麻纤维加工中的蒸汽爆破技术.doc

麻纤维加工中的蒸汽爆破技术———————————————————————————————— 作者：———————————————————————————————— 日期： 麻纤维加工大麻纤维大麻，在我国有着悠久的栽培历史，属一年生草本植物，学名Cannabis satovat，俗名汉麻、寒麻、线麻、花麻等，英文名hemp或true hemp或common hemp由于大麻纤维具有特殊的保健作用，大麻纤维的纺织品倍受青睐大麻主要由纤维素、半纤维素、木质素、果胶物质组成其中纤维素具有可纺织性；半纤维素、木质素、果胶物质等统称为非纤维素，不具有纺织性在大麻的韧皮纤维中，非纤维素含量比拟多，主要是果胶，为使大麻具有可纺性，就应适度除去非纤维素物质，使麻纤维别离，从而得到熟麻这个使生麻变为熟麻的过程就叫做大麻的脱胶，脱胶是大麻生产中的一项重要加工技术果胶〔以果胶酸为主〕是一种无定形的物质，遇到酸、碱、或酵素〔果胶分解酶〕的作用易水解根据这一性质，将脱胶分为：化学脱胶法、微生物脱胶法，另外通过外力作用的机械法也可到达脱胶的目的化学脱胶法就是利用某种化学药品〔如NaOH、Na2CO3〕所配制成的水溶液，通过一定的蒸煮处理，使生麻中除纤维以外的共生物质——表皮、内皮、柔膜细胞组织和果胶质等——经分解作用而局部溶除于水溶液中，再经过脱胶后处理，使大麻纤维束相互别离或成为干净而柔软的熟麻。

化学脱胶的脱胶时间短，加工效率高，纤维别离均匀，品质亦好，同时，加工不受季节限制，工厂占地面积小，可实现机械化生产，并可克制天然脱胶中难以克制的弊病，纤维收获率比天然脱胶略高缺点是化工原料及燃料耗用量大，污染严重，脱胶本钱与天然脱胶法相比要高一倍微生物脱胶法，亦即细菌脱胶法，是应用最普遍、历史最久的一种脱胶方法它作为麻类深加工一项重要技术已经引起了不少有关学者的关注，它是利用天然或人工培养的细菌发酵作用产生果胶酶，使果胶类物质水解而获得别离的纤维束但是，在发酵过程中，要具有一定的温度，并要适当的控制水质酸度〔pH〕值变化等一系列的因素，如控制不当，就可能产生其它酶系菌类的破坏作用，而致纤维素的分解大麻纤维开发在国内外长期以来停留在化学脱胶方法上，主要是参照工艺较为成熟的苎麻化学脱胶来进展的，造成环境污染，严重影响大麻纺织业的开展而微生物脱胶的研究自50年代以来国外就已进展，国内那么在70年代才始有研究虽然对麻料进展微生物脱胶尽管已经有了较为长足的开展，但其仍是不能满足工业化生产的要求，存在着脱胶率低，处理本钱高和尚需补充化学处理，仍然污染环境因此无污染而又高效的蒸汽爆破技术逐渐被引入大麻脱胶工艺。

5.1大麻汽爆脱胶技术陈洪章等开发的大麻汽爆脱胶技术克制了现有技术存在的化学脱胶污染的缺点蒸汽爆破可使大麻中的半纤维素和木质素局部降解，可以直接经过漂白后用于纺纱或是为了进一步提高麻纤维的质量，再用微生物产酶和酶解耦合的方法对汽爆大麻进一步脱胶，或使用少量化学试剂进展脱胶最后用双氧水等对大麻进展漂白，制备的精干麻洁白松散，质量好汽爆处理首先使80%的半纤维素和果胶降解，不仅为微生物发酵提供所需的营养，而且破坏了大麻的天然构造，有利于胶质物的酶解脱除，到达大麻脱胶的目的，降低了化学方法的污染具体操作如下：将风干原麻经过预浸处理后放入1m3-2.5 Mpa，维持1-5min，瞬间减为常压，大麻即从出料口冲出进入承受器中，处理强度由蒸汽压力和维压时间控制对汽爆后大麻的各项指标进展测定，并进展后续加工处理〔1〕预浸处理对汽爆过程的影响预浸处理对大麻的汽爆效果的影响非常重要起始物料含水量不同影响到达最高温度的速率根据对汽爆原理的分析，汽爆对纤维构造起作用及别离纤维束，是通过水分〔包括液态水、汽态水和热蒸汽〕作介质实现的在实验过程中，在汽爆处理前要将大麻纤维用水浸泡预浸处理既可以将局部水溶物去除，又由于水的比热大于纤维，在高温、高压条件下，可以缓解对纤维的损伤。

