CN106435759B - 一种红麻纤维的精细化加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红麻纤维的精细化加工方法，包括红麻皮的浸润活化、冷冻干燥预处理步骤、闪爆脱胶步骤、蒸煮步骤和后处理步骤；其通过采用有机胺类溶剂中，对红麻皮进行浸润活化，后冻干干燥处理；较低温度和蒸汽气压下的闪爆脱胶处理等系列技术手段的有机结合，使得红麻原料的脱胶效果好、所获得的红麻纤维成品细度细、纤维强度指标好、纤维平均长度长、品质优，可纺性好；生产过程化学品消耗量小、环保压力减轻，工艺控制难度大幅降低；水电汽等公用工程消耗量小、整个红麻纤维处理所需工艺时间大幅缩短，提高了生产效率、降低了生产成本。

Description

一种红麻纤维的精细化加工方法

技术领域

本发明涉及一种麻纤维的加工方法，尤其涉及一种红麻纤维的精细化加工方法。

背景技术

红麻是一种速生性可再生资源，生育期短(120～160天)，其生物学产量高，生长量大，适应性广，管理简单，可不与粮棉、油、菜争地，在世界上的资源非常丰富。

红麻纤维是一种生态的纺织纤维，与苎麻、亚麻等纤维一样有着优良的吸放湿和透气性，风格独特，因而具有十分重要的应用和开发价值。但长期以来，红麻纤维仅能用于加工麻袋、麻布、麻绳等低档产品，这一优势资源未得到充分开发利用。究其原因发现，红麻单纤维短、粗，纤维中木质素含量高，与其它麻类纤维的结构和组成有较大差异。

通常，红麻原料中单纤维长度仅为2～3mm，直径却高达10～30μm，长径比非常小，但胶质含量却高，尤其是难以去除的胶质：木质素的含量高达20％，而苎麻、亚麻、大麻等资源，其单纤维长度都在10mm以上，苎麻单纤维长度可达60mm以上，纤维长径普遍为1000以上，同时苎麻、亚麻、大麻的木质素含量却都低于5％。

因此，红麻较其它麻类纤维脱胶困难，传统的麻类纤维脱胶方法并不适合红麻纤维。

而目前常用的红麻纤维脱胶方法主要还是沿用传统麻类纤维脱胶的核心技术，主要有化学法、生物法和物理法。其中化学法因大量使用多种化学物质而导致废水难以处理，环境污染严重，同时在化学脱胶时只有加大反应强度才会提高胶质去除率和工艺纤维细度，但工艺纤维的长度和强度则损伤严重，温和的反应虽然有利于保持工艺纤维长度和强度，但残胶量大，纤维依然粗硬，品质亦很差，因此化学脱胶不仅存在工艺难以控制、化学试剂用量大和加工能耗大等问题，且难以合理匹配纤维强度、长度与细度之间的关系。对生物法而言，生物酶具有专一性并且在多孔疏松结构中才有利于发挥对底物的降解作用，而红麻原料中木质素、半纤维素等胶质与纤维素有复杂的化学键作用并形成了网络结构，生物酶通常难以作用到这些成分复杂、结构致密部分，因此生物法存在脱胶不彻底、效率低、耗时长、成本高等问题，大都需要与化学法想结合才能达到一定的脱胶效果。对于物理法脱胶目前应用较多的是蒸汽闪爆技术，虽然无化学药品使用，但目前该方法大多采用单一的蒸汽闪爆处理方式，需要较高的温度和压力，以及多次的重复闪爆处理，极易造成纤维强力和长度损伤，纤维变色严重。总之，针对红麻单纤维粗、短，原料中木质素含量高的特征，在没有对红麻原料进行预处理的情况下，依靠化学的、生物的或物理的作用破坏胶质与纤维素间形成的复杂网络结构时，加工条件难以控制，纤维强度与长度、细度关系难以合理匹配，加工所得红麻纤维要么粗、硬、糙，要么纤维强力低、短麻率高，严重影响红麻产品品质。

