CN106868606A - 一种剑麻的联合脱胶工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纺织加工技术领域，具体涉及一种剑麻的联合脱胶工艺。脱胶工艺步骤包括预处理、高压碱煮、去杂质、电晕放电处理、菌解、水洗、压干、给油、定形及烘干。本发明一种剑麻的脱胶工艺采用高压碱煮、电晕放电处理及菌解联合脱胶，效果优于传统的、单一的化学脱胶法和机械脱胶法，残胶率和木质素含量较低，符合剑麻深加工的工艺需求。另外本发明除了醋酸和少量氢氧化钠外不采用其他化学试剂，污染废水排放较少，是一种相对绿色环保的工艺方法。

Description

一种剑麻的联合脱胶工艺
【技术领域】
本发明涉及纺织加工技术领域，具体涉及一种剑麻的联合脱胶工艺。
【背景技术】
剑麻(学名：Agave sisalana Perr.ex Engelm.)又名菠萝麻，龙舌兰科龙舌兰属，是一种多年生热带硬质叶纤维作物，其原产墨西哥，现主要在非洲、拉丁美洲、亚洲等地种植，是当今世界用量最大，范围最广的一种硬质纤维。剑麻是我国独具特色优势的原料，具有纤维较长，质地坚韧，富于弹性，拉力强，抗撕裂，耐腐蚀，耐低温，在干湿环境之下都具有伸缩性不大等优点，故此被海军舰艇应用来制造缆绳，飞机汽车的轮胎内层，包括机器的传送带，起重机吊绳钢索中的绳心也是运用了剑麻纤维中一种材料。但是剑麻纤维由于组织中杂质含量多样性、纤维素聚集态结构的复杂性以及具有高的结晶度，使剑麻纤维对试剂的可及度低、溶解困难、反应性能及化学反应的均一性差，这些不足的存在直接影响剑麻纤维的深加工，大大限制了剑麻纤维的应用，故需要对剑麻进行脱胶处理。
剑麻纤维由纤维素、木质素、半纤维素三大组成成分构成，其中纤维素成分含量高达60％以上，剩下的绝大部分是半纤维素、木质素和果胶，这些物质大多包围在纤维外表，半纤维素伴在纤维素周围，呈网络结构，果胶将半纤维素等杂质与纤维素相互胶结在一起。因此，在剑麻的精细化处理中，脱胶是基础而又关键的工序，脱胶效果的好坏直接影响到纤维的产量和品质，进而影响到深加工。
目前脱胶主要方式主要有传统的水池沤麻法、化学脱胶法、酶法脱胶、闪爆法等，但是大多数选择单一的脱胶方式，存在残胶率高或者化学试剂用量过多污染环境等问题。
电晕放电是指气体介质在不均匀电场中的局部自持放电，为最常见的一种气体放电形式。在曲率半径很小的尖端电极附近，由于局部电场强度超过气体的电离场强，使气体发生电离和激励，因而出现电晕放电引；发生电晕时，在电极周围可以看到光亮，并伴有咝咝声。电晕放电可以是相对稳定的放电形式，也可以是不均匀电场间隙击穿过程中的早期发展阶段。电晕放电脱胶就是利用气体电离和激励后产生的高能电子、自由基等活性例子和麻纤维中的胶质作用，使胶质分子在短时间内发生分解，并发生后续的各种反应已达到脱胶的目的。
【发明内容】
本发明的发明目的在于：针对现有技术中剑麻脱胶后断裂强度低、残胶率高，以及化学试剂使用过量污染环境的问题，提供一种剑麻的联合脱胶工艺。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：将收割的新鲜剑麻叶摊平并放入碾压机中反复、完全碾压后用5％-10％的醋酸液中常温浸泡1.5-2小时，最后将浸泡后的剑麻叶用清水冲洗至PH＝6.5-7，得清洗剑麻叶；
(2)高压碱煮：取清洗剑麻叶加入浓度为8-12g/L的NaOH溶液，然后置于蒸汽压力为0.8-1.2Mpa，温度为120℃-160℃的环境下蒸煮2-3小时，其中清洗剑麻叶与NaOH溶液的质量比为1:4-6；
(3)去杂质：将蒸煮后的剑麻叶取出并进行击打揉搓，再用清水洗去附着于所述剑麻叶上的果胶等杂质，晾干，得到剑麻纤维；
