漢麻纖維冷凍輻射輔助脫膠工藝的制作方法

專利名稱：：漢麻纖維冷凍輻射輔助脫膠工藝的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種漢麻(即大麻)纖維脫膠工藝，特別是在堿氧一機械聯合脫膠法的基礎上，輔以冷凍加熱和強紫外線輻射的一種漢麻纖維冷凍輻射輔助脫膠工藝。技術背景現有漢麻(即大麻)纖維的脫膠方法，如傳統的水池漚麻法、化學脫膠法、微生物脫膠法、酶法脫膠、閃爆法、堿氧法、超聲波脫膠法以及機械-化學脫膠法等。浙江理工大學的馮新星、陳建勇等在公開號為CN1851062，名稱為"一種大麻脫膠工藝"的發明專利中，采用常溫常壓和高溫高壓相結合的方法對漢麻纖維進行脫膠處理，相比一般脫膠工藝節約時間1.5個多小時，堿濃度大大降低，處理后麻中木質素含量低于0.5%，纖維的強力基本無損失，精干麻潔白松散，質量好。但在本發明中未提及漢麻的殘膠率和木質素含量，可能存在著殘膠率和木質素含量仍然高的問題。北京賽特瑞科技發展有限公司的陳洪章等在公開號為CN1772976，名稱為"一種麻纖維的脫膠方法及其生產的麻纖維"的發明專利中，先將麻纖維在水中浸泡40-80分鐘，然后將含水的麻纖維放入氣爆罐中，在壓力為1.3-1.7MPa，保壓時間為3-8分鐘條件下汽爆，取出水洗，烘干。這樣既能適度脫膠，又能避免污染，大大提高了脫膠率和分纖度且又不損傷纖維，使大麻的可紡性大大提高，節約了成本1/3。但纖維白度和柔軟性不夠，殘膠率和木質素含量可能仍然較高。湖南工程學院的蔣國華探討了預氯處理工藝參數對漢麻工藝纖維品質的影響，得到了漢麻最佳預氯工藝參數有效氯濃度為1.5g/L，預氯時間為10mim，浴比為1:15，pH值為3.0(常溫)，該工藝處理后的漢麻纖維的殘膠率為3.49%，未達到2%左右的工藝要求，殘余木質素為0.94%，高于0.8%，對紡織后整理，尤其是染色處理有不利影響，且纖維白度和柔軟性較低。青島大學的曲麗君和郭肖青等研究了一種完全"綠色環保"的旋輥式物理機械脫膠方法，并對漢麻膠質與脫粘形態進行了實驗與分析，建立了物理機械脫膠法下關于漢麻膠質與纖維脫粘力學模型，但只能有效祛除原麻中30%的膠質，且纖維白度較低。青島大學的曲麗君和管云鈴對漢麻進行堿氧一浴一步法短流程脫膠漂白新工藝研究，將常規的堿煮和漂白兩步工序縮短為一步，并確定了堿氧一浴脫膠法的最佳工藝參數為NaOH濃度10.5g/L，H2029.8g/L，處理時間127min，該工藝處理后漢麻的斷裂強力為29.6cN，殘膠率為3.82%，高于2%，未達到適度脫膠的要求，殘余木質素為3.25%，高于0.8°/。，對紡織后整理，尤其是染色處理有不利影響，白度為45.7，仍然偏低；溫州職業技術學院的李潔采用無酸預處理和重二煮工藝處理高木質素的漢麻原麻，獲得良好的效果。大連輕工業學院紡織輕工學院的周洋和總后軍需裝備研究所的郝新敏等經過大量實驗得出，一定條件下最適合漢麻纖維高溫煮練的堿用量為14%。但這兩種工藝仍然存在的脫膠效果不理想，殘膠率較高的問題，而且白度和柔軟性欠佳。
