黄麻碱氧一浴一步法脱胶漂白短流程工艺

黄麻纤维的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。黄麻纤维具有较高的强度和吸湿性，是热和电的良好绝缘体，在天然纤维中是最易生物降解的，其降解或燃烧时不产生有毒气体[1-3]。 　　随着黄麻机械、化学加工工艺的发展，已能纺制优质黄麻及其与其他纤维混纺的织物，同时黄麻粗硬的手感也得到了改善，使这类织物在时装、行李袋、地毯、毛毯等多种领域都有较大的发展潜力。 　　麻类纺织产品质量的优劣，主要取决于麻的脱胶。长期以来，原麻脱胶一直沿用自然发酵法和化学法进行[4]。自然法脱胶受环境影响大，耗费时间长，含杂多，质量难以保证；现在工厂常用的化学脱胶法能耗高．时间过长，对纤维造成不必要的损伤，而且成本高。 　　本工艺采用的碱和双氧水一浴一步法对黄麻进行脱胶漂白，碱和双氧水互相作用，碱既起到去除黄麻纤维中的胶质、半纤维素、木质素及其他杂质的作用，又为双氧水的分解提供了一个碱性环境；双氧水在酸性介质中很稳定，分解速率非常低，而在碱性介质中可以被碱活化，双氧水分子发生离解，可以漂白黄麻纤维。同时尤为重要的是可以氧化木质素，木质素被氧化后可以溶解于实验条件中的高温强碱液中。从而有助于更好的去除木质素。 　　1　实验条件及工艺流程 　　1.1　原料 　　使用经过栉梳机梳理后呈散状的黄麻原麻，原麻中的胶质经梳理已去除了一部分。 　　1.2　试剂 　　氢氧化钠、双氧水(30％)、MgS04·7H20、强碱浴双氧水稳定剂、浓硫酸(98％)。 　　1.3　仪器 　　普通烧杯、恒温水浴锅、温度计、量筒、锥形瓶、强力仪、烘箱、普通天平、光电天平、称量瓶、砂芯漏斗等。 　　1.4　工艺流程 　　黄麻原麻除杂→原麻浸酸→水洗→碱氧→浴→敲麻→水洗→酸洗→水洗→晾干 　 　　1.5工艺条件 　　1.5.1各工序的作用 　　(1)除杂：手工除去原麻中的大的杂质。 　　(2)原麻浸酸：温度40～50℃，时间60min，浴比为1∶20，酸液质量浓度：1ml/L。 　　(3)水洗：用自来水冲洗至pH值7左右。 　　(4)碱氧一浴：常压，浴比为1∶20，MgS04·7H20质量浓度为0.1％，其余条件与正交实验表相符合。温度的控制在预升温阶段．升温速度要控制在1℃/min。 　　(5)敲麻：使脱胶后黏附在纤维表面的胶质更好地脱落，使脱胶效果更彻底。 　　(6)水洗：用60℃以上的水冲至pH值7左右。 　　(7)酸洗：中和纤维上残余的碱液。 　　1.5.2升温速度 　　在预升温阶段，升温速度的控制对纤维的强力影响很大，双氧水分解速率受温度影响很大，如果升温速度过快，会极大地加速双氧水的分解，发生剧烈氧化，纤维被过度氧化降解，分子链断裂，从而降低了聚合度。使纤维的强力下降很多。根据实验可得出，当升温速度控制在1℃／min，其作用过程中没有出现双氧水分解过快而产生泡沫的现象，这说明双氧水分解速度比较正常，因此对黄麻强力损伤影响不大。 　　2 实验机理 　　2.1 双氧水作用机理 　　从理论上讲，双氧水对纤维素的氧化，主要是使葡萄糖分子的羟基氧化成酮，即所谓的酮纤维素；次氯酸钠则主要使葡萄糖分子的羟基氧化成醛，而醛基的存在又可使纤维素的降解继续进行，造成纤维大面积的损伤，有关研究资料[5]表明：使纤维素分子断裂所需的耗氧量比较，双氧水大于次氯酸钠和亚氯酸钠，这是双氧水对纤维素损伤程度较轻的一个原因。另外，醛基的存在是导致漂白物泛黄的原因，这说明了氯漂易于泛黄，而氧漂的白度稳定，不易泛黄。又由于双氧水去杂能力强，在几种漂白剂中只有双氧水可以实行煮漂一浴工艺，加上双氧水的分解产物无污染、无毒、不腐蚀设备，这些都使双氧水成为短流程处理工艺中漂白剂的最佳选择。　　 　　双氧水是一种弱二元酸，在水溶液中可按下式电离： 　　按(1)式在双氧水溶液中加入碱，OH一能中和其中的H+离子。这样便会增加HOO一的质量浓度。当pH≥10.5时，双氧水分子大部分以H2O一存在，所以溶液的稳定性很差。因此，本实验中碱分两次加入，在升温阶段，即双氧水的主要作用阶段，碱的加入量应使pH值保持在10.5以内，90 min以后，双氧水基本作用完毕，再加入剩余的碱。 　　除了某些金属如铜、铁、锰离子或金属屑有催化作用外，其它极细小的、有棱角的固体物质，以至容器器壁，纤维和胶体等固体表面，都具有加速双氧水分解的作用。双氧水分解出的离子HOO一是氧化漂白的主要成分，能使木质素结构单元的苯环和侧链碎解，最终木质素分子从麻纤维中溶出于碱液中。 　　