麻脫膠工藝研究近況

麻脫膠工藝研究近況

麻是艾哈隆科的一種多年生草本植物。它是中國特有的用來織針的植物。它占世界上大麻產(chǎn)量的90%以上，在國際上被稱為“中國草”。苧麻單纖維長度為60~250mm,是麻類作物中最長的;纖維之間有溝狀空腔,管壁多孔隙。苧麻纖維細(xì)長、堅(jiān)韌、質(zhì)地輕、吸濕散濕快,因而透氣性比棉纖維高3倍左右,同時苧麻纖維含有叮嚀、嘧啶、嘌呤等成分,對金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、大腸桿菌等病原菌都有不同程度的抑制效果,具有防腐、防菌、防霉等功能,適宜紡織各類衛(wèi)生保健用品,因此苧麻纖維具有良好的穿著服用性能,是一種優(yōu)良的紡織原料,被公認(rèn)為“天然纖維之王”。我國自古就有以苧麻纖維織成的夏布,有“輕如蟬翼,薄如宣紙,平如水鏡,細(xì)如羅絹”之美稱,曾被歷代列為貢布,成為皇室和達(dá)官貴族喜愛的珍品,在20世紀(jì)30年代曾獲巴黎國際博覽會金獎。苧麻韌皮部外側(cè)的初生纖維約含70%的纖維素和30%的非纖維素類膠質(zhì),這些膠質(zhì)成分主要為果膠和半纖維素類物質(zhì),它們充斥在纖維分子之間,具有營養(yǎng)或粘結(jié)作用,部分或全部與纖維相連接,結(jié)合緊密。脫去這些非纖維類膠質(zhì)成分,提取優(yōu)質(zhì)可紡纖維是苧麻紡織過程中的關(guān)鍵階段。苧麻脫膠涉及植物學(xué)、纖維化學(xué)、化學(xué)、高分子化學(xué)、物理學(xué)、機(jī)械學(xué)、紡織工藝學(xué)、紡織機(jī)械學(xué)等諸多學(xué)科。苧麻脫膠技術(shù)尚不完善,是制約苧麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”。近年來,國內(nèi)外對苧麻脫膠進(jìn)行了多方面的研究,本研究對苧麻脫膠工藝研究近況綜述如下。1天然水泥工序我國古代制作苧麻布由種麻—浸麻—剝麻—漂洗(日曬夜露)—績麻—成線—絞團(tuán)—梳麻—上槳—紡織等12道手工工序組成,操作繁瑣,用時較長,且又頗受天氣影響,無法大規(guī)模生產(chǎn)。近代,隨著化學(xué)、機(jī)械等工業(yè)的發(fā)展,苧麻紡織行業(yè)多采用化學(xué)脫膠法、化學(xué)-酶聯(lián)合脫膠法及化學(xué)-生物聯(lián)合脫膠法。1.1新型助劑脫膠法目前大規(guī)模采用的化學(xué)脫膠方法,又稱為“浸酸、二煮”法,即以強(qiáng)酸浸漬之后,經(jīng)燒堿2次煮練,其工藝流程為:原麻扎把—裝籠—浸酸—水洗—一級煮練—水洗—二級煮練—水洗—打麻—酸洗—水洗—烘干—精干麻。除了上述化學(xué)脫膠方法之外,隨著脫膠助劑的發(fā)展,在脫膠過程中添加新型助劑如五鈉、表面活性劑、非酸浸制劑等,強(qiáng)調(diào)了膠類物質(zhì)中半纖維素的去除,使原來浸酸后的2次煮煉方式變?yōu)榉撬峤囊诲佒蟮姆椒?即:原麻扎把—裝籠—非酸浸制—水洗—煮練(加煮煉助劑)—水洗—打麻—酸洗—水洗—烘干—精干麻。此過程縮短了脫膠時間,減少了硬條、并絲,較傳統(tǒng)化學(xué)方法提高了脫膠效率,但是整個過程仍需要采用化學(xué)制劑高溫高壓煮練,有損苧麻纖維的質(zhì)量,無法得到較高品質(zhì)的精干麻產(chǎn)品?；瘜W(xué)法苧麻脫膠需要大量的水來清洗,其廢水化學(xué)需氧量(COD)較高,極難處理,對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。1.2酶等脫膠酶法化學(xué)-酶聯(lián)合脫膠法是先用化學(xué)法處理苧麻原麻,使纖維外層不直接與纖維相連或結(jié)構(gòu)疏松的膠質(zhì)成分初步降解,在不損傷纖維結(jié)構(gòu)的條件下,再用果膠酶、半纖維素酶等脫膠酶類進(jìn)一步處理非纖維類膠質(zhì),以達(dá)到完全脫膠的目的,其工藝為:原麻扎把—裝籠—浸酸—水洗—煮練—水洗—加酶—水洗—烘干—精干麻?