CN110284200A - 一种苎麻脱胶的预处理方法 - Google Patents

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王朝云
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汪洪鹰
李懋
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Abstract

本发明提供了一种苎麻脱胶的预处理方法，包括：将苎麻原麻与低共熔溶剂混合，加热搅拌，水洗过滤后，得到处理后的苎麻；所述低共熔溶剂由氢键受体与氢键供体制成；所述氢键受体为氯化胆碱；所述氢键供体选自酰胺或多元醇。与现有技术相比，本发明采用低共熔溶剂对苎麻原麻进行脱胶预处理，该方法工艺简单、原料易合成成本低、无毒、可生物降解、无污染，且脱胶效率高。

Description

一种苎麻脱胶的预处理方法
技术领域
本发明属于纺织技术领域，尤其涉及一种苎麻脱胶的预处理方法。
背景技术
苎麻是荨麻科苎麻属多年生宿根型草本植物，是我国传统特色经济作物。苎麻纤维作为绿色生态纤维，具有吸湿、透气、抑菌、防霉、抗紫外线、无静电等优良性能。苎麻纺织品不仅在衣服、包装上得到广泛应用，而且发展到家用装饰、医用等多个领域，国内外市场潜力巨大。
但是，苎麻纤维组成中除纤维素外，还有果胶、半纤维素、木质素、脂蜡质和水溶物等伴生物质，统称为胶质。在胶质的作用下，苎麻纤维单细胞在韧皮中相互疏松地排列并粘合。为了达到纺织要求，苎麻原麻必须经过脱胶，除去纤维周围全部或部分胶质，使纤维分离、松散，才能制取可纺纤维。
苎麻脱胶方法主要包括化学脱胶和生物脱胶两大类。
目前苎麻脱胶企业普遍采用的是化学脱胶法。化学脱胶法的原理是利用植物韧皮中纤维素和胶质对碱、无机酸和氧化剂等稳定性不同而去除胶质。一般可分为前处理、碱液煮练和后处理三个阶段。其繁杂的工序、诸多专用设备、耗水量大以及碱液等废液废水的排放等因素，导致化学脱胶纤维制成率低、严重污染环境、生产成本高等问题，现在苎麻脱胶行业面临着高成本的污水治理乃至“关停”的严重形势和挑战，严重制约着产业的健康发展。
生物脱胶主要有天然条件下的沤麻、人工条件下的微生物脱胶和酶脱胶等方法。其中，沤麻利用自然条件接种，在河流、池塘、小溪、雨露、温水等湿润条件下使苎麻皮自然发酵，主要利用嫌气性微生物进行部分脱胶。沤麻用水量大，对水源要求较高，同时脱胶过程中含有大量果胶和半纤维素的水解产物、色素等，均随水流扩散，对水体造成严重污染。虽然相对于传统化学脱胶，生物脱胶技术可大幅度降低脱胶污染排放。但目前微生物脱胶或酶脱胶条件苛刻、专业性强、对操作人员技术要求高，且微生物本身及其代谢产物同样会造成生产废水COD升高，且生产成本高。
近年来化学脱胶有了一些突破性进展，传统有机溶剂开始部分替代酸碱和氧化剂的使用，如公开号为CN101016655A的中国专利使用丙酮、丁醇或乙酸丁酯提取原麻中的木质素；公开号为CN102168316A的中国专利使用N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液脱除生物脱胶后苎麻精干麻的残胶；公开号为CN103266358A的中国专利采用高比例乙醇或异丙醇和少量水与脱胶试剂混合而成的溶液对麻进行脱胶处理；公开号为CN106400129A的中国专利将酰胺类物质、碱金属过氧化物和水混合，得到脱胶处理液。