(4)电晕放电处理：将晾干的剑麻纤维放入高压电晕放电区处理10-40s，所述处理的电压为3-8kv，处理的温度为45-120℃；
(5)菌解：将电晕放电处理后的剑麻纤维放入混合菌溶液中浸没发酵5-8个小时，菌解温度为26-35℃；
(6)将菌解后的剑麻纤维用清水洗干净，然后压干、给油、定型，烘干，得到剑麻精纤维。
进一步地，所述步骤(1)中完全碾压指将新鲜剑麻叶碾压至不出水为准。
进一步地，步骤(2)中在温度为130℃-150℃的环境下蒸煮2.5-3小时。
进一步地，放入高压电晕放电区处理25-35s，所述处理的电压为5-6kv，处理的温度为70-90℃。
进一步地，步骤(5)中所述混合菌溶液分为A型混合菌溶液和B混合菌溶液两种类型，所述A型混合菌溶液含有以下质量浓度的物质：金孢展齿革菌浓度为5-9g/L和白腐菌浓度为8-20g/L；所述B型混合菌溶液含有以下质量浓度的物质：金孢展齿革菌浓度为为5-9g/L和枯草芽孢杆菌浓度为6-12g/L。
进一步地，步骤(5)中所述菌解温度为28-32℃。
进一步地，所述A型混合菌溶液的PH＝4-6.5，所述B型混合菌溶液的PH＝6.5-8.5。
对剑麻叶进行机械碾压预处理，能够初步软化剑麻叶的纤维弹性。由剑麻的纤维排列可知，剑麻纤维呈束状结构，在束纤维中单纤维之间由胶质粘合，单纤维排列整齐、紧密。剑麻束纤维由多根单纤维组成，故剑麻纤维韧性好，强度高，经过机械碾压，能够破坏纤维的硬性结构，软化剑麻纤维，同时将粘合在纤维周围的胶质挤压破裂并裸露在外，方便进一步与其它化学、生物物质接触去除胶质。酸在与剑麻反应过程中作为一种催化剂，它能降低甙键的活化能，因而加速水解速度，达到软化纤维、果胶等成分的目的，酸浸泡后同样利于剑麻进一步脱胶。
对剑麻进行预处理后将其放入NaOH碱液中进行高压蒸煮，高温高压条件下，剑麻组织膨胀软化，利于NaOH碱性溶液进入纤维间隙反应，促进果胶成分、木质素等成分的分解。该方法较常规的碱氧浴法条件更为严格，故脱胶更为彻底。
采用电晕放电处理剑麻，是利用电晕对剑麻纤维产生的刻蚀作用,将剑麻纤维表面弱边界部分除去，使剑麻纤维表面产生起伏，变粗糙，并有键的断裂，形成自由基。同时，电晕放电增加了剑麻纤维的比表面积,实现了纤维与胶质的分离同时将引入羟基、羧基、环氧基、过氧化物等大量亲水性基团，使剑麻纤维表面活化，这将有效地改善剑麻束纤维表面的润湿、粘合等性能，有助于酶处理、水洗等加工工作。
采用一定量浓度的白腐菌、枯草芽孢杆菌、金孢展齿革菌对剑麻纤维作进一步的菌解脱胶处理。其中白腐菌是属于担子菌亚门的真菌,因腐朽木材呈白色而得名，是能够降解木材主要成分的微生物之一。本发明中采用白腐菌去除剑麻中木质素成分，在菌解过程中大部分剑麻纤维仍保持完整，且纤维素结晶度变化不大，对剑麻纤维具有很好的保护作用。枯草芽孢杆菌是芽孢杆菌属的一种，可利用蛋白质、多种糖及淀粉，分解色氨酸形成吲哚。在适宜条件下培养该菌种生长繁殖速度快，可以产生果胶酶和木聚糖酶等生物酶，可与剑麻中的胶质反应。金孢展齿革菌同样具有降解木质素的作用，木质素分子是一类含有酚羟基的高分子聚合物，其构成是由苯丙烷单元通过醚键和碳-碳单键连接而成。木质素过氧化物酶是木质素降解的关键酶之一，而金孢展齿革菌通过发酵含有木质素过氧化物酶，该酶属于氧化还原酶，能够氧化还原木质素不同类型芳香族化合物，将其降解成小分子，达到降解木质素的目的。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明采用高压碱煮使剑麻组织膨胀软化，便于化学成分及霉菌等物质进入组织间隙反应，促使果胶等胶质成分等脱落；采用电晕放电处理剑麻纤维，在不改变纤维材料的整体性能下使其表面的结构和化学组成发生改变、使剑麻纤维表面活化、粗糙，便于进一步脱胶；最后与菌解方式相结合，能够更彻底的将残余附着在纤维素周围的木质素、果胶等成分降解，通过三者相结合能够使剑麻脱胶率提高，残胶率降低，也提高了剑麻纤维的韧性，方便了剑麻纤维的深加工。