另一方面，预浸处理也不能使纤维含水量过高，否那么，将会对水分吸热时间增加，吸收热量过多而导致压力缺乏，达不到汽爆的作用效果根据实验分析，当纤维含水量为30%左右时，汽爆效果比拟理想〔见表5.1〕含水量/ %103040pH色泽局部焦化深褐色，且均匀根本未变色试样形态仍呈原麻状，几乎没有别离大局部原麻别离成束丝状，有单纤维出现仍处于很湿的状态，原麻别离不显著〔2〕汽爆对失重率的影响由图5.1 可见，随着汽爆处理时压力的增加，实验样品的失重率也增加根据原理局部的分析，脂蜡质、果胶等物质可能会在高温、高压的条件下分解或焦化，再加上半纤维素的降解以及木质素的软化和局部降解转化成某些色素类物质，所以汽爆处理以后的大麻纤维的颜色加深，而且处理时的压力越大，水溶液的颜色越深〔表5.2〕，说明汽爆是原麻中的物质发生了变化，而且更易溶于水试样ABCDEF压力0色泽浅黄棕黄棕黄棕色褐色深褐色状态麻皮局部麻皮被分成条丝状大局部麻皮被分成条丝状有单纤维出现有单纤维出现有单纤维出现，局部断裂〔3〕汽爆处理对大麻纤维组分的影响汽爆之后的大麻和未经汽爆处理的原麻有一些差异首先，汽爆本身是一个物理化学过程，也就是一个脱胶过程。

其中的果胶含量已经根本上满足纺织要求汽爆大麻和原麻的成分比拟如表所示从表5.3可以看出，未汽爆大麻纤维的纤维素含量仅为52.94%，非纤维素含量较高而经汽爆处理之后，大麻原麻中纤维素比率明显提高，可高达84.37%，木质素的含量也明显降低实现了原料组分的有效别离，可直接用于纺织如果再进一步脱胶，那么可减少脱胶时间和试剂用量从表5.1还可以看出，随着汽爆处理时压力的增加，直接水洗烘干后，纤维素含量相应增加，而木质素的含量相应减少，这种情况在压力到达2.5MPa以后，变化趋势减弱由此说明，并非压力越高处理效果越好表原麻和汽爆大麻中纤维素、木质素含量分析试样纤维素含量/%木质素含量/%其它含量/%ABCDEF〔4〕汽爆处理对大麻纤维含胶率、脱胶率和残胶滤的影响碱液煮练法是化学脱胶的主要工序为证明汽爆处理确实有利于胶质的脱除，选用他那个杨的化学脱胶方案对未进展汽爆处理和在1.5MPa压力条件下汽爆处理的大麻做平行参比脱胶实验，结果见表5.4汽爆处理后大麻纤维的含胶率、脱胶率和残胶率都比未经处理的纤维低，而且压力越高，含胶率、脱胶率和残胶率就越低说明压力越高，大麻中非纤维素成分越容易去除〔图5.2〕。

试样时间/min温度/℃残胶率/%煮练液颜色未汽爆大麻90100棕色90100深棕色图5.2 脱胶指标与汽爆压力的关系〔5〕汽爆大麻的微生物酶法脱胶大麻经汽爆后，其中的半纤维、果胶等成分发生水解，转化为微生物易于利用的单糖或寡糖利用此特点陈洪章等将汽爆大麻和水按1：8的比例放入微生物发酵酶解耦合反响器中，接入10%黑曲霉液体种子，37℃，发酵酶解36h，脱胶率到达80%以上将酶解大麻于漂白罐中水洗〔65--85℃、pH10.5、50min〕，直到水洗液根本澄清为止然后按常规方法进展脱水、抖麻、给油、脱油水和烘干等处理，即得到精干麻2 大麻汽爆后漂白大麻纤维的木质素含量一般要比其他麻纤维的木质素含量要高，这可以由大麻纤维与苎麻纤维的化学成分比拟来看出〔见表5.5〕高木质素含量给脱胶工艺带来了很大困难，经反复试验分析发现，大麻精干麻中的木质素含量低于0.8%时纤维呈白色，且较松散饱满，能满足纺织印染后加工的要求，当木质素含量在1.5%以上时，纤维呈棕黄色，给后工序纺织，特别是给印染加工带来了较大的困难大麻漂泊就是在尽可能减少损伤纤维素的情况下进一步除去残留在大麻纤维中的木素和破坏其它色素因此，大麻纤维的漂白在大麻脱胶中也是必需的一步。