为了改善红麻纤维性状，促进其升级利用，国内外在传统脱胶方法基础上对红麻纤维精细化技术亦开展了一些工作，但大多是集中在纤维的软化和纺织品的柔软处理，而没有解决纤维本身的细化，只是工艺纤维的软化和工艺纤维间摩擦力的减小，这显然对黄红麻产品轻薄化和高档化意义不大。低损伤的工艺纤维精细化是提升此类纤维利用价值的关键。

发明内容

本发明的目的是，提供一种红麻纤维的精细化加工方法，克服现有技术的脱胶方法普遍存在的耗时长、化学药品使用量大、所制备出的红麻工艺纤维短、粗、硬、强度偏低等问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种红麻纤维的精细化加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，红麻皮的预处理步骤：

将红麻韧皮剪成10cm长的小段，置于罐内，浸没在有机胺类溶剂中，将罐密封后置于震荡装置中，在室温下振荡12-20小时；

取出红麻皮，置于冷冻干燥机中，控制冷肼温度为－70℃～－55℃，冷冻干燥6～10小时，得到经过活化预处理的红麻皮；

第二步，闪爆脱胶步骤：

将经过活化预处理的红麻皮置于蒸汽闪爆装置内，加热，直至蒸汽闪爆装置内水蒸气的压力为1.0～1.5MPa，并在压力下保压2～5分钟；然后，迅速泄压闪爆；

重复上述加热，直至蒸汽闪爆装置内水蒸气的压力为1.0～1.5MPa，并在压力下保压2～5分钟；然后，迅速泄压闪爆；

闪爆后，取样检测残胶率；

若残胶率＞10％，则，关闭蒸汽闪爆装置的泄压阀门，并再次加热，直至蒸汽闪爆装置内水蒸气的压力为1.0～1.5MPa，并在压力下保压2～5分钟；然后，再次迅速泄压闪爆；

若残胶率≤10％，则，取出、水洗干净后，得到红麻纤维粗品，备用；

第三步，蒸煮步骤：

将所得红麻纤维粗品置于蒸球内，浸没在碱氧浴液中，加热至沸腾状态下蒸煮1～2.5小时；

取出后，用稀酸浴液洗涤至pH值≤7，得到红麻纤维半成品；

上述碱氧浴为氢氧化钠与双氧水的混合溶液，其中，氢氧化钠的质量百分比浓度为0.1％～1％，双氧水的质量百分比浓度为0.4％～1％；浴比为1︰10；

上述稀酸浴液为质量百分比浓度为0.08％的硫酸溶液；浴比为1︰20；

第四步，后处理步骤：

将所得红麻纤维半成品依次经水洗至纤维的pH呈中性、脱水、上油、烘干后，即得成品。

优选为，上述有机胺类溶剂为乙二胺、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或几种。

进一步优选，上述的红麻纤维的精细化加工方法，其特征在于，所制得的红麻纤维成品的细度为1.8～3.1tex，残胶率为8.32％～9.02％，纤维强度为2.06～3.97cN/dtex，纤维平均长度大于4cm。

上述技术方案直接带来的技术效果是，脱胶效果好(残胶率为8.32％～9.02％)、所制得的红麻纤维成品细度细(为1.8～3.1tex)、纤维强度指标好(为2.06～3.97cN/dtex)、纤维品质优(平均长度大于4cm)；

整个生产过程，化学品消耗量小、环保压力减轻，工艺控制难度大幅降低；水电汽等公用工程消耗量小、整个红麻纤维处理所需工艺时间短、生产效率高、生产成本低。

为更好地理解上述技术效果，详细分析与说明如下：

上述技术方案中，将红麻皮原料在有机胺类溶剂在振荡过程中浸渍，得到了充分的活化处理，原料变得蓬松、柔软(这是因为在活化剂有机胺的作用下，红麻原料中氢键被破坏，木质素、半纤维素、果胶等胶质与纤维素的结合弱化，结构变疏松，同时纤维素的无定形区有所增加并被润胀)；