發明內容本發明的目的是提供一種漢麻纖維冷凍輻射輔助脫膠工藝，以解決現有在漢麻脫膠工藝方法中存在著殘膠率較高，木質素去除效果不理想和白度和柔軟性較低等問題；目的之二是處理后的漢麻達到國家一等品的要求，并符合紡織后整理工藝的需求。本發明實現上述目的以及解決上述技術問題的技術方案包括纖維的熱水浴處理、預浸酸處理、預氯處理以及堿氧-機械聯合脫膠處理方法，其特點是在預氯處理后，進行如下步驟(以下步驟中，纖維與溶液的配比均為每升溶液中浸泡25克纖維，即漢麻纖維在溶液中的濃度為25g/L):(1)UV輻射將浸泡著25g/L的漢麻纖維、10-14g/L的雙氧水、10-14g/L的氫氧化鈉和3-4g/L的硫酸鎂MgS04的混合溶液置于280-350nm的紫外光下輻射30-50分鐘；(2)驟冷凍結和高溫解凍將輻射后的纖維和混合溶液一并攪拌均勻，驟冷至凍結，然后將其取出置于100'C-12(TC的恒溫沸水中直至冰塊完全解凍；(3)堿氧-機械煮練在解凍后的纖維中，加入煮煉助劑攪拌均勻，在IO(TC-120'C的恒溫水浴中煮練150min-200min，并每隔20min-30min加入上述步驟(1)中配置好的氫氧化鈉、雙氧水和硫酸鎂MgS04的混合溶液直至煮練前的狀態，同時要進行機械攪拌，攪拌速率為150-200r/min，攪拌方式為每隔20min-30min順/逆時針交替攪拌；(4)二次煮練時，加入20-40g/L的柔軟劑。本發明漢麻纖維冷凍輻射輔助脫膠工藝中所述煮煉助劑的組成及含量為水玻璃硅酸鈉(Na2Si03)0.1-0.3g/L，硫化鈉(Na2S)1-3g/L，三聚磷酸鈉(化5&01())l-3g/L，亞硫酸鈉(Na2S03)0.7-0.9g/L;所述的柔軟劑是麻用納米柔軟劑MS-2、紡織用強力軟片柔美T20、高吸水性柔軟劑SF8800或超柔軟環保粘合劑TEP。本發明實施上述漢麻纖維冷凍輻射輔助脫膠工藝的技術方案時，其主要的工藝方法特點在于(1)在漢麻纖維的預處理階段，采用熱水浴、預酸洗和特殊預氯處理，這樣不僅使纖維松散，除去部分水溶性雜質，利于脫膠，而且使纖維得到初步氧化漂白和充分潤脹，最重要的是克服了單純酸洗處理使木質素難以脫除的缺點；(2)漢麻纖維在一次煮練前，提前加入氫氧化鈉、雙氧水和穩定劑硫酸鎂，并將其置于強紫外線下輻射，使其纖維表面膠質層受到刻蝕和破壞，增加并擴大裂紋，而且氧化大部分纖維素和部分木質素，使纖維白度增加，木質素更易溶解脫落；(3)輻射后的纖維連同混合溶液一起放入急凍冰箱中驟冷至凍結，然后取出放入恒溫沸水中加熱解凍，在這過程中，纖維和膠質基體同時發生不同程度的急劇收縮和膨脹，導致其受到縱向和橫向的正反拉伸力作用，使膠質進一步破壞甚至脫落；(4)對解凍后的纖維連同原有混合溶液進行堿氧法煮煉時，加入煮練助劑，并酌情補充蒸發損耗的雙氧水、氫氧化鈉和硫酸鎂的混合溶液，同時伴有順/逆時針交替的機械攪拌作用，使漢麻纖維更易脫膠；(5)對一次煮練后的纖維，可以重復上述輻射-冷凍-加熱-煮練等步驟，進行二次煮練，使其脫膠效果更理想；(6)煮練后的工序與常規化學脫膠一致，得到較為理想的漢麻纖維。經本發明工藝方法處理的漢麻與現有技術處理的漢麻相比，本發明在堿氧一機械聯合脫膠法的基礎上，進一步輔以冷凍加熱和強紫外線輻射處理方法，不僅解決了現有漢麻脫膠工藝方法中存在著殘膠率較高，木質素去除效果不理想以及嚴重污染環境等問題，而且處理后的漢麻達到了國家一等品的要求，符合紡織后整理工藝的需求。同時在本發明獲得良好的白度和柔軟性的同時，還將纖維的斷裂強力和伸長率控制在可紡要求之內；纖維的長度和細度也得到了改善，服用性能大大提高。