CN108588852B - 一种高木质素原料清洁脱胶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高木质素原料清洁脱胶的方法，其包括以下步骤：将待处理麻粗纤维浸入微波消解液，并放入微波消解罐，再放入微波消解装置，设定微波消解程序，得到处理后麻粗纤维；将上述处理后麻粗纤维经高压二氧化碳处理得到中间体纤维；最后，排空漂白槽之脱胶槽内的液体，并开启进水阀，喷淋冲洗干净后，得到纺织纤维。本发明生产成本相对较低，整个生产过程中，水、电、汽消耗相对较低低、耗时短、化学药品用量少，并且脱胶工序不使用烧碱、并且不使用能导致二氧化硫废气产生的亚硫酸钠成分，环保压力小、废水处理成本相对较低，不使用烧碱，化学试剂均无毒无害且消耗量小，符合清洁生产工艺要求。

Description

一种高木质素原料清洁脱胶的方法

技术领域

本发明涉及纺织工业技术领域，尤其涉及一种高木质素原料清洁脱胶的方法。

背景技术

麻类植物是纺织纤维的重要原料来源，麻类植物原料因其可再生性和纤维素的易回收性逐渐成为纤维资源的主要来源，麻纤维的制取工艺最重要的是纤维分离技术，即脱胶技术。

除苎麻外，其他麻类植物中普遍具有较高含量的胶质成分和木质素成分，正是由于其中的木质素成分含量高，加剧了这类原麻纤维脱胶的困难程度。

现有技术中，普遍采用化学脱胶与蒸汽闪爆脱胶的联合方法进行这类高胶质含量的原麻纤维的。蒸汽爆破是一种有效的处理方法，一般将蒸汽爆破作为预处理手段，与化学脱胶联用已应用于很多麻类的脱胶工作。然而，即使在经过蒸汽爆破预处理后，仍需要大量化学试剂在较长的时间下进行脱胶，而且有些麻纤维的脱胶效果仍不理想。

常规的预浸+蒸汽爆破+氢氧化钠处理，常温预浸基本不能脱除木质素成分，而后续的氢氧化钠联合蒸汽爆破处理，氢氧化钠会先与样品中的半纤维素和果胶等易反应的化学成分反应，在半纤维素和果胶大部分脱除后，氢氧化钠大量消耗，浓度降低，当与木质素反应时，氢氧化钠对木质素的脱除效果较低，这种方式不能有效的脱除木质素，后续的高温碱液蒸煮虽然可以去除木质素，但条件较为剧烈(温度150-160℃，时间1小时-2小时)，纤维素在长时间高温条件下必然产生碱水解，强力有部分降低，最终的纤维品质受到影响。

因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高木质素原料清洁脱胶的方法，以高效分离纤维，不使用高强度碱液，降低制备过程中的环境污染。

为解决上述技术问题，本发明技术方案包括：

一种高木质素原料清洁脱胶的方法，其包括以下步骤：

A、将待处理麻粗纤维浸入微波消解液，并放入微波消解罐，再放入微波消解装置，设定微波消解程序，15分钟内升温至120℃，保温5分钟-20分钟，再缓慢降温至70℃，将其中的麻粗纤维取出，使用10倍甲醇过滤该麻粗纤维，得到处理后麻粗纤维；

上述待处理麻粗纤维与微波消解液各组分的质量比为：

待处理麻粗纤维：甲醇：甘油：浓硫酸＝2:3:6:0.14；

B、将上述处理后麻粗纤维经高压二氧化碳处理得到中间体纤维；将中间纤维置入漂白槽中，开启进液阀，注入漂白液至浴比为1:10；然后，将漂白槽内的漂白液温度加热至70℃～90℃；

最后，排空漂白槽之脱胶槽内的液体，并开启进水阀，喷淋冲洗干净后，得到纺织纤维；

上述漂白液各组分的质量百分数分别为：4％～6％的过碳酸钠，2％～3％的双氧水，余量为水。

所述的方法，其中，上述高压二氧化碳处理包括：

将上述处理后麻粗纤维浸入水中，固液比为1:10，置入高压反应釜中，通入二氧化碳至压力5MPa，然后将高压反应釜加热至180℃-220℃，保温10分钟-30分钟，再缓慢降温至70℃以下，将再其取出并过滤，得到上述中间体纤维。