而在随后的冷冻干燥过程中，红麻皮表层的硬皮与内层之间结合牢度(附着牢度)将大幅降低，便于硬皮在后续工序中，较为彻底地被去除；

其中，采用有机胺类溶剂对红麻的进行活化预处理是本发明的技术关键点之一，对最终的红麻纤维处理效果起到了十分关键的作用。

因为，在红麻韧皮部，红麻单细胞纤维平行交叠，由果胶、半纤维素和木质素等胶质粘结而成束(工艺)纤维，束(工艺)纤维截面中单细胞个数可多达50个。其中单细胞纤维长度仅为1～5mm，直径则为10～30μm，胶质(果胶、半纤维素、木质素等)与纤维素之间存在错综复杂的关系，这些成分依靠氢键、共价键、范德华力作用相互连接，形成了致密的网络三维空间结构，使得木质素、半纤维素等胶质不易分离出来。传统的脱胶方法都是借助化学或生物的作用，从外至内逐层将束纤维中的胶质剥离下来，此过程反应条件不易控制，若是脱胶作用剧烈，可使胶质充分除去，但极易造成对主体成分纤维素的降解，再加上缺少胶质的粘结作用会导致工艺纤维变短变弱，甚至成为单纤维状态，失去纺织使用价值；

脱胶效果不好、残胶率偏高，将导致工艺纤维粗、硬、糙，同样不利于后续的纺织加工工序使用。

因此，若要改变从外到内逐层剥离胶质的脱胶方式，以更温和的条件合理匹配红麻工艺纤维强度与细度、长度间的关系，需要首先对原料进行活化预处理。

而上述技术方案的活化预处理，是在不破坏红麻主体成分纤维素聚合度的情况下，破坏原料中木质素、半纤维素、纤维素等成分分子内及分子间的氢键，弱化胶质与纤维素的结合力，同时增加原料的润胀程度，部分抽提出半纤维素和木质素，利于脱胶试剂的渗透并进一步发生作用。

更为重要的是，以有机胺作为活化试剂，还可以一方面与木质素作用增加其水溶性，另一方面具备消晶作用，可以降低原料结晶度，增加无定形区面积，提高原料亲水性，因此，更有利于进一步降低后续脱胶的难度。

真空冷冻干燥过程中，未与红麻原料结合的有机胺类活化剂，以气态形式挥发、脱离样品，在此过程中样品物理结构变化极小，可基本保持干燥前的结构和形态。同时，在真空和低温的条件下进行，样品的化学结构等也基本保持不变。

需要说明的是，上述技术方案中，经过活化预处理后的红麻原料，无需水洗，即直接置于蒸汽闪爆设备中进行蒸汽闪爆脱胶处理。这主要是为了有效保护有机胺对红麻原料的活化效果。

当然，相应地，与现有技术的化学脱胶处理方法对比，此处，省略了一个水洗步骤，降低了水耗。

上述技术方案中，将经过活化预处理后的红麻皮进行蒸汽闪爆脱胶处理，在此过程中，高温高压状态的水蒸气和液态水作用于红麻原料，对原料进行充分润胀，然后在瞬间泄压的作用下实现各组分的分离。

与现有技术的化学脱胶方法比，上述技术方案无需经过化学试剂的长时间蒸煮，借助蒸汽闪爆的作用进行麻纤维脱胶具有效率高、污染小等显著优势。

尤其是经过有机胺活化预处理后，原料结构疏松，孔隙增多，水蒸气可在较低的水蒸气温度和压力，较短的保压时间内渗透浸入原料内部；另外，红麻原料经过有机胺活化预处理后，氢键被破坏，各组分之间的结合力被弱化，再加上水蒸气对氢键的进一步破坏，可在较少次数的瞬间释压作用即比较容易的实现胶质脱除以及纤维束的分裂细化。此过程水蒸气的温度和压力较低，保压时间短，闪爆次数少，因此对纤维损伤亦小，不易出现严重的纤维颜色变深的现象。

而现有技术的蒸汽闪爆脱胶方法将未经活化处理的纤维原料直接置于水蒸气中，需要在较高温度和压力下，经过较长的保压时间，才能实现水蒸气对原料的充分润胀。并经过多次循环的闪爆操作，才能将胶质与纤维素分离开。