其具體的有益效果還在于(1)經該工藝處理后的漢麻纖維表面光滑，基本沒有殘余膠質，如附圖1和附圖2所示。(2)脫膠前后的紅外圖譜顯示該工藝對木質素、半纖維素和果膠質的去除比較徹底，尤其是對木質素的去除率非常高，其特征峰基本消失；而且部分纖維大分子鏈的末端被氧化，說明纖維的氧化漂白程度較高，見附圖3和附圖4。(3)脫膠前后漢麻纖維的各項性能指標比較如表1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表l中可以看出，采用該工藝一煮和二煮脫膠后，①木質素、果膠含量和殘膠率都有了明顯的降低，尤其是木質素在一煮和二煮后分別降低到0.75%和0.73%，殘膠率分別降低到2.58%和2.44%，與常規化學脫膠方法相比，脫膠效果優為明顯，符合紡織后整理的工藝需求;②纖維的白度和柔軟性能得到極大地改善，其莖桿部和根部纖維的外觀和手感均變得潔白光滑，柔軟細膩，見附圖5、圖6、圖7和圖8;③纖維制成率和斷裂強力雖然有所降低，但仍能保證紡織后整理的需要；④經該工藝處理后，纖維的平均直徑和平均長度數值變小，服用性能有所改善。(4)該工藝是在堿氧-機械聯合脫膠工藝基礎上再輔以冷凍加熱和強紫外線輻射手段，污染廢水排放較少，是一種比較綠色環保的新工藝。圖1是本發明未處理的漢麻原麻SEM像圖中漢麻原麻的膠質含量較高，覆蓋較厚，且覆蓋比較致密均勻，并沿著纖維縱向呈連續帶狀分布。圖2是本發明脫膠處理后的漢麻SEM像中纖維表面光滑，無殘余膠質和雜質，可看到許多較深的縱向溝槽和部分微孔。圖3是本發明漢麻原麻與脫膠處理后漢麻的紅外圖譜圖(局部1)圖中1683.99cii^處代表-CH二CH-CH0中C=0的伸展振動吸收峰，經該工藝處理后的漢麻纖維在該峰處有較大的增強，這就表明脫膠過程中，漢麻纖維分子鏈的末端被氧化的程度較高，由于纖維被氧化漂白以致白度增加比較明顯。1734.02cm—i處代表的是C^伸縮振動峰(聚木糖)，這是半纖維素的特征峰，處理后漢麻纖維在該處的振動峰趨于消失，表明脫膠時半纖維素的去除比較徹底。1629.40cm—'處代表的也是CW伸縮振動，但它是木質素的特征吸收峰，脫膠處理后該峰也基本消失，木質素的去除比較徹底。圖4是本發明漢麻原麻與脫膠處理后漢麻的紅外圖譜圖(局部2)，圖中1319.98cm—'處是木質素中CW伸縮振動，脫膠后，該峰基本消失，說明該處理對木質素的去除效果非常明顯。圖5是本發明漢麻原麻莖桿部纖維形貌中纖維色澤暗黃，表面有許多雜質和斑點，且纖維平行緊密排列成許多細長的片條狀，彼此纏繞成團聚狀。圖6是本發明脫膠后漢麻莖桿部纖維形貌中纖維白度有了明顯提高，膠質和雜質基本去除，柔軟性很好，纖維細膩發亮，分離成許多小束彼此纏繞成團。圖7是本發明漢麻原麻根部纖維形貌中纖維在膠質基體中平行緊密排列成片狀或長條狀，彼此之間的分離性較差，顏色暗黃，雜質較多，且纖維片比較硬實和堅挺，柔軟性和巻曲性較差。圖8是本發明脫膠后漢麻根部纖維形貌中纖維變得潔白發亮、柔軟細膩，且纖維與纖維之間分離性較好，表面雜質和膠質基本被去除，纖維形成一定的巻曲。具體實施方式本發明在上述