随后，由于离子液体具有强极性、不挥发、高热稳定性、可调控的对极性及非极性物质的良好定向溶解性、且易合成和易回收等特点，它能够替代传统有机溶剂介质进行化学反应，从而实现反应过程的绿色化，如公开号为CN104233476A和CN104313703A的中国专利使用1-丁基-3-甲基-咪唑醋酸盐应用于麻脱胶预处理中。但离子液体的高制备成本和高毒性也使其应用受限。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种基于低共熔溶剂的苎麻脱胶的预处理方法，该预处理方法成本低、无毒、无污染且脱胶效果好。
本发明提供了一种苎麻脱胶的预处理方法，包括：
将苎麻原麻与低共熔溶剂混合，加热搅拌，水洗过滤后，得到处理后的苎麻；所述低共熔溶剂由氢键受体与氢键供体制成；所述氢键受体为氯化胆碱；所述氢键供体选自酰胺或多元醇。
优选的，所述酰胺选自尿素；所述多元醇选自甘油、山梨糖醇与木糖醇中的一种或多种。
优选的，所述氢键受体与氢键供体的摩尔比优选为1：(1～2)。
优选的，所述低共熔溶剂由氯化胆碱与尿素制成；所述氯化胆碱与尿素的摩尔比为1:2；
或者所述低共熔溶剂由氯化胆碱与甘油制成；所述氯化胆碱与甘油的摩尔比为1:2；
或者所述低共熔溶剂由氯化胆碱与山梨糖醇制成；所述氯化胆碱与山梨糖醇的摩尔比为1:1；
或者所述低共熔溶剂由氯化胆碱与木糖醇制成；所述氯化胆碱与木糖醇的摩尔比为1:1。
优选的，所述低共熔溶剂按照以下方法制备：将氢键受体与氢键供体混合，在沸水浴中加热搅拌，得到低共熔溶剂。
优选的，所述苎麻原麻与低共熔溶剂的质量比为1：(20～50)。
优选的，所述加热搅拌的温度为80℃～140℃；所述加热搅拌的时间为2～4h。
优选的，所述苎麻原麻的长度为1～5cm。
本发明还提供了一种低共熔溶剂在苎麻脱胶中的应用；所述低共熔溶剂由氢键受体与氢键供体制成；所述氢键受体为氯化胆碱；所述氢键供体选自酰胺或多元醇。。
本发明提供了一种苎麻脱胶的预处理方法，包括：将苎麻原麻与低共熔溶剂混合，加热搅拌，水洗过滤后，得到处理后的苎麻；所述低共熔溶剂由氢键受体与氢键供体制成；所述氢键受体为氯化胆碱；所述氢键供体选自酰胺或多元醇。与现有技术相比，本发明采用低共熔溶剂对苎麻原麻进行脱胶预处理，该方法工艺简单、原料易合成成本低、无毒、可生物降解、无污染，且脱胶效率高。
实验表明，采用本发明预处理方法处理后的苎麻残胶率可降至10％以下。
附图说明
图1为本发明实施例中所用苎麻原料的照片；
图2为本发明实施例1中得到的预脱胶产品的照片；
图3为本发明实施例2中得到的预脱胶产品的照片；
图4为本发明实施例3中得到的预脱胶产品的照片；
图5为本发明实施例4中得到的预脱胶产品的照片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种苎麻脱胶的预处理方法，包括：将苎麻原麻与低共熔溶剂混合，加热搅拌，水洗过滤后，得到处理后的苎麻；所述低共熔溶剂由氢键受体与氢键供体制成；所述氢键受体为氯化胆碱；所述氢键供体选自酰胺或多元醇。
其中，本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
在本发明中，所述低共熔溶剂由氢键受体与氢键供体制成；所述氢键受体为氯化胆碱；所述氢键供体为酰胺或多元醇；所述酰胺优选为尿素；所述多元醇优选为甘油、山梨糖醇与木糖醇中的一种或多种，更优选为甘油、山梨糖醇或木糖醇；所述氢键受体与氢键供体的摩尔比优选为1：(1～2)；最优选地，所述低共熔溶剂由氯化胆碱与尿素制成；所述氯化胆碱与尿素的摩尔比为1:2；或者所述低共熔溶剂由氯化胆碱与甘油制成；所述氯化胆碱与甘油的摩尔比为1:2；或者所述低共熔溶剂由氯化胆碱与山梨糖醇制成；所述氯化胆碱与山梨糖醇的摩尔比为1:1；或者所述低共熔溶剂由氯化胆碱与木糖醇制成；所述氯化胆碱与木糖醇的摩尔比为1:1。
在本发明中，所述低共熔溶剂优选按照以下方法制备：将氢键受体与氢键供体混合，在沸水浴中加热搅拌，得到低共熔溶剂；所述加热搅拌的时间优选得到均相透明的低共熔溶剂。
