按重量百分比为40～60：15～25的比例混和，并喷洒脂肪醇聚氧乙烯醚渗透剂、蓬松柔软剂(EP-100)、TF-481抗静电剂三者按混合重量百分比36～62：20～24：2～6配制的助剂，进行二道养生处理，再经精开松、梳理成网、头道牵伸、针刺、二道牵伸、热轧等工序而制成可降解黄蜀葵农用地面覆盖材料。
本发明制备得到的黄蜀葵中多糖胶与化妆品中常用增稠剂相比较，黄蜀葵多糖胶在相对湿度48％，6小时后失水率为1.92％，保湿性优于卡波普(Carbomer941)的2.43％。黄蜀葵在30℃，放置10天时的粘为10800mpa.s，优于汉生胶2650mpa.s，增稠性具有明显优势。
本发明制备得到的黄蜀葵纤维地膜和普通地膜的性能测试结果如表2所示：
表2黄蜀葵纤维测试结果(GB/T 13735-92；FZ/T 60005-91)
普通地膜 黄蜀葵纤维制地膜
干抗张力N 1.5 22.7
湿抗张力N / 9.7
横向强力N 27 29
纵向强力N 45 40
厚度 0.008 0.18
有益效果：本发明提供的黄蜀葵废弃物中天然多糖和植物纤维的综合利用方法具有如下优点：
本发明提供的用黄蜀葵制备植物纤维和植物胶的方法，工艺设计合理，可操作性强，本发明根据黄蜀葵的纤维和多糖特征和理化性质，通过大量实验优选出制备工艺，制备得到的纤维得率及利用率高，平均抗张指数大于0.35N·m/g，制备得到的黄蜀葵精制多糖制备得到天然保湿面膜，保湿性强，粘合力高，安全环保。本发明以废弃的黄蜀葵秸秆为原料，变废为宝，可减少污染，具有重要的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
一种用黄蜀葵加工废弃物综合利用方法，其包括以下步骤：
(1)切割：首先取黄蜀葵废弃茎秆，干燥后，切割成6cm小段，干燥使水分含量为8％，得黄蜀葵小段；
(2)提取：将步骤(1)制备得到的黄蜀葵粉末1份，加入水10份，采用冷浸法提取2次，每次提取8h，提取液经加热干燥，制备黄蜀葵粗多糖。
(3)精制：取步骤(2)制备的黄蜀葵多糖经70％～95％乙醇分级沉淀制备精制多糖，沉淀、过滤，剩余粗多糖部分干燥备用；
(4)植物纤维制备：将步骤(3)提取多糖后的残渣，送到秸秆纤维制取机，以干物质0.30kg/min的喂入量喂入成段小段，机械转速100r/min，制备纤维；
(5)打浆：将步骤(4)所制备纤维筛选，送入打浆机打浆，制得黄蜀葵纤维；
(6)取步骤(3)所制备的精制多糖3份加入甘草酸二钾0.3份、芦芭胶油4份、甘油7份、1,3-丁二醇6份、尿囊素1份、透明质酸钠14份、卡波姆0.1份、三乙醇胺0.02份制备成天然保湿面膜，相对湿度48％、6小时后失水率为1.80％；剩余粗多糖制备板材无害粘合剂。
(7)取步骤(5)所制备的黄蜀葵纤维采用JIK-MB型亚麻氧漂添加剂处理，经梳理、切断，再与皮/芯熔点为130/170℃的聚乳酸纤维二者按重量百分比为46∶24的比例混和，并喷洒脂肪醇聚氧乙烯醚渗透剂、蓬松柔软剂(EP-100)、TF-481抗静电剂三者按混合重量百分比52∶22∶6配制的助剂，进行二道养生处理，再经精开松、梳理成网、头道牵伸、针刺、二道牵伸、热轧等工序而制成可降解黄蜀葵农用地面覆盖材料。所制得的地膜的干抗张力大于18牛，湿抗张力大于6.5牛。
实施例2
一种用黄蜀葵加工废弃物综合利用方法，其包括以下步骤：
(1)切割：首先取黄蜀葵废弃茎秆，干燥后，切割成8cm小段，干燥使水分含量为8％，得黄蜀葵小段；
(2)提取：将步骤(1)制备得到的黄蜀葵粉末1份，加入水12份，采用冷浸法提取2次，每次提取6h，提取液经加热干燥，制备黄蜀葵粗多糖。
(3)精制：取步骤(2)制备的黄蜀葵多糖经70％～95％乙醇分级沉淀制备精制多糖，沉淀、过滤，剩余粗多糖部分干燥备用；
(4)植物纤维制备：将步骤(3)提取多糖后的残渣，送到秸秆纤维制取机，以干物质0.4kg/min的喂入量喂入成段小段，机械转速80r/min，制备纤维；
(5)打浆：将步骤(4)所制备纤维筛选，送入打浆机打浆，制得黄蜀葵纤维；
(6)取步骤(3)所制备的精制多糖3.5份，加入甘草酸二钾0.2份、芦芭胶油3份、甘油6份、1,3-丁二醇6份、尿囊素1份、透明质酸钠14份、卡波姆0.2份、三乙醇胺0.03份制备成天然保湿面膜，相对湿度48％、6小时后失水率为1.90％；剩余粗多糖制备板材无害粘合剂。
