CN109112640A - 一种菠萝叶汽爆提取木糖及纤维的方法 - Google Patents

一种菠萝叶汽爆提取木糖及纤维的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于菠萝叶纤维加工的领域，尤其涉及一种菠萝叶纤维的全质利用的方法，具体为一种菠萝叶汽爆提取木糖及纤维的方法。该方法包括以下步骤：1）预处理；2）挤干；3）汽爆处理；4）水洗提取木糖；5）氧漂。该方法中采用蒸汽、空气加压喷爆使菠萝叶气爆前进行预处理，主要目的是实现纤维的软化，有利于瞬间闪爆过程时，纤维在不受机械损伤的情况下分离。同时在闪爆前预处理时，纤维会发生一定程度的溶胀，有利水蒸汽渗入纤维原料中，增强水合作用，从而提高分离效果。汽爆处理使得菠萝叶纤维中90％的果胶和半纤维素降解，同时将菠萝叶纤维束与其他组分完全分离，避免了传统脱胶造成环境污染，充分利用了原材料，而且可提高纤维得率和品质。

Description

一种菠萝叶汽爆提取木糖及纤维的方法
技术领域
本发明属于菠萝叶纤维加工的领域，尤其涉及一种菠萝叶纤维的全质利用的方法，具体为一种菠萝叶汽爆提取木糖及纤维的方法。
背景技术
菠萝叶纤维习称菠萝麻，又称凤梨纤维，属叶脉纤维.菠萝叶纤维因其组织的内部多孔中空结构，所以具有良好的快速吸收和蒸发水分性能，是一种优异的天然保健新型纺织材料.将其与天然纤维或合成纤维混纺，织物容易印染，吸汗透气，挺括不起皱，适宜制作各种中高档的西服、衬衫、裙袍、领带以及各种装饰织物.经国家权威检测机构检验证明，其具有天然杀菌、抑菌功能，可有效驱螨虫，除异味.因其特殊的性能，菠萝叶纤维的生产已形成了一条完整的产业链，但是现今采用的化学脱胶方法对环境和水源造成污染，使脱胶环节成为其生产过程中的瓶颈.
菠萝叶纤维与苎麻、亚麻、黄麻、大麻的化学成分见下表％
从表中可以看出，菠萝叶纤维其化学成分与黄麻类似，只是果胶、脂腊质、灰分含量较高。
必须先对其进行脱胶处理；而脱胶质量的好坏直接影响到纤维的产量与应用价值。传统的水浸法脱胶生产周期长，污染严重，效率低。目前工业上主要采用化学脱胶的方法处理4大麻纤维，但处理后污水中的化学成分不易回收，极易污染环境。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种菠萝叶汽爆提取木糖及纤维的方法。该方法中充分利用了原材料，将菠萝叶汽爆提取木糖及纤维，避免了传统脱胶造成环境污染，提高了纤维得率和品质。
为了实现以上发明目的，本发明的技术方案为：
一种菠萝叶汽爆提取木糖及纤维的方法，其包括以下步骤：
(1)预处理
将收集的菠萝叶(新鲜)，切成长度8-20cm筛选后，进入连续预浸机与含稀碱的水溶液进行预浸。可采用的稀碱有NaOH等。
(2)挤干：将经过预浸的物料在连续预浸机中浸胀后的物料进行脱水，使其含水量为30-60wt％；得菠萝叶纤维。
(3)汽爆处理：将脱水后的菠萝叶纤维进入汽爆装置中进行汽爆处理；汽爆处理时，先用蒸汽加压至1.0MPa～2.5MPa，然后用压缩空气加压至3-5MPa，时间维持30s～180s进行气爆。
采用蒸汽、空气加压喷爆使菠萝叶气爆前进行预处理，主要目的是实现纤维的软化，有利于瞬间闪爆过程时，纤维在不受机械损伤的情况下分离。同时在闪爆前预处理时，纤维会发生一定程度的溶胀，有利水蒸汽渗入纤维原料中，增强水合作用，从而提高分离效果。菠萝叶纤维细胞壁由纤维素、半纤维素、木质素等物质，在受高压空气膨胀时的冲击而破裂，同时水蒸汽易浸入植物细胞中，使成分软化，产生一系列的化学变化，从而削弱了纤维间的粘结。蒸汽爆破后纤维素充分暴露，变成结构疏松、柔软的立体状组织。汽爆处理使得菠萝叶纤维中90％的果胶和半纤维素降解，同时将菠萝叶纤维束与其他组分完全分离，，避免了传统脱胶造成环境污染，充分利用了原材料，而且可提高纤维得率和品质。
(4)水洗提取木糖：将汽爆后的菠萝叶纤维进行水洗，水洗液用膜提取木糖；然后将纤维脱水。