發明內容中所述的技術方案通過具體實施方式能夠進一步詳細說明，其所述有益效果也能夠通過具體的實施方式達到其所述效果。實施方式1本發明漢麻纖維冷凍輻射輔助脫膠工藝的詳細工藝步驟如下一、熱水浴處理在8(TC下，用去離子水(纖維在溶液中的濃度為25g/L)完全浸泡纖維100min，并用攪拌器每隔10min順/逆時針交替攪拌使其浸泡均勻。用清水洗滌若干次，直至其浸泡液pH值為7。二、預浸酸處理在6(TC下，采用濃度為9.8g/L的稀硫酸完全浸泡甘肅漢麻原麻(纖維在溶液中的濃度為25g/L)100min，每隔10min順/逆時針交替攪拌使其浸泡均勻。用清水洗滌若干次，直至其浸泡液pH值為7。三、預氯處理在常溫下，調節pH值為4，采用有效氯濃度為1g/L的次氯酸鈉完全浸泡甘肅漢麻原麻(纖維在溶液中的濃度為25g/L)40min，每隔10min順/逆時針交替攪拌使其浸泡均勻。用清水洗滌若干次，直至其浸泡液pH值為7。四、UV輻射將預處理后漢麻，放入12g/L的雙氧水、12g/L的氫氧化鈉和3.5g/L的硫酸鎂混合溶液中完全浸泡(纖維在溶液中的濃度為25g/L)，并置于波長300ran的紫外光下輻射40min，輻射時，每10min翻轉一次，確保正反面都能得到輻射。五、驟冷凍結取出輻射后纖維和混合溶液，攪拌均勻，再將其一并放入塑料杯中，置于急凍冰箱中冷凍240min，直至其完全凍結。六、高溫解凍取出凍結后漢麻置于IO(TC的恒溫沸水中直至冰塊完全解凍。七、堿氧-機械煮煉在解凍后的纖維中，加入混合均勻并完全溶解的自制煮煉助劑(水玻璃硅酸鈉(Na2Si03)0.2g/L，硫化鈉(N&S)2g/L，三聚磷酸鈉(Na5P30,。)2g/L，亞硫酸鈉(Na2S03)0.8g/L)攪拌均勻，在IO(TC的恒溫水浴中加熱180min，并每隔20min酌情加入少量的氫氧化鈉、雙氧水和硫酸鎂的混合溶液，以彌補煮煉過程中的蒸發損失。水浴時，還須用攪拌器調速為180r/rain,每隔25min順/逆時針交替攪拌使其煮煉均勻。最后取出纖維，先用9.8g/L的稀硫酸浸泡5min，再用清水洗凈直至其浸泡液pH值為7。八、二次煮練將一次煮練后的漢麻，放入12g/L的雙氧水、12g/L的氫氧化鈉、3.5g/L的硫酸鎂和30g/L的麻用納米柔軟劑MS-2的混合溶液中完全浸泡(纖維在溶液中的濃度為25g/L)，并置于波長300nm的紫外光下輻射40min，輻射時，每10min翻轉一次，確保正反面都能得到輻射。然后再重復上述5-7步驟。九、打麻-脫水-給油-脫油水-烘干/晾千。實施方式2按照實施方式1的工藝方法，實施方式2的區別在于一、在UV輻射時，雙氧水濃度為10g/L，氫氧化鈉濃度為10g/L，硫酸鎂濃度為3g/L，紫外光輻射波長為280nm，輻射時間為30min。二、在堿氧煮練時，煮練時間為150min，煮練溫度為10(TC，攪拌器轉速為150r/min，攪拌方式為每30min順/逆時針交替攪拌。三、二次煮練時，加入20g/L的麻用納米柔軟劑MS-2。實施方式3按照實施方式1的工藝方法，實施方式3的區別在于一、在UV輻射時，雙氧水濃度為14g/L，氫氧化鈉濃度為14g/L，硫酸鎂濃度為4g/L，紫外光輻射波長為350ran，輻射時間為50min。二、在堿氧煮練時，煮練時間為200min，煮練溫度為120°C，攪拌器轉速為200r/min，攪拌方式為每20min順/逆時針交替攪拌。三、二次煮練時，加入40g/L的紡織用強力軟片柔美T20。