高溫煮練對大麻纖維脫膠質(zhì)量的影響

高溫煮練對大麻纖維脫膠質(zhì)量的影響

大麻纖維是人類最早用于紡織的纖維之一。在我國河南曾經(jīng)出土了商代的大麻殘片,說明人類將大麻纖維作為紡織原料應(yīng)用在日常生活中,已經(jīng)有很久遠(yuǎn)的歷史。大麻于公元前1500年傳入歐洲。在17、18世紀(jì)前,大麻與亞麻均為歐洲最重要的纖維資源。但到了近代,由于大麻中含有的THC(四氫大麻酚)被用來制造興奮劑和毒品,因此多數(shù)西方國家明令禁止種植大麻,大麻的應(yīng)用和研究也因此而趨于停滯狀態(tài)。1992年低THC含量的大麻品種在英國培育成功,于是西方國家紛紛解除種植大麻的禁令,大麻在紡織上的應(yīng)用研究在全世界重又興起。1大麻纖維的脫膠研究從大麻莖桿剝制得到的韌皮部分稱為原麻,其組分可分為纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素、水溶物、脂臘質(zhì)及灰分等。其中半纖維素、果膠、木質(zhì)素等含量對大麻的紡紗性能影響很大。要使大麻具有可紡性,首先需對其作脫膠處理,脫膠效果的好壞直接影響到成紗質(zhì)量。目前,在所有麻類作物的脫膠工藝上,以苧麻、亞麻最為成熟。大麻纖維的脫膠還有待進(jìn)一步研究。雖然大麻纖維的化學(xué)成分與品種、生長地區(qū)、收割時間、存放期、剝制方法、漚麻方法等諸多因素有關(guān),但大麻纖維的木質(zhì)素、半纖維素、果膠含量較高,這是大麻纖維區(qū)別于其它麻纖維的主要特征。這些特點(diǎn)增加了大麻脫膠的難度,導(dǎo)致脫膠后大麻纖維的制成率低。大麻單纖維細(xì)胞在胞間層物質(zhì)的粘結(jié)下交織成網(wǎng)狀,而苧麻纖維細(xì)胞則呈排列整齊、緊密靠近的平行的聚集體,而且大麻纖維細(xì)胞還與半纖維素等呈化學(xué)鍵合,這也增加了脫膠的難度。更為關(guān)鍵的是,大麻單纖維過短,一般為15~25mm,且纖維整齊度差,若將胞間層物質(zhì)全部脫去勢必造成短絨,失去可紡性,因此必須由殘膠將單纖維粘連而成纖維束(工藝?yán)w維)進(jìn)行紡紗,即適度脫膠工藝。本文采用高溫蒸煮的方法對大麻纖維進(jìn)行脫膠處理,初步探討了在其它因素不變的情況下,高溫煮練堿用量的變化對去除大麻中果膠和木質(zhì)素等雜質(zhì)的影響,以期可以對大麻紡紗提供一定的指導(dǎo)。2實(shí)驗(yàn)2.1材料和設(shè)備2.1.1纖維素及木質(zhì)素含量大麻打成麻,其果膠含量約為4.845%,纖維素含量約為78.798%,木質(zhì)素含量約為6.262%,斷裂強(qiáng)度約為1.0092cN/dtex。2.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備自制高溫高壓染色機(jī)。2.2實(shí)驗(yàn)計(jì)劃2.2.1流副缸化料進(jìn)冷水→運(yùn)行10min→主泵開(副)→內(nèi)外流(副)→副缸回流→副缸化料100s→定量加料120s→升溫到130℃→保溫4h→降溫到80℃→溢流洗20min→溫控80℃→水洗20min→溫控80℃→溢流洗20min→程序結(jié)束。2.2.2化料及染色條件泵速:145.1r/min;染缸壓強(qiáng):0.5MP;裝麻密度:0.38g/cm3;升溫速率:5℃/min;降溫速率:6℃/min;化料溫度:40.7℃;染液溫度:40.1℃;染液溫度滯后染缸溫度:0.6℃左右。2.2.3主要化學(xué)成分系統(tǒng)定量分析方法大麻化學(xué)成分提取采用國家標(biāo)準(zhǔn)FZ/T30001-92苧麻主要化學(xué)成分系統(tǒng)定量分析方法;大麻化學(xué)成分定量及計(jì)算參照GB5889-86苧麻化學(xué)成分定量分析方法。2.3結(jié)果與討論2.3.1堿量對大麻纖維制成率的影響在大量實(shí)驗(yàn)及設(shè)備本身?xiàng)l件的基礎(chǔ)上,確定了在浴比1∶20、溫度130℃、煮練4h的工藝條件下,探討堿用量的變化對大麻纖維脫膠質(zhì)量和微觀結(jié)構(gòu)的影響,主要從纖維制成率和各組分含量及斷裂強(qiáng)度的變化來分析。實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表1。綜合分析表1可以得出,采用高溫蒸煮對大麻纖維做前處理時,用堿量的高低對大麻纖維制成率有一定的影響,其值分布在60%~70%這一區(qū)域,制成率隨著堿量的增加而降低。這是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)過程中,各主要考察成分均與藥品發(fā)生反應(yīng),部分可溶性果膠隨溫度的升高自行從纖維上脫離出來,另一部分不溶性果膠在氫氧化鈉溶液作用下,轉(zhuǎn)化為可溶性納鹽而溶解;纖維之間逐漸分離,藥品進(jìn)入纖維內(nèi)部,作為復(fù)雜多糖的半纖維素和纖維素也有一定程度的溶出和損傷;半纖維素的溶出,為藥液進(jìn)入細(xì)胞壁與木質(zhì)素反應(yīng)以及反應(yīng)產(chǎn)物從細(xì)胞壁中擴(kuò)散出來打開了通道,在堿性及高溫條件下,木質(zhì)素與硫氫根離子發(fā)生縮合反應(yīng),伴隨著半纖維素的降解而溶出。從表1還可以看出,高溫煮練對大麻纖維各組成成分的影響也很明顯,果膠和木質(zhì)素的含量都隨著堿量的增加而減少,而且斷裂強(qiáng)度也隨著堿量的增加而變小,考慮到堿對大麻纖維強(qiáng)力的影響,還有環(huán)境污染等方面考慮,從表1可以確定堿用量為14%時比較適宜,此時大麻纖維中的木質(zhì)素和果膠含量都比較低,提高了大麻纖維的可紡性能。2.3.2堿的濃度對纖維分離度的影響將上述實(shí)驗(yàn)得到的處理后大麻打成麻,經(jīng)梳毛機(jī)梳理后,觀察纖維縱向和橫斷面的分離情況,對比總堿量14%、130℃、保溫4h和總堿量6%、130℃、保溫4h,放大500倍的電鏡照片,具體見圖1、圖2。由圖1,圖2可看出,堿的濃度越高,纖維的縱向表面越粗糙,但纖維的分離度比較好,而堿的濃度低,纖維的縱向表面比較光滑,纖維之間沒有膠質(zhì)相連,彼此分離,但依然成束狀存在。這表明在處理過程中,纖維已經(jīng)達(dá)到“半脫膠”的處理要求,有較好的分離度,同時,高堿量對纖維素本身的刻蝕比較明顯。3堿用量對天麻紡紗質(zhì)量的影響①隨著堿用量的增加,產(chǎn)品的制成率有所下降,下降趨勢較明顯。②堿用量不同,纖維膠質(zhì)各成分比例有明顯變化,隨著堿用量的增加,果膠、