(5)氧漂：将脱水后的纤维进行漂白处理，最后清洗干净即得到菠萝叶纤维。采用连续化氧漂机进行氧漂工艺漂白，氧漂时，添加快速氧漂剂Stabiron BLG 2～3.5g/L、H2O25-10g/L浴比1∶6～12，其工艺条件为：常温加入快速氧漂剂后升温至98-100℃，维持40min，降温至60℃，用水漂洗后即得到菠萝叶纤维。
进入连续预浸机的稀碱水溶液中NaOH的质量浓度为0.1％～1.0％；所述菠萝叶纤维预浸处理采用的浴液(质量)比为1∶6。预浸后的菠萝叶纤维用脱水机脱水，使其含水量在30-60％。气爆后的菠萝纤维，用水提取木糖，菠萝纤维与水的的重量比1∶10，提取温度70-90℃，时间15-30min；提取液用微滤膜、超滤膜、纳米膜分离和精制木糖。
蒸汽、空气加压喷爆前的预处理，主要目的是实现纤维的软化，有利于瞬间闪爆过程时，纤维在不受机械损伤的情况下分离。同时在闪爆前预处理时，纤维会发生一定程度的溶胀，有利水蒸汽渗入纤维原料中，增强水合作用，从而提高分离效果。菠萝叶纤维细胞壁由纤维素、半纤维素、木质素等物质，在受高压空气膨胀时的冲击而破裂，同时水蒸汽易浸入植物细胞中，使成分软化，产生一系列的化学变化，从而削弱了纤维间的粘结。蒸汽爆破后纤维素充分暴露，变成结构疏松、柔软的立体状组织。汽爆处理使得菠萝叶纤维中90％的果胶和半纤维素降解，同时将菠萝叶纤维束与其他组分完全分离，避免了传统脱胶造成环境污染，充分利用了原材料，而且可提高纤维得率和品质。
本发明的积极效果体现在：
(一)蒸汽爆破主要是利用高温高压水蒸气汽相蒸煮纤维原料，并通过瞬间泄压实现纤维原料组分的分离和结构变化，从而达到脱胶目的。
(二)由于不含NaOH的氧漂工艺，减少纤维强力的损伤和织物失重，漂后织物手感柔软，容易洗净和匀染，
(三)上世纪九十年代后期由欧洲研制一种复合型多功能固体快速氧漂剂Stabiron BLG，不含烧碱，在氧漂时只用快速氧漂剂和双氧水，使氧漂工艺实现了简、短、省。本申请中采用的快速氧漂剂取代了传统工艺中的烧碱、渗透剂、稳定剂、螯合剂、精炼剂等，从根本上避免了氧漂工艺中由于烧碱而带来的一系列副作用。
附图说明
图1本发明中所述菠萝叶汽爆提取木糖及纤维的工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
本申请文件中，如无特殊说明，％均表示其质量百分含量，即wt％。
实施例1：
(1)预处理
将收集的新鲜菠萝叶，然后进行切段，筛选出长度为12cm左右的菠萝叶段进入连续预浸机，与质量浓度为0.5％NaOH水溶液进行预浸，预浸时浴液比(质量)为1∶6，温度70℃，时间40min；
(2)挤干：在连续预浸机中浸胀后的物料，进行脱水，使物料的含水量为40wt％；
(3)汽爆处理：将脱水后的菠萝叶进入汽爆装置中进行汽爆处理；汽爆处理时，先用蒸汽加压至1.4MPa，然后用压缩空气加压至2.5MPa，整个汽爆处理时间为90s。
(4)水洗提取木糖：将汽爆后的菠萝叶纤维，用水提取木糖，菠萝纤维与水的的重量比1∶10，提取温度80℃，时间40min；提取液先后用微滤膜、超滤膜、纳滤膜分离除杂，最后浓缩、结晶得到精制木糖。该方法污染小、水可以回收利用。
(5)氧漂：提取木糖后的菠萝叶纤维脱水至含水量40wt％后进行氧漂，采用连续化氧漂机进行氧漂工艺漂白时，添加快速氧漂剂Stabiron BLG 3g/L、H2O28g/L，浴比1∶10，其工艺条件为：常温加入助剂升温至98℃，维持40min，降温至60℃，用水漂洗，即得到菠萝叶纤维。通过本发明处理后的菠萝叶纤维具有松散、柔软等特点，提高了纤维的可纺性。
实施例2：
(1)预处理
将收集的新鲜菠萝叶，切成长度为12cm的段后，进入连续预浸机与含质量浓度为0.8％的稀NaOH水溶液进行预浸，预浸时浴液(质量)比1∶6，温度70℃，时间30min。比如菠萝叶段100kg，稀NaOH水溶液的质量为600kg。