双氧水与木质素的反应主要为木质素结构单元苯环的反应[6-7]：木质素结构单元苯环是无色的。但是在蒸煮过程中形成各种醌式结构后，就变成了有色体。双氧水与木质素结构单元苯环的反应，就是破坏醌式结构的反应，使有色的醌式结构变成了无色的其他结构，最终碎解为低分子的脂肪族化合物。 　　 　　2.2　强碱浴双氧水稳定剂 　　采用强碱浴双氧水稳定剂作为碱氧一浴脱胶的助剂．可控制碱氧一浴脱胶漂白反应达到最大功效。 　　 　　2.3　镁盐的作用 　　传统麻类脱胶采用硅酸钠作助剂。硅酸钠稳定效果好，白度佳，价格便宜，但易于形成硅垢沉积在纤维和设备上，并且不耐强碱漂液，因此不适宜于碱氧一浴法脱胶工艺[5]，为此采用镁盐做助剂。一种见解认为镁盐主要是能提高双氧水的耐碱稳定性[5]，镁盐在碱溶液中生成Mg(O)2，它以胶团形式分散在介质中，其胶团带正电荷，因为双氧水分解的H00一离子具有亲核性，因此容易被带正电荷的Mg(OH)2胶团吸附，阻止了它进一步与H2O2反应生成自由基，从而抑制了H2O2的分解。如果溶液中有少量的重金属离子，他们在碱液中主要以带负电的络合离子形式存在，这种络合离子也容易被Mg(OH)2胶团吸附而失去催化活性。 　　另一种见解认为镁盐与具有羰基的氧化纤维素(或半纤维素)形成相对稳定的络合物，从而减少了纤维素苷键的断裂，直接保护了纤维素[6-7]，如下式所示。 　　3 正交实验设计与测试结果 　　根据上面所论述的实验原理和工艺流程，采用正交实验的方法，对黄麻的脱胶过程中影响脱胶效果的3种主要因素：NaOH的质量浓度、双氧水的用量和强碱浴双氧水稳定剂的用量进行讨论。所设计的3因素3水平正交实验如表1所示，指标测试结果见表2和表3。 　　从试验结果可以得出各种实验试剂对各指标的影响为： 　　(1)对纤维强力的影响大小依次为：H2O2质量浓度→稳定剂质量浓度→NaOH质量浓度。　 　　(2)对残胶率的影响大小依次为：NaOH质量浓度→稳定剂质量浓度→H202质量浓度。 　　(3)对木质素残余量的影响大小依次为：NaOH质量浓度→稳定剂质量浓度→H202质量浓度。最佳组合方案：NaOH5g/L，H20210g/L，稳定剂5g/L。 　　 4 分析与结论 　　衡量大麻脱胶效果的一个重要指标是残胶率和木质素，本实验中残胶率在NaOH为5g/L时最低。这说明当NaOH用量为5g/L时，溶液中的NaOH与黄麻纤维中的果胶、半纤维素、木质素等反应比较彻底，当NaOH用量小于5g/L时，溶液中NaOH质量浓度不够，脱胶效果不理想。由于碱氧一浴脱胶新工艺中使用了双氧水，双氧水是强氧化剂，在氧化木质素的同时，也一定程度的使纤维素发生氧化(但不会影响纺纱强力)，氧化纤维素易溶于高温强碱液中，在测量残胶率时，这部分氧化纤维素将随纤维上的残余胶质一起溶解于NaOH溶液中，造成残胶率、木质素测量值过高。在今后的实验中，应探索与新工艺相适应的更科学、更精确的残胶率、木质素的测量方法。 　　H202质量浓度低于10g/L时，对麻纤维的强力影响不大，此时， H202对纤维的作用比较温和，纤维素所发生的变化主要是由纤维素I(天然存在的纤维素形式)转化成纤维素Ⅱ，纤维素I与纤维素Ⅱ的主要区别在于其晶胞结构中分子链的排列方向不同，纤维素Ⅱ为平行链结构，纤维素Ⅱ为反平行链结构，纤维素Ⅱ有较多方面扩展的氢键，单胞细胞较紧密，能量最低，是最稳定的纤维素多晶型物。H202也与木质素发生反应，木质素中的多种醚键受亲核试剂OH一离子的作用而断开，木质素大分子降解而溶解于碱液中。本实验中NaOH质量浓度最大为5g/L，从而NaOH质量浓度对黄麻强力影响不显著，而H202的质量浓度和稳定剂的质量浓度对纤维强力的影响则很大。 　　参考文献： 　　[1]姚穆，周锦芳，黄淑珍，等．纺织材料学[M]．北京：中国纺织出版社，1990．80-88． 　　[2]浙江麻纺织厂黄麻纺纱手册编写组．黄麻纺纱手册[M]．北京：纺织工业出版社，1988.11-37 　　[3]姜繁昌，邵宽，周家谔．黄麻纺纱学[M]，北京：纺织工业出版社，1985．10-13． 　　[4]钱章武，杨松年．黄麻与洋麻的脱胶和分级检验[M]．北京：纺织工业出版社，1988.16-37,117-120. 　　[5]徐谷仓,染整织物短流程前处理[M]，北京：中国纺织出版社，1999．22-25，213一219 　　[6]高洁、汤烈贵．纤维素科学[M]．北京：科学出版社，1996．252-268． 　　[7]杨淑惠，植物纤维化学[M]．北京：中国轻工业出版社，2001．121-124，142-148 信息来源于：中国纺机网