现有技术的这种高温高压条件下的剧烈闪爆处理条件，极易造成红麻纤维的损伤，导致纤维强力低，纤维长度短或者脱胶效果不理想等系列问题。

此外，长时间的高温高压作用，易导致纤维中的生物活性成分如酚类物质氧化变色，从而使纤维发生严重的褐变，给后续的纤维漂白造成困难。

而本发明的上述技术方案中，蒸汽闪爆条件相对较温和，且经过蒸汽闪爆脱胶处理后的红麻纤维，立即进行充分水洗，将红麻纤维中被蒸汽闪爆作用分离出来的果胶、半纤维素、木质素等胶质和色素物质及时洗涤干净。这样，可以有效防止纤维冷却后，这些胶质和色素再次附着于纤维上，从而可有效减轻后续碱煮和漂白的压力。

上述技术方案中，蒸汽闪爆脱胶并经水洗后的红麻纤维，不经干燥处理，即直接进入碱氧浴中进行蒸煮处理。原因在于，此时纤维在活化预处理、高温高压水蒸气以及瞬间释压作用下，其无定形区被充分润胀，纤维整体结构疏松，有利于碱氧试剂的渗透并与之发生反应。

这是由于上述系列技术手段的有机结合，使得在红麻纤维粗品碱氧蒸煮时，较现有技术的蒸煮处理，在化学试剂用量、蒸煮所需时间方面均大幅减少或节约，这对于有效减轻碱氧煮练过程对纤维物理指标的损伤，降低废水处理难度、环节环保压力、提高生产效率，降低生产成本均具有明显的积极意义。

补充说明：上述技术方案中，经过碱氧煮练处理后的红麻纤维，纤维中残余的胶质和色素，被进一步脱除，从而达到较为理想的纤维的分裂度和白度指标。

综上所述，本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、在保证良好脱胶效果(残胶率为8.32％～9.02％)的基础上，所获得的红麻纤维成品细度细(为1.8～3.1tex)、纤维强度指标好(为2.06～3.97cN/dtex)、纤维平均长度长(平均长度大于4cm)、可纺性好。

2、化学品消耗量小、环保压力减轻，工艺控制难度大幅降低；

3、水电汽等公用工程消耗量小、整个红麻纤维处理所需工艺时间大幅缩短，提高了生产效率、降低了生产成本。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

加工方法如下：

将红麻韧皮剪成10cm长小段，浸入乙二胺中(浴比1:10)，密封后将其置于震荡箱中，在室温条件下震荡12小时，取出后即在冷冻干燥机中冷冻干燥8小时，冷肼温度为－55℃。

冷冻干燥后的红麻原料无需水洗，直接放入蒸汽闪爆装置中，加热使水蒸气压力为1.0MPa，保持此压力3分钟，然后打开阀门，迅速泄压，收集从蒸汽闪爆设备中喷出的红麻纤维，重复此步骤2次，接着对收集到的纤维进行三道水洗。

水洗后的纤维无需干燥，置于碱氧浴中蒸煮(浴比选择为1：10)，碱氧浴的组成为氢氧化钠和双氧水，其中氢氧化钠质量浓度为0.8％，双氧水质量浓度为1％，蒸煮时间为1.5小时。然后对蒸煮后的纤维在室温下进行酸洗，酸洗液是质量浓度为0.08％的硫酸溶液(酸洗过程，选择浴比为1:20)，酸洗时间为5分钟。

最后，将纤维水洗至pH值为中性，脱水、上油、烘干后即得精细化红麻纤维。

产品检验检测结果：

所制得的红麻纤维残胶率为8.95％，平均长度大于4cm，纤维强度为3.34cN/dtex，纤维细度为2.6tex。

实施例2

加工方法如下：

将红麻韧皮剪成10cm长小段，浸入乙二胺中，浴比1:10，密封后将其置于震荡箱中，在室温条件下震荡20小时，取出后即在冷冻干燥机中冷冻干燥8小时，冷肼温度为－55℃。

冷冻干燥后的红麻原料无需水洗，直接放入蒸汽闪爆装置中，加热使水蒸气压力为1.0MPa，保持此压力5分钟，然后打开阀门，迅速泄压，收集从蒸汽闪爆设备中喷出的红麻纤维，接着对收集到的纤维进行三道水洗。

水洗后的纤维无需干燥，置于碱氧浴中蒸煮(浴比选择为1：10)，碱氧浴的组成为氢氧化钠和双氧水，其中氢氧化钠质量浓度为0.8％，双氧水质量浓度为1％，蒸煮时间为1.5小时。