所述的方法，其中，上述步骤A之前还包括：

使用剥麻机将原麻作物的茎叶加工成直径为1mm的麻粗纤维作为上述待处理麻粗纤维。

所述的方法，其中，上述原麻作物的木质素含量高于5％。

所述的方法，其中，上述原麻作物为苎麻、大麻、罗布麻、红麻或黄麻中的一种。

本发明提供的一种高木质素原料清洁脱胶的方法，生产成本相对较低，整个生产过程中，水、电、汽消耗相对较低低、耗时短、化学药品用量少，并且脱胶工序不使用烧碱、并且不使用能导致二氧化硫废气产生的亚硫酸钠成分，环保压力小、废水处理成本相对较低，不使用烧碱，化学试剂均无毒无害且消耗量小，符合清洁生产工艺要求。

尤其是，本发明技术方案符合国家一直以来积极倡导的不使用或者少使用烧碱，以进行麻脱胶的“绿色脱胶”发展方向。

本发明技术方案中，将植物原料分离成1mm的麻粗纤维，提高了被处理物料的比表面积，增大了化学试剂处理物料的可及度，为后续的木质素和半纤维素有效分离奠定基础。随后的微波消解工序对木质素的有效提取和后续的半纤维素有效分离起到了非常关键的作用。因为，常规对木质素提取一般采用高浓度碱液蒸煮方式，但这种方式一方面造成后续的大量污染，另一方面，碱液蒸煮不能完全有效去除木质素成分。

而本发明采用甲醇、甘油和硫酸混合液进行处理，其中硫酸可对木质素、半纤维素和纤维素间的连接键进行部分水解；甘油是溶解木质素的主要溶剂，但由于甘油常规状态下粘度较大，不容易对物料进行有效溶解提取，而甲醇由于分子量小，可更容易进入物料内部，由于甘油和甲醇可以任意比例互溶，亦可随甲醇进入物料内部，提高甘油对木质素的溶解效率和提取能力。最为关键的是采用微波消解，利用微波能的化学作用能够极化有机化合物分子，使有机化合物与敏化剂之间形成过渡态产物，降低氧化和分解有害有机化合物所需要的活化能，使反应加速进行；微波能的物理作用能够加热和极化有机化合物分子，提高了氧化和分解有机化合物所需要的反应条件，达到反应所需要的活化能，微波消解的上述作用提高了甘油溶解提取木质素的效率和得率，在微波消解进程中加入硫酸则可以是反应更稳定，增加了反应的安全性。

随后采用的高压二氧化碳降解提取半纤维素是本发明的另一技术关键点，半纤维素一般不能在水溶液中降解，但上一工序中，微波消解一方面将木质素全面提取，减弱了木质素、半纤维素和纤维素的连接强度，另一方面，微波消解将物料进一步处理至微米级细度，更进一步的增加了物料的比表面积和可及度；当通入高压二氧化碳后，水溶液可在高温高压和二氧化碳的作用下分解成H₃O⁺，同时产生少量HCO₃ ^-；H₃O⁺和HCO₃ ^-均可将半纤维素降解成低聚木糖。

也就是说，在微波消解提取木质素和高压二氧化碳催化水解半纤维素的协同作用下，使用非无机化学试剂可将木质素和半纤维素进行全面有效的提取。随后的双氧水漂白工序进一步对未完全提取的半纤维素和木质素进行氧化降解，最终制备纯度较高的纤维素产品。

由此可见，本发明相对现有技术，具有工艺简单、化学试剂用量小和产品品质好、处理时间短、使用化学试剂少、废水排放量少、所使用的化学试剂均无毒无害、废水处理难度小等有益效果。

具体实施方式

本发明提供了一种高木质素原料清洁脱胶的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种高木质素原料清洁脱胶的方法，其包括以下步骤：

步骤一，将待处理麻粗纤维浸入微波消解液，并放入微波消解罐，再放入微波消解装置，设定微波消解程序，15分钟内升温至120℃，保温5分钟-20分钟，再缓慢降温至70℃，将其中的麻粗纤维取出，使用10倍甲醇过滤该麻粗纤维，得到处理后麻粗纤维；