表5.5 大麻纤维与苎麻纤维的化学成分品种半纤维素〔%〕木质素〔%〕脂蜡质〔%〕水溶物〔%〕果胶〔%〕纤维素〔%〕山西大麻〔新〕山西大麻〔陈〕甘肃大麻平均值苎麻74/59大麻经过漂白后，除了要求具有所需要的白度外，还要求在贮存过程中，不易泛黄，也就是要求大麻的白度，具有一定的稳定性常用的漂白剂有复原性和氧化性两大类，属于复原性漂白剂的有：二氧化硫，亚硫酸氢钠、低亚硫酸钠〔保险粉〕等，这些漂白剂是通过复原色素而产生漂白作用的，但它们的漂白品在空气中长久入置后已被复原的色素有重新被氧化复色的倾向，以致白度下降属于氧化性漂白剂有多种，如次氯酸钠，过氧化氢，亚氯酸钠，醋酸，过硼酸钠和过碳酸钠等，在工业上获得大规模广泛使用的主要是前三种，后三种多用于化纤次氯酸钠是从漂白粉衍变而来，都是次氯酸盐，次氯酸钠价格低廉，漂白工艺简便，广用于棉布和维/棉织物漂白，有时也用于涤/棉织物漂白，但不能用蛋白质纤维漂白，因为它能使蛋白质纤维发生损伤和泛黄，亚氯酸钠是一种良好的漂剂，去杂能力强，前处理要求较低，产品白度极佳，在适当条件下对纤维素几无损伤，对合纤有良好的漂白作用，可用于棉维/棉和涤/棉织物漂白，目前多用于涤/棉织物的漂白，但由于价格较高，又有环境污染问题，使用受到一定的限制，过氧化氢用途很广，可用于各种纤维的漂白〔对合纤漂白效果较差〕，而且产品的白度和白度稳定性较好，又没有环境污染问题，是一个有很大开展前途的漂白剂。

值得注意的是，在漂白过程中，除了天然色素会遭到破坏外，麻纤维本身也可能受到损伤，因此，必须控制好漂白的工艺条件，尽可能地将织物漂至所需白度，而又能满意地保存纤维的质量，做到内在质量和外观质量的统一 将汽爆大麻粗称假设干份，每份3g，用手揉搓，置于不同条件的环境下进展漂白，用白度仪测定其漂后白度〔1〕pH值对漂白效果的影响在H2O2漂白过程中，漂液的pH是漂白质量重要的影响因素之一过氧化氢从酸性到弱碱性即pH<9的范围内比拟稳定，分解率较小而在碱性较强的条件下分解率比拟高，特别是pH在10以上时更为明显，如果适当参加稳定剂或其他助剂，漂液pH可以提高一些Na2SiO3是一种常用的稳定剂，由表5.6可看出，当漂液pH在9-13范围内大麻纤维的白度大约在38-46%之间变动〔当pH为10、11时，白度为51.5%，53.6%〕，说明均有漂白作用，当pH值为6时，几乎无漂白效果，pH为13时大麻纤维的白度反而有所下降，因此，参加Na2SiO3作稳定剂后用双氧水漂白在pH=10~11时效果最正确表5.6不同 pH值条件下的漂白结果pH值69101113大麻白度22．5%28%51．5%53．6%46%〔2〕温度对漂白效果的影响温度也是影响漂白效果的一个重要因素。

试验发现当过氧化氢漂白是在较高温度下进展时，大麻纤维白度明显提高〔表5.7〕由于过氧化氢的电离常数随温度的升高而增大〔表5.8〕，因此可以预期到升高漂白温度，有使漂白速度加快的作用而且过氧化氢的分解率也随着温度的的升高而增加〔表5.9〕当H2O2在有稳定剂存在的情况下， 70℃时的。