低共熔溶剂为新型绿色溶剂，又称类离子液体，在具有离子液体不挥发、不可燃特性的同时，还具有低制备成本、无毒、可生物降解等特性。
将苎麻原麻与低共熔溶剂混合；所述苎麻原麻的长度并没有特殊的限制，可根据所需产品的长度进行选择，但纤维太长加热搅拌容易成团对反应不利，因此在本发明中，所述苎麻原麻的长度优选为1～5cm，更优选为2～5cm，再优选为3cm；所述苎麻原麻与低共熔溶剂的质量比优选为1：(20～50)，更优选为1：(30～50)；在本发明提供的一些实施例中，所述苎麻原麻与低共熔溶剂的质量比优选为1：40；在本发明提供的一些实施例中，所述苎麻原麻与低共熔溶剂的质量比优选为1：50；在本发明提供的一些实施例中，所述苎麻原麻与低共熔溶剂的质量比优选为1：30；在本发明提供的另一些实施例中，所述苎麻原麻与低共熔溶剂的质量比优选为1：45。
混合后，加热搅拌；所述加热搅拌的温度优选为80℃～140℃，更优选为100℃～140℃；在本发明提供的一些实施例中，所述加热搅拌的温度优选为120℃；在本发明提供的一些实施例中，所述加热搅拌的温度优选为140℃；在本发明提供的另一些实施例中，所述加热搅拌的温度优选为100℃。所述加热搅拌的时间优选为2～4h。
加热搅拌后，优选用水洗涤，得到处理后的苎麻；所述洗涤后优选过滤进行固液分离；预处理后的苎麻还可根据产品的要求进行进一步的处理。
本发明还提供了一种低共熔溶剂在苎麻脱胶中的应用；所述低共熔溶剂由氢键受体与氢键供体制成；所述氢键受体为氯化胆碱；所述氢键供体选自酰胺或多元醇。所述低共熔溶剂同上所述，在此不再赘述。
本发明采用低共熔溶剂对苎麻原麻进行脱胶预处理，该方法工艺简单、原料易合成成本低、无毒、可生物降解、无污染，且脱胶效率高。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种苎麻脱胶的预处理方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂均为市售。
原料制备：将晒干的苎麻原麻剪短至3cm左右得到原料，原料的成分如表1所述，照片如图1所示。
表1苎麻原麻成分
成分 脂蜡质 水溶物 果胶 半纤维素 木质素 纤维素
含量/wt％ 0.42 6.44 5.48 16.96 2.06 68.64
实施例1
1.1将140g氯化胆碱与120g尿素(摩尔比1:2)放入烧杯中，在沸水中水浴加热搅拌，直至形成澄清透明的低共熔溶剂液体，室温下冷却备用。
1.2将2g苎麻原麻(成分如表1所示)与80g 1.1中得到的低共熔溶剂混合，在120℃油浴条件下加热搅拌4h，用清水清洗所得固体，真空抽滤，固液分离，在105℃下2h烘干，得到预脱胶产品。
实施例1得到的预脱胶产品的成分如表2所示，照片如图2所示。由表2可见产品的含胶率由原麻的31.36％降至9.98％。
表2实施例1预脱胶产品成分
成分 脂蜡质 水溶物 果胶 半纤维素 木质素 纤维素
含量/wt％ 0.37 1.45 0 6.42 1.74 90.02
实施例2
2.1将140g氯化胆碱与184g甘油(摩尔比1:2)放入烧杯中，在沸水中水浴加热搅拌，直至形成澄清透明的低共熔溶剂液体，室温下冷却备用。
2.2将2g苎麻原麻(成分如表1所示)与100g 2.1中得到的低共熔溶剂混合，在140℃油浴条件下加热搅拌2h，用清水清洗所得固体，真空抽滤，固液分离，在105℃下2h烘干，得到预脱胶产品。
实施例2得到的预脱胶产品的成分如表3所示，照片如图3所示。由表3可见产品的含胶率由原麻的31.36％降至7.70％。
表3实施例2预脱胶产品成分
成分 脂蜡质 水溶物 果胶 半纤维素 木质素 纤维素