2.采用电晕方式处理剑麻纤维速度快、时间短、范围广,且操作简单、易于控制；脱胶过程仅采用醋酸及少量氢氧化钠处理，化学试剂使用相对较少，废液排少，对环境污染少，是一项相对绿色环保的脱胶方法。
【具体实施方式】
以下参照具体实施方式来进一步描述本发明，本发明保护范围并不受制与本发明的实施例。
实施例1
一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：将收割的新鲜剑麻叶摊平并放入碾压机中反复、完全碾压至剑麻叶不出水，再用5％的醋酸液中常温浸泡1.5小时，最后将浸泡后的剑麻叶用清水冲洗至PH＝6.5，得到清洗剑麻叶；
(2)高压碱煮：取清洗剑麻叶加入浓度为8g/L的NaOH溶液，然后至于蒸汽压力为0.8Mpa，温度为150℃的环境下蒸煮3个小时，其中清洗剑麻叶与NaOH溶液的质量比为1:4；
(3)去杂质：将蒸煮后的剑麻叶取出并进行击打揉搓，再用清水洗去附着于所述剑麻叶上的果胶等杂质，晾干，得到剑麻纤维；
(4)电晕放电处理：将晾干的剑麻纤维放入高压电晕放电区处理35s，所述处理的电压为5kv，处理的温度为70℃；
(5)菌解：将电晕放电处理后的剑麻纤维放入A型混合菌溶液中浸没发酵5个小时，菌解温度为32℃，其中，金孢展齿革菌的浓度为5g/L，白腐菌浓度为8g/L，溶液的PH＝4；
(6)将菌解后的剑麻纤维用清水洗干净，然后压干、给油、定型，烘干，得到剑麻精纤维。
实施例2
一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：将收割的新鲜剑麻叶摊平并放入碾压机中反复、完全碾压至剑麻叶不出水，再用6％的醋酸液中常温浸泡1.7小时，最后将浸泡后的剑麻叶用清水冲洗至PH＝6.6，得到清洗剑麻叶；
(2)高压碱煮：取清洗剑麻叶加入浓度为10g/L的NaOH溶液，然后置于蒸汽压力为1.0Mpa，温度为140℃的环境下蒸煮2.8个小时，其中清洗剑麻叶与NaOH溶液的质量比为1:5；
(3)去杂质：将蒸煮后的剑麻叶取出并进行击打揉搓，再用清水洗去附着于所述剑麻叶上的果胶等杂质，晾干，得到剑麻纤维；
(4)电晕放电处理：将晾干的剑麻纤维放入高压电晕放电区处理30s，所述处理的电压为5.5kv，处理的温度为80℃；
(5)菌解：将电晕放电处理后的剑麻纤维放入A型混合菌溶液中浸没发酵6个小时，菌解温度为30℃，其中，金孢展齿革菌的浓度为7g/L，白腐菌浓度为14g/L，溶液的PH＝5；
(6)将菌解后的剑麻纤维用清水洗干净，然后压干、给油、定型，烘干，得到剑麻精纤维。
实施例3
一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：将收割的新鲜剑麻叶摊平并放入碾压机中反复、完全碾压至剑麻叶不出水，再用7％的醋酸液中常温浸泡2小时，最后将浸泡后的剑麻叶用清水冲洗至PH＝6.7，得到清洗剑麻叶；
(2)高压碱煮：取清洗剑麻叶加入浓度为12g/L的NaOH溶液，然后置于蒸汽压力为1.2Mpa，温度为130℃的环境下蒸煮3个小时,其中清洗剑麻叶与NaOH溶液的质量比为1:6；
(3)去杂质：将蒸煮后的剑麻叶取出并进行击打揉搓，再用清水洗去附着于所述剑麻叶上的果胶等杂质，晾干，得到剑麻纤维；
(4)电晕放电处理：将晾干的剑麻纤维放入高压电晕放电区处理25s，所述处理的电压为6kv，处理的温度为90℃；
(5)菌解：将电晕放电处理后的剑麻纤维放入A型混合菌溶液中浸没发酵8个小时，菌解温度为28℃，其中，金孢展齿革菌的浓度为9g/L，白腐菌浓度为20g/L，溶液的PH＝6.5；