上述待处理麻粗纤维与微波消解液各组分的质量比为：

待处理麻粗纤维：甲醇：甘油：浓硫酸＝2:3:6:0.14；

步骤二，将上述处理后麻粗纤维经高压二氧化碳处理得到中间体纤维；将中间纤维置入漂白槽中，开启进液阀，注入漂白液至浴比为1:10；然后，将漂白槽内的漂白液温度加热至70℃～90℃；

最后，排空漂白槽之脱胶槽内的液体，并开启进水阀，喷淋冲洗干净后，得到纺织纤维；

上述漂白液各组分的质量百分数分别为：4％～6％的过碳酸钠，2％～3％的双氧水，余量为水。

在本发明的另一较佳实施例中，上述高压二氧化碳处理包括：

将上述处理后麻粗纤维浸入水中，固液比为1:10，置入高压反应釜中，通入二氧化碳至压力5MPa，然后将高压反应釜加热至180℃-220℃，保温10分钟-30分钟，再缓慢降温至70℃以下，将再其取出并过滤，得到上述中间体纤维。

并且在步骤一之前还包括：

使用剥麻机将原麻作物的茎叶加工成直径为1mm的麻粗纤维作为上述待处理麻粗纤维。该原麻作物的木质素含量高于5％，并且上述原麻作物为苎麻、大麻、罗布麻、红麻或黄麻中的一种。

为了更进一步描述本发明的方案，以下列举更为详尽的实施例进行说明。

实施例1

原料及产地：500kg罗布麻原麻、新疆

分离方法如下：

第一步，机械分散步骤

使用剥麻机将原麻作物的茎叶加工成直径为1mm左右的麻粗纤维；

第二步，微波消解处理步骤

将麻粗纤维浸入微波消解液，并放入微波消解罐，再放入微波消解装置，设定微波消解程序，15分钟内升温至120℃，保温5分钟-20分钟，再缓慢降温至70℃，将其中的麻粗纤维取出，使用10倍甲醇过滤该麻粗纤维，得到处理后麻粗纤维；

上述待处理麻粗纤维与微波消解液各组分的质量比为：

待处理麻粗纤维：甲醇：甘油：浓硫酸＝2:3:6:0.14；

第三步，高压二氧化碳处理步骤

将微波消解处理后的粗纤维浸入水中，固液比为1:10，置入高压反应釜中，通入二氧化碳至压力5MPa，然后加热至180℃，保温10分钟，停止加热至温度低于70℃，将纤维取出，过滤，得到中间体纤维；

第四步，漂白步骤

将所得到的中间体纤维置入漂白槽中，开启进液阀，注入漂白液至浴比为1:10；

然后，将漂白槽内的漂白液温度加热至70℃；

最后，排空漂白槽之脱胶槽内的液体，并开启进水阀，喷淋冲洗干净后，得到纺织纤维；

上述漂白液各组分的质量百分数分别为：4％的过碳酸钠，2％的双氧水，余量为水。

最终制得的罗布麻纤维细度为1000公支，白度为80。

实施例2

原料及产地：500g苎麻原麻、湖南

分离方法如下：

第一步，机械分散步骤

使用剥麻机将原麻作物的茎叶加工成直径为1mm左右的麻粗纤维；

第二步，微波消解处理步骤

将麻粗纤维浸入微波消解液，并放入微波消解罐，再放入微波消解装置，设定微波消解程序，15分钟内升温至120℃，保温5分钟-20分钟，再缓慢降温至70℃，将其中的麻粗纤维取出，使用10倍甲醇过滤该麻粗纤维，得到处理后麻粗纤维；

上述待处理麻粗纤维与微波消解液各组分的质量比为：

待处理麻粗纤维：甲醇：甘油：浓硫酸＝2:3:6:0.14；

第三步，高压二氧化碳处理步骤

将微波消解处理后的粗纤维浸入水中，固液比为1:10，置入高压反应釜中，通入二氧化碳至压力5MPa，然后加热至180℃，保温15分钟，停止加热至温度低于70℃，将纤维取出，过滤，得到中间体纤维；