含量/wt％ 0.45 0.68 0 3.30 3.27 92.30
实施例3
3.1将140g氯化胆碱与182g山梨糖醇(摩尔比1:1)放入烧杯中，在沸水中水浴加热搅拌，直至形成澄清透明的低共熔溶剂液体，室温下冷却备用。
3.2将2g苎麻原麻(成分如表1所示)与60g 3.1中得到的低共熔溶剂混合，在100℃油浴条件下加热搅拌3h，用清水清洗所得固体，真空抽滤，固液分离，在105℃下2h烘干，得到预脱胶产品。
实施例3得到的预脱胶产品的成分如表4所示，照片如图4所示。由表4可见产品的含胶率由原麻的31.36％降至9.39％。
表4实施例3预脱胶产品成分
成分 脂蜡质 水溶物 果胶 半纤维素 木质素 纤维素
含量/wt％ 0.31 0.92 0 4.73 3.43 90.61
实施例4
4.1将140g氯化胆碱与152g木糖醇(摩尔比1:1)放入烧杯中，在沸水中水浴加热搅拌，直至形成澄清透明的低共熔溶剂液体，室温下冷却备用。
4.2将2g苎麻原麻(成分如表1所示)与90g 4.1中得到的低共熔溶剂混合，在120℃油浴条件下加热搅拌2h，用清水清洗所得固体，真空抽滤，固液分离，在105℃下2h烘干，得到预脱胶产品。
实施例4得到的预脱胶产品的成分如表5所示，照片如图5所示。由表5可见产品的含胶率由原麻的31.36％降至8.04％。
表5实施例4预脱胶产品成分
成分 脂蜡质 水溶物 果胶 半纤维素 木质素 纤维素
含量/wt％ 0.49 0.76 0 2.97 3.82 91.96

Claims (9)

1.一种苎麻脱胶的预处理方法，其特征在于，包括：
将苎麻原麻与低共熔溶剂混合，加热搅拌，水洗过滤后，得到处理后的苎麻；所述低共熔溶剂由氢键受体与氢键供体制成；所述氢键受体为氯化胆碱；所述氢键供体选自酰胺或多元醇。
2.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述酰胺选自尿素；所述多元醇选自甘油、山梨糖醇与木糖醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述氢键受体与氢键供体的摩尔比优选为1：(1～2)。
4.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述低共熔溶剂由氯化胆碱与尿素制成；所述氯化胆碱与尿素的摩尔比为1:2；
或者所述低共熔溶剂由氯化胆碱与甘油制成；所述氯化胆碱与甘油的摩尔比为1:2；
或者所述低共熔溶剂由氯化胆碱与山梨糖醇制成；所述氯化胆碱与山梨糖醇的摩尔比为1:1；
或者所述低共熔溶剂由氯化胆碱与木糖醇制成；所述氯化胆碱与木糖醇的摩尔比为1:1。
5.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述低共熔溶剂按照以下方法制备：将氢键受体与氢键供体混合，在沸水浴中加热搅拌，得到低共熔溶剂。
6.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述苎麻原麻与低共熔溶剂的质量比为1：(20～50)。
7.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述加热搅拌的温度为80℃～140℃；所述加热搅拌的时间为2～4h。
8.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述苎麻原麻的长度为1～5cm。
9.一种低共熔溶剂在苎麻脱胶中的应用；所述低共熔溶剂由氢键受体与氢键供体制成；所述氢键受体为氯化胆碱；所述氢键供体选自酰胺或多元醇。
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