(6)将菌解后的剑麻纤维用清水洗干净，然后压干、给油、定型，烘干，得到剑麻精纤维。
实施例4
一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：将收割的新鲜剑麻叶摊平并放入碾压机中反复、完全碾压至剑麻叶不出水，再用8％的醋酸液中常温浸泡1.5小时，最后将浸泡后的剑麻叶用清水冲洗至PH＝6.8，得到清洗剑麻叶；
(2)高压碱煮：取清洗剑麻叶加入浓度为8g/L的NaOH溶液，然后置于蒸汽压力为0.8Mpa，温度为150℃的环境下蒸煮3个小时,其中清洗剑麻叶与NaOH溶液的质量比为1:4；
(3)去杂质：将蒸煮后的剑麻叶取出并进行击打揉搓，再用清水洗去附着于所述剑麻叶上的果胶等杂质，晾干，得到剑麻纤维；
(4)电晕放电处理：将晾干的剑麻纤维放入高压电晕放电区处理35s，所述处理的电压为5kv，处理的温度为70℃；
(5)菌解：将电晕放电处理后的剑麻纤维放入B型混合菌溶液中浸没发酵5个小时，菌解温度为32℃，其中，金孢展齿革菌的浓度为5g/L，枯草芽孢杆菌浓度为6g/L，溶液的PH＝6.5；
(6)将菌解后的剑麻纤维用清水洗干净，然后压干、给油、定型，烘干，得到剑麻精纤维。
实施例5
一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：将收割的新鲜剑麻叶摊平并放入碾压机中反复、完全碾压至剑麻叶不出水，再用9％的醋酸液中常温浸泡1.7小时，最后将浸泡后的剑麻叶用清水冲洗至PH＝6.9，得到清洗剑麻叶；
(2)高压碱煮：取清洗剑麻叶加入浓度为8g/L的NaOH溶液，然后置于蒸汽压力为0.8Mpa，温度为140℃的环境下蒸煮2.8个小时，其中清洗剑麻叶与NaOH溶液的质量比为1:6；
(3)去杂质：将蒸煮后的剑麻叶取出并进行击打揉搓，再用清水洗去附着于所述剑麻叶上的果胶等杂质，晾干，得到剑麻纤维；
(4)电晕放电处理：将晾干的剑麻纤维放入高压电晕放电区处理30s，所述处理的电压为5.5kv，处理的温度为80℃；
(5)菌解：将电晕放电处理后的剑麻纤维放入B型混合菌溶液中浸没发酵7个小时，菌解温度为30℃，其中，金孢展齿革菌的浓度为7g/L，枯草芽孢杆菌浓度为9g/L，溶液的PH＝7.5；
(6)将菌解后的剑麻纤维用清水洗干净，然后压干、给油、定型，烘干，得到剑麻精纤维。
实施例6
一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：将收割的新鲜剑麻叶摊平并放入碾压机中反复、完全碾压至剑麻叶不出水，再用10％的醋酸液中常温浸泡2小时，最后将浸泡后的剑麻叶用清水冲洗至PH＝7，得到清洗剑麻叶；
(2)高压碱煮：取清洗剑麻叶加入浓度为12g/L的NaOH溶液，然后置于蒸汽压力为1.2Mpa，温度为130℃的环境下蒸煮3个小时，其中清洗剑麻叶与NaOH溶液的质量比为1:7；
(3)去杂质：将蒸煮后的剑麻叶取出并进行击打揉搓，再用清水洗去附着于所述剑麻叶上的果胶等杂质，晾干，得到剑麻纤维；
(4)电晕放电处理：将晾干的剑麻纤维放入高压电晕放电区处理25s，所述处理的电压为6kv，处理的温度为90℃；
(5)菌解：将电晕放电处理后的剑麻纤维放入B型混合菌溶液中浸没发酵8个小时，菌解温度为28℃，其中，金孢展齿革菌的浓度为9g/L，枯草芽孢杆菌浓度为12g/L，溶液的PH＝8.5；
(6)将菌解后的剑麻纤维用清水洗干净，然后压干、给油、定型，烘干，得到剑麻精纤维。
对比例1
按照实施例1方法进行脱胶，但不进行电晕放电处理，其它条件步骤相同。
对比例2
按照实施例1方法进行脱胶，但不进行菌解处理，其它条件步骤相同。
对比例3
按照实施例1方法进行脱胶，菌解以枯草芽孢杆菌单独菌解，其它条件步骤相同。