第四步，漂白步骤

将所得到的中间体纤维置入漂白槽中，开启进液阀，注入漂白液至浴比为1:10；

然后，将漂白槽内的漂白液温度加热至75℃；

最后，排空漂白槽之脱胶槽内的液体，并开启进水阀，喷淋冲洗干净后，得到纺织纤维；

上述漂白液各组分的质量百分数分别为：4％的过碳酸钠，2％的双氧水，余量为水。

最终制得的苎麻纤维细度为2000公支，白度为80。

实施例3

原料及产地：500g红麻原麻、新疆

分离方法如下：

第一步，机械分散步骤

使用剥麻机将原麻作物的茎叶加工成直径为1mm左右的麻粗纤维；

第二步，微波消解处理步骤

将麻粗纤维浸入微波消解液，并放入微波消解罐，再放入微波消解装置，设定微波消解程序，15分钟内升温至120℃，保温5分钟-20分钟，再缓慢降温至70℃，将其中的麻粗纤维取出，使用10倍甲醇过滤该麻粗纤维，得到处理后麻粗纤维；

上述待处理麻粗纤维与微波消解液各组分的质量比为：

麻粗纤维：甲醇：甘油：浓硫酸＝2:3:6:0.14；

第三步，高压二氧化碳处理步骤

将微波消解处理后的粗纤维浸入水中，固液比为1:10，置入高压反应釜中，通入二氧化碳至压力5MPa，然后加热至210℃，保温20分钟，停止加热至温度低于70℃，将纤维取出，过滤，得到中间体纤维；

第四步，漂白步骤

将所得到的中间体纤维置入漂白槽中，开启进液阀，注入漂白液至浴比为1:10；

然后，将漂白槽内的漂白液温度加热至80℃；

最后，排空漂白槽之脱胶槽内的液体，并开启进水阀，喷淋冲洗干净后，得到纺织纤维；

上述漂白液各组分的质量百分数分别为：6％的过碳酸钠，3％的双氧水，余量为水。

最终制得的红麻纤维细度为800公支，白度为80。

实施例4

为对比实施例，为现有技术；

原料及产地：500Kg红麻原麻、新疆(与实施例3所用原料相同)

脱胶方法如下：

浸酸(硫酸浓度1g/L，温度50℃，浴比1：15，时间1h)→水洗→碱煮(氢氧化钠浓度6.5％，硅酸钠3％,亚硫酸钠4％,渗透剂(脂肪醇聚氧乙烯醚)2％，温度100℃，浴比1：15，时间2.5h)→水洗→烘干。

最终制得红麻纤维细度为145公支，白度为30。

通过实施例3和4比较发现，使用本发明方法得到的红麻精干麻细度为现有技术得到红麻精干麻的1/5，白度由30提高至80，且整个流程不使用氢氧化钠、硅酸钠、亚硫酸钠等有较强污染隐患的化学品。说明本发明方法具有生产流程清洁、产品品质高等优点。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (5)

1.一种高木质素原料清洁脱胶的方法，其包括以下步骤：

A、将待处理麻粗纤维浸入微波消解液，并放入微波消解罐，再放入微波消解装置，设定微波消解程序，15分钟内升温至120℃，保温5分钟-20分钟，再缓慢降温至70℃，将其中的麻粗纤维取出，使用10倍甲醇过滤该麻粗纤维，得到处理后麻粗纤维；

上述待处理麻粗纤维与微波消解液各组分的质量比为：

待处理麻粗纤维：甲醇：甘油：浓硫酸＝2:3:6:0.14；

B、将上述处理后麻粗纤维经高压二氧化碳处理得到中间体纤维；将中间纤维置入漂白槽中，开启进液阀，注入漂白液至浴比为1:10；然后，将漂白槽内的漂白液温度加热至70℃～90℃；

最后，排空漂白槽之脱胶槽内的液体，并开启进水阀，喷淋冲洗干净后，得到纺织纤维；

上述漂白液各组分的质量百分数分别为：4％～6％的过碳酸钠，2％～3％的双氧水，余量为水。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述高压二氧化碳处理包括：

将上述处理后麻粗纤维浸入水中，固液比为1:10，置入高压反应釜中，通入二氧化碳至压力5MPa，然后将高压反应釜加热至180℃-220℃，保温10分钟-30分钟，再缓慢降温至70℃以下，将再其取出并过滤，得到上述中间体纤维。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述步骤A之前还包括：

使用剥麻机将原麻作物的茎叶加工成直径为1mm的麻粗纤维作为上述待处理麻粗纤维。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，上述原麻作物的木质素含量高于5％。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，上述原麻作物为苎麻、大麻、罗布麻、红麻或黄麻中的一种。