(2)挤干：在连续预浸机中浸胀后的物料，进行脱水，使其含水量为40％；
(3)汽爆处理：将脱水后的菠萝叶纤维进入汽爆装置中进行汽爆处理；汽爆处理时，先用蒸汽加压至1.2MPa，然后用压缩空气加压至3.5MPa，整个汽爆时间为90s。
(4)水洗提取木糖：将汽爆后的菠萝叶纤维，用水提取木糖，菠萝纤维与水的的重量比1∶10，提取温度80℃，时间40min；提取液用微滤膜、超滤膜、纳滤膜分离除杂，最后浓缩、结晶得到精制木糖。该方法优势为：污染小、水可以回收利用。
(5)氧漂：提取木糖后的菠萝叶纤维脱水至含水量40％进行氧漂，采用连续化氧漂机进行氧漂工艺漂白时，添加快速氧漂剂Stabiron BLG 3g/L、H2O28g/L，浴比1∶10，其工艺条件为：常温加入助剂升温至98℃，维持40min，降温至60℃，用水漂洗，即得到菠萝叶纤维。通过本发明处理后的菠萝叶纤维具有松散、柔软等特点，提高了纤维的可纺性。
对比例1：
采用与实施例1同样的方法步骤进行菠萝叶汽爆提取木糖及纤维，但是将实施例1中的汽爆处理步骤改为：直接用蒸汽加压处理，处理条件一致。但是这样制备得到的纤维由于温度太高，纤维受到损伤，无法进行纺织。由对比可知，用压缩空气二次加压，可大大降低喷爆温度，保证纤维不被烧焦。
对比例2：
采用与实施例1同样的方法步骤进行菠萝叶汽爆提取木糖及纤维，取消了挤干步骤，即取消在连续预浸机中浸胀后的物料，进行脱水，使其含水量为40wt％该步骤，其余条件均相同。不挤干就进行爆破，由于水分太多，爆破效果不佳，无法进行后续操作。
本发明专利方法与传统化学法进行对比情况如下：
菠萝叶纤维脱胶一直是纺织应用的难点，国内外多采用化学方法和生化联合脱胶，但化学方法脱胶能耗大、成本高、对环境污染严重、对纤维损伤大，精干麻制成率低；采用本专利方法处理后的菠萝叶纤维具有松散、柔软等特点，提高了纤维的可纺性。
表1、本发明方法与传统方法效果对比(以木糖为准)
表2、本发明方法与传统方法得到的纤维效果对比
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种菠萝叶汽爆提取木糖及纤维的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1） 预处理：将收集的菠萝叶，切成长度8-20cm，筛选后，进入连续预浸机与含稀碱的水溶液进行预浸；
（2）挤干：将在连续预浸机中浸胀后的物料进行脱水，使其含水量为30-60%；
（3） 汽爆处理：将脱水后的菠萝叶纤维进入汽爆装置中进行汽爆处理；
（4） 水洗提取木糖：将汽爆后的菠萝叶纤维进行水洗，水洗液用膜提取木糖及果胶；然后进行脱水；
（5） 氧漂：将脱水后的菠萝叶纤维进行漂白处理，最后清洗干净。
2.根据权利要求1所述菠萝叶汽爆提取木糖及纤维的方法，其特征在于：进入连续预浸机的稀碱水溶液中NaOH重量含量为0.1% ～ 1.0%；所述菠萝叶纤维预浸处理采用的浴比为1:6。
3.根据权利要求1 所述菠萝叶汽爆提取木糖及纤维的方法，其特征在于：汽爆处理时，先用蒸汽加压至1.0MPa ～ 2.5MPa，然后用压缩空气加压至3-5MPa，时间维持30s ～180s。
4.根据权利要求1 所述菠萝叶汽爆提取木糖及纤维的方法，其特征在于：气爆后的菠萝纤维，用水提取木糖及果胶，菠萝纤维与水的的质量比为1：10，提取温度70-90℃，时间15-30min；提取液用微滤膜、超滤膜、纳米膜分离精制木糖和果胶。
5.根据权利要求1 所述菠萝叶汽爆提取木糖及纤维的方法，其特征在于所述氧漂步骤为：连续化氧漂机进行氧漂工艺漂白，氧漂时，，添加快速氧漂剂Stabiron BLG 2～3．5g/L、H2O2 5-10g/L，浴比 1：6～12、其工艺条件为：常温加入快速氧漂剂，升温至98-100℃，维持40min，降温至60℃，用水漂洗，即得菠萝叶纤维。
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