然后，对蒸煮后的纤维在室温下进行酸洗，酸洗液是质量浓度为0.08％的硫酸溶液(酸洗过程，旋转浴比为1:20)，酸洗时间为5分钟。

最后，将纤维水洗至pH值为中性，脱水、上油、烘干后，即得。

产品检验检测结果：

所制得的红麻纤维残胶率为8.32％，平均长度大于4cm，纤维强度为4.12cN/dtex，纤维细度为1.8tex。

实施例3

加工方法如下：

将红麻韧皮剪成10cm长小段，浸入乙二胺中，浴比1:10，密封后将其置于震荡箱中，在室温条件下震荡20小时，取出后即在冷冻干燥机中冷冻干燥8小时，冷肼温度为－70℃。

冷冻干燥后的红麻原料无需水洗，直接放入蒸汽闪爆装置中，加热使水蒸气压力为1.5MPa，保持此压力5分钟，然后打开阀门，迅速泄压，收集从蒸汽闪爆设备中喷出的红麻纤维，接着对收集到的纤维进行三道水洗。

水洗后的纤维无需干燥，置于碱氧浴中蒸煮，浴比1：10，碱氧浴的组成为氢氧化钠和双氧水，其中氢氧化钠质量浓度为0.8％，双氧水质量浓度为1％，蒸煮时间为1.5小时。

然后，对蒸煮后的纤维在室温下进行酸洗，酸洗液是质量浓度为0.08％的硫酸溶液，酸洗浴比为1:20，酸洗时间为5分钟。

最后，将纤维水洗至pH值为中性，脱水、上油、烘干后即得。

产品检验检测结果：

所制得的红麻纤维残胶率为7.96％，平均长度大于4cm，纤维强度为2.06cN/dtex，纤维细度为1.7tex。

实施例4

加工方法如下：

将红麻韧皮剪成10cm长小段，浸入乙二胺中，浴比1:10，密封后将其置于震荡箱中，在室温条件下震荡20小时，取出后即在冷冻干燥机中冷冻干燥8小时，冷肼温度为－70℃。

冷冻干燥后的红麻原料无需水洗，直接放入蒸汽闪爆装置中，加热使水蒸气压力为1.0MPa，保持此压力5分钟，然后打开阀门，迅速泄压，收集从蒸汽闪爆设备中喷出的红麻纤维，接着对收集到的纤维进行三道水洗。

水洗后的纤维无需干燥，置于碱氧浴中蒸煮，浴比1：10，碱氧浴的组成为氢氧化钠和双氧水，其中氢氧化钠质量浓度为0.3％，双氧水质量浓度为0.4％，蒸煮时间为1.5小时。

然后，对蒸煮后的纤维在室温下进行酸洗，酸洗液是质量浓度为0.08％的硫酸溶液，酸洗浴比为1:20，酸洗时间为5分钟。

最后，将纤维水洗至pH值为中性，脱水、上油、烘干后即得。

产品检验检测结果：

所制得的红麻纤维残胶率为9.02％，平均长度大于4cm，纤维强度为2.83cN/dtex，纤维细度为2.2tex。

实施例5

加工方法如下：

将红麻韧皮剪成10cm长小段，浸入二甲基甲酰胺中，浴比1:10，密封后将其置于震荡箱中，在室温条件下震荡20小时，取出后即在冷冻干燥机中冷冻干燥8小时，冷肼温度为－70℃。

冷冻干燥后的红麻原料无需水洗，直接放入蒸汽闪爆装置中，加热使水蒸气压力为1.0MPa，保持此压力2分钟，然后打开阀门，迅速泄压，收集从蒸汽闪爆设备中喷出的红麻纤维，重复此步骤3次，接着对收集到的纤维进行三道水洗。