；瘜W(xué)酶聯(lián)合脫膠法調(diào)整了化學(xué)處理時間,減少了煮練次數(shù),最主要的是省去了傳統(tǒng)工藝中的打麻程序,節(jié)省了大量的人力,降低了對苧麻纖維的損害程度。但是,由于現(xiàn)用的脫膠酶類作用單一,而且價格昂貴,成本較高,加上膠質(zhì)成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜,添加的脫膠酶類性能單一,脫膠酶的使用方式難以掌握,在實(shí)際生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用受到限制。1.3麻化學(xué)法脫膠工藝把苧麻原麻經(jīng)初步水浸之后,接入脫膠微生物菌劑,經(jīng)生物脫膠后,再加入化學(xué)制劑進(jìn)行后期處理。化學(xué)-生物聯(lián)合脫膠法工藝流程要視所加入菌劑的脫膠性能而定。胡延素等從漚麻水中分離出以苧麻為唯一碳源和能源的混合菌群,與化學(xué)法脫膠聯(lián)合使用,大致工藝為:苧麻原麻—高溫高壓預(yù)處理—微生物脫膠—化學(xué)方法后處理—精干麻。經(jīng)過該試驗(yàn)處理過程,原麻殘膠率大大減少,并且預(yù)處理采用高溫高壓方法而非預(yù)酸處理,減少了強(qiáng)酸性物質(zhì)的使用,說明了化學(xué)-微生物脫膠方法的可行性。但是經(jīng)微生物處理以后化學(xué)試劑很容易滲透到纖維內(nèi)部,對纖維損傷較大,得到的纖維強(qiáng)度低,易斷裂,得到的可紡纖維品質(zhì)較差,故應(yīng)用較少。另外,如果先加入化學(xué)試劑,再接入微生物菌種進(jìn)行脫膠,則后期的環(huán)境很難適合微生物的生長,而且所需時間較長,中間過程繁瑣。2新型離心分離劑2.1超聲波化學(xué)脫膠工藝苧麻的膠質(zhì)成分復(fù)雜,在纖維素分子之間及周圍,由各種果膠物質(zhì)、聚糖分子、木質(zhì)素分子共同作用聯(lián)結(jié)成為膠質(zhì)復(fù)合體,在聚糖分子之間或聚糖分子與木質(zhì)素分子之間都有氫鍵聯(lián)結(jié),形成了復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)。為加速其多相化學(xué)反應(yīng)的速率,超聲波技術(shù)被應(yīng)用到苧麻脫膠工藝中。超聲波是一種頻率高于20kHz的高頻機(jī)械能量,其功能是多方面的。在化學(xué)脫膠的過程中,特別是在堿煮煉的過程中應(yīng)用超聲波技術(shù),可使堿液水化離子與苧麻界面接觸面積增加,加快水化離子擴(kuò)散速度,提高膠質(zhì)復(fù)合體膨化區(qū)的活動頻率,促使氫氧根離子進(jìn)攻膠質(zhì)復(fù)合體,使其膨化、降解、擴(kuò)散,溶出的膠質(zhì)聚合體低分子在超聲波的作用下被迅速乳化和分散,避免重新吸附于苧麻纖維上,縮短了苧麻煮煉時間,加快了反應(yīng)進(jìn)程,從而在一定程度上減少了化學(xué)脫膠對苧麻纖維的損害。此外,用超聲波作用所產(chǎn)生的乳化、勻化、懸浮等效果處理苧麻膠質(zhì),成為了一種新型的研究工藝,但其在苧麻脫膠過程中的應(yīng)用方式和施用階段還需進(jìn)一步摸索和試驗(yàn)。在不斷深入研究的基礎(chǔ)上,應(yīng)進(jìn)一步提高對苧麻物理-化學(xué)聯(lián)合脫膠規(guī)律的探索,以及新的物化方法在苧麻脫膠中應(yīng)用。2.2酶制劑的篩選酶脫膠法是將苧麻原麻浸漬到定向脫膠酶液中,利用酶的生物活性,降解苧麻非纖維類膠質(zhì)成分,從而使纖維得以分散出來,成為可利用的紡織原料。近年來,人們根據(jù)對苧麻膠質(zhì)的成分分析,加強(qiáng)了對使用高效脫膠酶處理原麻的酶解脫膠工藝的研究。