黃麻堿氧一浴一步法脫膠漂白短流程工藝

黃麻纖維的主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。黃麻纖維具有較高的強(qiáng)度和吸濕性，是熱和電的良好絕緣體，在天然纖維中是最易生物降解的，其降解或燃燒時(shí)不產(chǎn)生有毒氣體[1-3]。

　　隨著黃麻機(jī)械、化學(xué)加工工藝的發(fā)展，已能紡制優(yōu)質(zhì)黃麻及其與其他纖維混紡的織物，同時(shí)黃麻粗硬的手感也得到了改善，使這類織物在時(shí)裝、行李袋、地毯、毛毯等多種領(lǐng)域都有較大的發(fā)展?jié)摿Α?

　　麻類紡織產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，主要取決于麻的脫膠。長(zhǎng)期以來(lái)，原麻脫膠一直沿用自然發(fā)酵法和化學(xué)法進(jìn)行[4]。自然法脫膠受環(huán)境影響大，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，含雜多，質(zhì)量難以保證；現(xiàn)在工廠常用的化學(xué)脫膠法能耗高．時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，對(duì)纖維造成不必要的損傷，而且成本高。

　　本工藝采用的堿和雙氧水一浴一步法對(duì)黃麻進(jìn)行脫膠漂白，堿和雙氧水互相作用，堿既起到去除黃麻纖維中的膠質(zhì)、半纖維素、木質(zhì)素及其他雜質(zhì)的作用，又為雙氧水的分解提供了一個(gè)堿性環(huán)境；雙氧水在酸性介質(zhì)中很穩(wěn)定，分解速率非常低，而在堿性介質(zhì)中可以被堿活化，雙氧水分子發(fā)生離解，可以漂白黃麻纖維。同時(shí)尤為重要的是可以氧化木質(zhì)素，木質(zhì)素被氧化后可以溶解于實(shí)驗(yàn)條件中的高溫強(qiáng)堿液中。從而有助于更好的去除木質(zhì)素。

　　1　實(shí)驗(yàn)條件及工藝流程

　　1.1　原料

　　使用經(jīng)過(guò)櫛梳機(jī)梳理后呈散狀的黃麻原麻，原麻中的膠質(zhì)經(jīng)梳理已去除了一部分。

　　1.2　試劑

　　氫氧化鈉、雙氧水(30％)、MgS04·7H20、強(qiáng)堿浴雙氧水穩(wěn)定劑、濃硫酸(98％)。

　　1.3　儀器

　　普通燒杯、恒溫水浴鍋、溫度計(jì)、量筒、錐形瓶、強(qiáng)力儀、烘箱、普通天平、光電天平、稱量瓶、砂芯漏斗等。

　　1.4　工藝流程

　　黃麻原麻除雜→原麻浸酸→水洗→堿氧→浴→敲麻→水洗→酸洗→水洗→晾干 　

　　1.5工藝條件

　　1.5.1各工序的作用

　　(1)除雜：手工除去原麻中的大的雜質(zhì)。
　　(2)原麻浸酸：溫度40～50℃，時(shí)間60min，浴比為1∶20，酸液質(zhì)量濃度：1ml/L。
　　(3)水洗：用自來(lái)水沖洗至pH值7左右。
　　(4)堿氧一浴：常壓，浴比為1∶20，MgS04·7H20質(zhì)量濃度為0.1％，其余條件與正交實(shí)驗(yàn)表相符合。溫度的控制在預(yù)升溫階段．升溫速度要控制在1℃/min。
　　(5)敲麻：使脫膠后黏附在纖維表面的膠質(zhì)更好地脫落，使脫膠效果更徹底。
　　(6)水洗：用60℃以上的水沖至pH值7左右。
　　(7)酸洗：中和纖維上殘余的堿液。

　　1.5.2升溫速度

　　在預(yù)升溫階段，升溫速度的控制對(duì)纖維的強(qiáng)力影響很大，雙氧水分解速率受溫度影響很大，如果升溫速度過(guò)快，會(huì)極大地加速雙氧水的分解，發(fā)生劇烈氧化，纖維被過(guò)度氧化降解，分子鏈斷裂，從而降低了聚合度。使纖維的強(qiáng)力下降很多。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可得出，當(dāng)升溫速度控制在1℃／min，其作用過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)雙氧水分解過(guò)快而產(chǎn)生泡沫的現(xiàn)象，這說(shuō)明雙氧水分解速度比較正常，因此對(duì)黃麻強(qiáng)力損傷影響不大。