實施方式4按照實施方式1的工藝方法，實施方式4的區別在于一、二次煮練時，將漢麻纖維放入14g/L的雙氧水、10g/L的氫氧化鈉、4g/L的硫酸鎂和30g/L的高吸水性柔軟劑SF8800的混合溶液(纖維在溶液中的濃度為25g/L)中完全浸泡，并置于波長300nm的紫外光下輻射40min，輻射時，每10min翻轉一次，確保正反面都能得到輻射。然后再重復實施方式1中的5-7步驟。實施方式5按照實施方式1的工藝方法，實施方式5的區別在于一、二次煮練時，將漢麻纖維放入10g/L的雙氧水、14g/L的氫氧化鈉、3g/L的硫酸鎂和40g/L的超柔軟環保粘合劑TEP的混合溶液(纖維在溶液中的濃度為25g/L)中完全浸泡，并置于波長280nm的紫外光下輻射40min，輻射時，每10min翻轉一次，確保正反面都能得到輻射。然后再重復實施方式1中的5-7步驟。權利要求1.一種漢麻纖維冷凍輻射輔助脫膠工藝，包括纖維的熱水浴處理、預浸酸處理、預氯處理以及堿氧-機械聯合脫膠處理方法，其特征是在預氯處理后，進行如下步驟(以下步驟中，纖維與溶液的配比均為每升溶液中浸泡25克纖維，即漢麻纖維在溶液中的濃度為25g/L)(1)UV輻射將浸泡著25g/L的漢麻纖維、10-14g/L的雙氧水、10-14g/L的氫氧化鈉和3-4g/L的硫酸鎂MgSO4的混合溶液置于280-350nm的紫外光下輻射30-50分鐘；(2)驟冷凍結和高溫解凍將輻射后的纖維和混合溶液一并攪拌均勻，驟冷至凍結，然后將其取出置于100℃-120℃的恒溫沸水中直至冰塊完全解凍；(3)堿氧-機械煮練在解凍后的纖維中，加入煮煉助劑攪拌均勻，在100℃-120℃的恒溫水浴中煮練150min-200min，并每隔20min-30min加入步驟(1)中配置好的氫氧化鈉、雙氧水和硫酸鎂MgSO4的混合溶液直至煮練前的狀態，同時進行機械攪拌，攪拌速率為150-200r/min，攪拌方式為每隔20min-30min順/逆時針交替攪拌；(4)二次煮練時，加入20-40g/L的柔軟劑。2.如權利要求1所述的漢麻纖維冷凍輻射輔助脫膠工藝，其特征是煮煉助劑的組成及含量為水玻璃硅酸鈉(Na2Si03)0.1-0.3g/L，硫化鈉(Na2S)l_3g/L，三聚磷酸鈉(NasPA。)1-3g/L，亞硫酸鈉(Na2S03)0.7-0.9g/L。3.如權利要求1所述的漢麻纖維冷凍輻射輔助脫膠工藝，其特征在于柔軟劑是麻用納米柔軟劑MS-2、紡織用強力軟片柔美T20、高吸水性柔軟劑SF8800或超柔軟環保粘合劑TEP。全文摘要本發明公開了一種漢麻纖維冷凍輻射輔助脫膠工藝，該工藝是在熱水浴、預浸酸、預氯處理后，進行紫外線輻射、驟冷、加熱處理，然后再進行堿氧-機械聯合脫膠處理，最后加入柔軟劑進行了二次煮練。經該工藝處理后的漢麻纖維表面脫膠效果優于常規堿氧法和機械法脫膠，達到了國家一等品的要求，木質素含量符合紡織后整理工藝需求，在獲得良好的白度和柔軟性的同時，還將纖維的斷裂強力和伸長率控制在可紡要求之內，纖維的長度和細度也得到了改善，服用性能大大提高，污染廢水排放較少，是一種綠色環保的工藝方法。文檔編號D01C1/00GK101275289SQ20081005498公開日2008年10月1日申請日期2008年5月16日優先權日2008年5月16日發明者羅玉成,許并社,魏麗喬申請人:太原理工大學