(7)取步骤(5)所制备的黄蜀葵纤维采用JIK-MB型亚麻氧漂添加剂处理，经梳理、切断，再与皮/芯熔点为130/170℃的聚乳酸纤维二者按重量百分比为50∶16的比例混和，并喷洒脂肪醇聚氧乙烯醚渗透剂、蓬松柔软剂(EP-100)、TF-481抗静电剂三者按混合重量百分比55∶26∶5配制的助剂，进行二道养生处理，再经精开松、梳理成网、头道牵伸、针刺、二道牵伸、热轧等工序而制成可降解黄蜀葵农用地面覆盖材料。所制得的地膜的干抗张力大于20牛，湿抗张力大于8.2牛。
实施例3
一种用黄蜀葵加工废弃物综合利用方法，其包括以下步骤：
(1)切割：首先取黄蜀葵废弃茎秆，干燥后，切割成10cm小段，干燥使水分含量为8％，得黄蜀葵小段；
(2)提取：将步骤(1)制备得到的黄蜀葵粉末1份，加入水12份，采用冷浸法提取2次，每次提取12h，提取液经加热干燥，制备黄蜀葵粗多糖。
(3)精制：取步骤(2)制备的黄蜀葵多糖经70％～95％乙醇分级沉淀制备精制多糖，沉淀、过滤，剩余粗多糖部分干燥备用；
(4)植物纤维制备：将步骤(3)提取多糖后的残渣，送到秸秆纤维制取机，以干物质0.5kg/min的喂入量喂入成段小段，机械转速110r/min，制备纤维；
(5)打浆：将步骤(4)所制备纤维筛选，送入打浆机打浆，制得黄蜀葵纤维；
(6)取步骤(3)所制备的精制多糖4份加入甘草酸二钾0.3份、芦芭胶油3份、甘油8份、1,3-丁二醇6份、尿囊素1份、透明质酸钠13份、卡波姆0.2份、三乙醇胺0.03份制备成天然保湿面膜，相对湿度48％、6小时后失水率为1.98％；剩余粗多糖制备板材无害粘合剂。
(7)取步骤(5)所制备的黄蜀葵纤维采用JIK-MB型亚麻氧漂添加剂处理，经梳理、切断，再与皮/芯熔点为130/170℃的聚乳酸纤维二者按重量百分比为58∶18的比例混和，并喷洒脂肪醇聚氧乙烯醚渗透剂、蓬松柔软剂(EP-100)、TF-481抗静电剂三者按混合重量百分比55∶24∶4配制的助剂，进行二道养生处理，再经精开松、梳理成网、头道牵伸、针刺、二道牵伸、热轧等工序而制成可降解黄蜀葵农用地面覆盖材料。所制得的地膜的干抗张力大于22牛，湿抗张力大于9.7牛。

Claims (5)

1.一种黄蜀葵废弃物中天然多糖和植物纤维的综合利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)切割：首先取黄蜀葵废弃茎秆，干燥后，切割成3～11cm长的碎枝，干燥，使水分含量为2～10％，得黄蜀葵小段；
(2)提取：将步骤(1)制备得到的黄蜀葵小段，加水浸渍提取2～4次，每次提取6～24h，合并提取液，干燥，制备得黄蜀葵粗多糖；
(3)精制：取步骤(2)制备的黄蜀葵粗多糖，加入乙醇，使乙醇浓度为70％～95％，分级沉淀制备得到精制多糖，剩余粗多糖干燥备用；
(4)植物纤维制备：将步骤(2)提取多糖后的残渣，送到纤维制备机，以干物质0.2～0.5kg/min的喂入量喂入，机械转速80～120r/min，制备纤维；
(5)打浆：将步骤(4)所制备纤维筛选，送入打浆机打浆，得到黄蜀葵纤维；
(6)取步骤(3)所制备的精制多糖制备成天然保湿面膜或无害胶水，剩余粗多糖制备板材无害粘合剂；
(7)取步骤(5)黄蜀葵纤维制备成超轻纤维材料或可降解农用地膜。
2.根据权利要求1所述的黄蜀葵废弃物中天然多糖和植物纤维的综合利用方法，其特征在于，步骤(1)取黄蜀葵废弃茎秆，干燥后，切割成4～7cm长的小段，干燥，使水分含量为3～8％，得黄蜀葵小段。
3.根据权利要求1所述的黄蜀葵废弃物中天然多糖和植物纤维的综合利用方法，其特征在于，步骤(2)浸渍提取温度为60℃～90℃，干燥方法为冷冻干燥。
4.根据权利要求1所述的黄蜀葵废弃物中天然多糖和植物纤维的综合利用方法，其特征在于，步骤(4)所述的纤维制备机进样速度为0.35kg/min，转速为98r/min。
5.根据权利要求1所述的黄蜀葵废弃物中天然多糖和植物纤维的综合利用方法，其特征在于，步骤(6)中2～4份黄蜀葵精制多糖加入甘草酸二钾0.2～0.4份、芦芭胶油3～5份、甘油7～10份、1,3-丁二醇6～8份、尿囊素0.8～1份、透明质酸钠13～15份、卡波姆0.1～0.3份、三乙醇胺0.02～0.04份制备成天然保湿面膜。
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