按照本发明实施例1方法与现有单一的化学脱胶法、机械脱胶法、酶脱胶法及对比例1、对比例2、对比例3进行对比，剑麻纤维的脱胶情况如下：
从上表中可以看出，本发明脱胶方法得到的剑麻纤维断裂强度均高于单一化学脱胶法、机械脱胶法、酶脱胶法得到的纤维，残胶率在四种脱胶方式中最低，本发明得到的纤维略变细，颜色变白。而与对比例1、对比例2、及对比例3对比可知省略其中任一步骤及替换均不能使剑麻脱胶达到本发明的脱胶效果。本发明采用的脱胶工艺可以有效去除掉剑麻纤维中含有的胶质成分，能够有效地提高纤维的强度，同时能够提高色度；通过加高压碱煮可以软化纤维及胶质成分，电晕放电处理进一步刻蚀纤维表面，使纤维表面粗糙，纤维与纤维周围粘合的胶质分离，可以有效地提高纤维在微生物发酵时的效果，提高脱胶效果，使纤维强度提高。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (7)

1.一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：将收割的新鲜剑麻叶摊平并放入碾压机中反复、完全碾压后用5％-10％的醋酸液中常温浸泡1.5-2小时，最后将浸泡后的剑麻叶用清水冲洗至PH＝6.5-7，得清洗剑麻叶；
(2)高压碱煮：取清洗剑麻叶加入浓度为8-12g/L的NaOH溶液，然后置于蒸汽压力为0.8-1.2Mpa，温度为120℃-160℃的环境下蒸煮2-3小时，其中清洗剑麻叶与NaOH溶液的质量比为1:4-6；
(3)去杂质：将蒸煮后的剑麻叶取出并进行击打揉搓，再用清水洗去附着于所述剑麻叶上的果胶等杂质，晾干，得到剑麻纤维；
(4)电晕放电处理：将晾干的剑麻纤维放入高压电晕放电区处理10-40s，所述处理的电压为3-8kv，处理的温度为45-120℃；
(5)菌解：将电晕放电处理后的剑麻纤维放入混合菌溶液中浸没发酵5-8个小时，菌解温度为26-35℃；
(6)将菌解后的剑麻纤维用清水洗干净，然后压干、给油、定型，烘干，得到剑麻精纤维。
2.根据权利要求1所述的一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于：步骤(1)中完全碾压将新鲜剑麻叶碾压至不出水为准。
3.根据权利要求1所述的一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于：步骤(2)中温度为130℃-150℃的环境下蒸煮2.5-3小时。
4.根据权利要求1所述的一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于：放入高压电晕放电区处理25-35s，所述处理的电压为5-6kv，处理的温度为70-90℃。
5.根据权利要求1所述的一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于：步骤(5)中所述混合菌溶液分为A型混合菌溶液和B混合菌溶液两种类型，所述A型混合菌溶液含有以下质量浓度的物质：金孢展齿革菌浓度为5-9g/L和白腐菌浓度为8-20g/L；所述B型混合菌溶液含有以下质量浓度的物质：金孢展齿革菌浓度为为5-9g/L和枯草芽孢杆菌浓度为6-12g/L。
6.根据权利要求5所述的一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于：步骤(5)中所述菌解温度为28-32℃。
7.根据权利要求5所述的一种剑麻的联合脱胶工艺，其特征在于：所述A型混合菌溶液的PH＝4-6.5，所述B型混合菌溶液的PH＝6.5-8.5。
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