管映亭對果膠酶處理原麻的脫膠工藝進(jìn)行了研究,單一利用果膠酶雖然可以降低殘膠率,但脫膠不徹底,仍需和化學(xué)方法結(jié)合,沒有從根本上解決苧麻脫膠的污染問題;劉喚明等用果膠酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶進(jìn)行了3種酶的聯(lián)合脫膠試驗(yàn),先用果膠酶和木聚糖酶協(xié)同作用于原麻膠質(zhì)復(fù)合體,然后加入甘露聚糖酶,使其更容易滲透到膠質(zhì)復(fù)合體內(nèi)部,同時降解前2種酶處理后的剩余片段,最終得到的纖維品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)脫膠方式,但仍達(dá)不到可紡標(biāo)準(zhǔn)。Kumar等利用多種酶制劑,包括半纖維素酶、果膠酶、脂肪酶和蛋白酶,處理苧麻原麻以去除膠質(zhì),取得了一定的效果,雖然殘膠率仍然達(dá)不到要求,但是確定果膠酶和半纖維素酶對苧麻膠質(zhì)的去除影響較大。生物酶具有“定向爆破”的能力,以此來處理苧麻膠質(zhì),反應(yīng)條件溫和,可保護(hù)纖維原有的結(jié)構(gòu),對纖維損傷小,得到纖維質(zhì)量較好。此外,隨著酶催化反應(yīng)的發(fā)展,非水溶劑的使用逐漸增多。以超臨界CO2流體為介質(zhì)對苧麻進(jìn)行脫膠,可使多數(shù)酶的活性加強(qiáng),底物更易溶解,酶促反應(yīng)速率加快。此外,還能簡化分離過程,加強(qiáng)酶的穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)酶催化反應(yīng)與產(chǎn)物分離一體化,節(jié)約了脫膠用水。2.3生物處理技術(shù)微生物脫膠是把具有脫膠性能的菌株接種至苧麻原麻上,菌株以原麻上的非纖維類膠質(zhì)為營養(yǎng),大量生長繁殖,同時分泌酶類物質(zhì)分解苧麻膠質(zhì)部分,使苧麻纖維得以分散出來。其工藝流程可歸納為:將分離到的優(yōu)勢脫膠菌株經(jīng)純化培養(yǎng)后,接種到苧麻原麻上進(jìn)行“膠養(yǎng)菌一菌產(chǎn)酶一酶脫膠”的系列生化反應(yīng),即可把原麻加工成松散、柔軟、純凈的精干麻,達(dá)到工業(yè)可紡要求。微生物脫膠以溫和的生化反應(yīng)取代了化學(xué)脫膠中強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫、高壓條件下的“浸酸”“一煮”“二煮”工藝流程,降低了能耗,減少了脫膠助劑的使用,使成本大為降低。最為關(guān)鍵的是消除了強(qiáng)酸及高溫下的強(qiáng)堿對纖維的負(fù)作用,提高了脫膠制成率,保留了苧麻纖維固有的形態(tài)結(jié)構(gòu),大幅度改善其可紡性能,如單纖維長度、扭曲頻率、固定彈性伸長、耐磨等指標(biāo)明顯增加,提高了精干麻的整體品質(zhì)。使用高效脫膠微生物提取苧麻纖維以其獨(dú)特的優(yōu)勢成為苧麻行業(yè)中備受人們關(guān)注的亮點(diǎn)。但是,迄今為止苧麻微生物脫膠方法在國內(nèi)仍未普及,國外也僅僅是停留在試驗(yàn)生產(chǎn)階段。究其原因,脫膠法菌種產(chǎn)酶能力低、菌種脫膠關(guān)鍵酶活力不高或分泌的酶系不全、脫膠效果不穩(wěn)定等因素使脫膠處理達(dá)不到麻紡對纖維殘膠率的要求;或者是脫膠菌種對生長條件要求苛刻,在自然條件下競爭生存能力較差,無法成長為優(yōu)勢菌,所以無法在工業(yè)條件下得到廣泛的推廣使用。因此,篩選產(chǎn)酶性能優(yōu)良、生長條件粗獷的高效脫膠微生物菌種是苧麻微生物脫膠工作的重點(diǎn)。3酶法脫膠技術(shù)在現(xiàn)今的苧麻紡織行業(yè)中仍以常規(guī)的化學(xué)脫膠方法為主,此種方法雖然簡便易學(xué),便于推廣,但是以燒堿煮練為中心,成本高、污染大,并且損害纖維質(zhì)量,因此新型脫膠方法越來越受到人們的關(guān)注。物化法脫膠雖然加入了先進(jìn)的物理工藝手段,加速了脫膠過程,但仍以化學(xué)階段為中心,設(shè)備投入較大。酶法脫膠,處理?xiàng)l件溫和,定向分解苧麻膠質(zhì),對纖維結(jié)果損害較小,但是,由于膠質(zhì)成分復(fù)雜及酶作用的專一性,配制復(fù)雜的多功能脫膠酶系成為單純酶法脫膠