水洗后的纤维无需干燥，置于碱氧浴中蒸煮，浴比1：10，碱氧浴的组成为氢氧化钠和双氧水，其中氢氧化钠质量浓度为1％，双氧水质量浓度为0.6％，蒸煮时间为2小时。

然后，对蒸煮后的纤维在室温下进行酸洗，酸洗液是质量浓度为0.08％的硫酸溶液，酸洗浴比为1:20，酸洗时间为6分钟。

最后，将纤维水洗至pH值为中性，脱水、上油、烘干后即得。

产品检验检测结果：

所制得的红麻纤维残胶率为8.51％，平均长度大于4cm，纤维强度为3.97cN/dtex，纤维细度为3.1tex。

实施例6

加工方法如下：

将红麻韧皮剪成10cm长小段，浸入二甲基乙酰胺中，浴比1:10，密封后将其置于震荡箱中，在室温条件下震荡20小时，取出后即在冷冻干燥机中冷冻干燥8小时，冷肼温度为－70℃。

冷冻干燥后的红麻原料无需水洗，直接放入蒸汽闪爆装置中，加热使水蒸气压力为1.0MPa，保持此压力2分钟，然后打开阀门，迅速泄压，收集从蒸汽闪爆设备中喷出的红麻纤维，重复此步骤3次，接着对收集到的纤维进行三道水洗。

水洗后的纤维无需干燥，置于碱氧浴中蒸煮，浴比1：10，碱氧浴的组成为氢氧化钠和双氧水，其中氢氧化钠质量浓度为0.8％，双氧水质量浓度为1％，蒸煮时间为1.5小时。

然后，对蒸煮后的纤维在室温下进行酸洗，酸洗液是质量浓度为0.08％的硫酸溶液，酸洗浴比为1:20，酸洗时间为5分钟。

最后，将纤维水洗至pH值为中性，脱水、上油、烘干后即得。

产品检验检测结果：

所制得的红麻纤维残胶率为8.61％，平均长度大于4cm，纤维强度为3.62cN/dtex，纤维细度为2.9tex。

Claims (3)

1.一种红麻纤维的精细化加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，红麻皮的浸润活化、冷冻干燥预处理步骤：

将红麻韧皮剪成10cm长的小段，置于罐内，浸没在有机胺类溶剂中，将罐密封后置于震荡装置中，在室温下振荡12-20小时，进行红麻皮浸润活化；

取出经过活化预处理的红麻皮，置于冷冻干燥机中，控制冷肼温度为－70℃～－55℃，冷冻干燥6～10小时，得到经过预处理的红麻皮；

第二步，闪爆脱胶步骤：

将经过预处理的红麻皮置于蒸汽闪爆装置内，加热，直至蒸汽闪爆装置内水蒸气的压力为1.0～1.5MPa，并在压力下保压2～5分钟；然后，迅速泄压闪爆；

重复上述加热，直至蒸汽闪爆装置内水蒸气的压力为1.0～1.5MPa，并在压力下保压2～5分钟；然后，迅速泄压闪爆；

闪爆后，取样检测残胶率；

若残胶率＞10％，则，关闭蒸汽闪爆装置的泄压阀门，并再次加热，直至蒸汽闪爆装置内水蒸气的压力为1.0～1.5MPa，并在压力下保压2～5分钟；然后，再次迅速泄压闪爆；

若残胶率≤10％，则，取出、水洗干净后，得到红麻纤维粗品，备用；

第三步，蒸煮步骤：

将所得红麻纤维粗品置于蒸球内，浸没在碱氧浴液中，加热至沸腾状态下蒸煮1～2.5小时；

取出后，用稀酸浴液洗涤至pH值≤7，得到红麻纤维半成品；

上述碱氧浴为氢氧化钠与双氧水的混合溶液，其中，氢氧化钠的质量百分比浓度为0.1％～1％，双氧水的质量百分比浓度为0.4％～1％；浴比为1︰10；

上述稀酸浴液为质量百分比浓度为0.08％的硫酸溶液；浴比为1︰20；

第四步，后处理步骤：

将所得红麻纤维半成品依次经水洗至纤维的pH呈中性、脱水、上油、烘干后，即得成品。

2.根据权利要求1所述的红麻纤维的精细化加工方法，其特征在于，所述有机胺类溶剂为乙二胺、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的红麻纤维的精细化加工方法，其特征在于，所制得的红麻纤维成品的细度为1.8～3.1tex，残胶率为8.32％～9.02％，纤维强度为2.06～3.97cN/dtex，纤维平均长度大于4cm。