　　2 實(shí)驗(yàn)機(jī)理

　　2.1 雙氧水作用機(jī)理

　　從理論上講，雙氧水對(duì)纖維素的氧化，主要是使葡萄糖分子的羥基氧化成酮，即所謂的酮纖維素；次氯酸鈉則主要使葡萄糖分子的羥基氧化成醛，而醛基的存在又可使纖維素的降解繼續(xù)進(jìn)行，造成纖維大面積的損傷，有關(guān)研究資料[5]表明：使纖維素分子斷裂所需的耗氧量比較，雙氧水大于次氯酸鈉和亞氯酸鈉，這是雙氧水對(duì)纖維素?fù)p傷程度較輕的一個(gè)原因。另外，醛基的存在是導(dǎo)致漂白物泛黃的原因，這說(shuō)明了氯漂易于泛黃，而氧漂的白度穩(wěn)定，不易泛黃。又由于雙氧水去雜能力強(qiáng)，在幾種漂白劑中只有雙氧水可以實(shí)行煮漂一浴工藝，加上雙氧水的分解產(chǎn)物無(wú)污染、無(wú)毒、不腐蝕設(shè)備，這些都使雙氧水成為短流程處理工藝中漂白劑的最佳選擇。　　

　　雙氧水是一種弱二元酸，在水溶液中可按下式電離：

　　按(1)式在雙氧水溶液中加入堿，OH一能中和其中的H+離子。這樣便會(huì)增加HOO一的質(zhì)量濃度。當(dāng)pH≥10.5時(shí)，雙氧水分子大部分以H2O一存在，所以溶液的穩(wěn)定性很差。因此，本實(shí)驗(yàn)中堿分兩次加入，在升溫階段，即雙氧水的主要作用階段，堿的加入量應(yīng)使pH值保持在10.5以內(nèi)，90 min以后，雙氧水基本作用完畢，再加入剩余的堿。

　　除了某些金屬如銅、鐵、錳離子或金屬屑有催化作用外，其它極細(xì)小的、有棱角的固體物質(zhì)，以至容器器壁，纖維和膠體等固體表面，都具有加速雙氧水分解的作用。雙氧水分解出的離子HOO一是氧化漂白的主要成分，能使木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元的苯環(huán)和側(cè)鏈碎解，最終木質(zhì)素分子從麻纖維中溶出于堿液中。

　　雙氧水與木質(zhì)素的反應(yīng)主要為木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元苯環(huán)的反應(yīng)[6-7]：木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元苯環(huán)是無(wú)色的。但是在蒸煮過(guò)程中形成各種醌式結(jié)構(gòu)后，就變成了有色體。雙氧水與木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元苯環(huán)的反應(yīng)，就是破壞醌式結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，使有色的醌式結(jié)構(gòu)變成了無(wú)色的其他結(jié)構(gòu)，最終碎解為低分子的脂肪族化合物。　　

　　2.2　強(qiáng)堿浴雙氧水穩(wěn)定劑

　　采用強(qiáng)堿浴雙氧水穩(wěn)定劑作為堿氧一浴脫膠的助劑．可控制堿氧一浴脫膠漂白反應(yīng)達(dá)到最大功效。 　　

　　2.3　鎂鹽的作用

　　傳統(tǒng)麻類脫膠采用硅酸鈉作助劑。硅酸鈉穩(wěn)定效果好，白度佳，價(jià)格便宜，但易于形成硅垢沉積在纖維和設(shè)備上，并且不耐強(qiáng)堿漂液，因此不適宜于堿氧一浴法脫膠工藝[5]，為此采用鎂鹽做助劑。一種見(jiàn)解認(rèn)為鎂鹽主要是能提高雙氧水的耐堿穩(wěn)定性[5]，鎂鹽在堿溶液中生成Mg(O)2，它以膠團(tuán)形式分散在介質(zhì)中，其膠團(tuán)帶正電荷，因?yàn)殡p氧水分解的H00一離子具有親核性，因此容易被帶正電荷的Mg(OH)2膠團(tuán)吸附，阻止了它進(jìn)一步與H2O2反應(yīng)生成自由基，從而抑制了H2O2的分解。如果溶液中有少量的重金屬離子，他們?cè)趬A液中主要以帶負(fù)電的絡(luò)合離子形式存在，這種絡(luò)合離子也容易被Mg(OH)2膠團(tuán)吸附而失去催化活性。

　　另一種見(jiàn)解認(rèn)為鎂鹽與具有羰基的氧化纖維素(或半纖維素)形成相對(duì)穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而減少了纖維素苷鍵的斷裂，直接保護(hù)了纖維素[6-7]，如下式所示。

　　3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)試結(jié)果

　　根據(jù)上面所論述的實(shí)驗(yàn)原理和工藝流程，采用正交實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)黃麻的脫膠過(guò)程中影響脫膠效果的3種主要因素：NaOH的質(zhì)量濃度、雙氧水的用量和強(qiáng)堿浴雙氧水穩(wěn)定劑的用量進(jìn)行討論。所設(shè)計(jì)的3因素3水平正交實(shí)驗(yàn)如表1所示，指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

　　從試驗(yàn)結(jié)果可以得出各種實(shí)驗(yàn)試劑對(duì)各指標(biāo)的影響為：
　　(1)對(duì)纖維強(qiáng)力的影響大小依次為：H2O2質(zhì)量濃度→穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度→NaOH質(zhì)量濃度。　
　　(2)對(duì)殘膠率的影響大小依次為：NaOH質(zhì)量濃度→穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度→H202質(zhì)量濃度。
　　(3)對(duì)木質(zhì)素殘余量的影響大小依次為：NaOH質(zhì)量濃度→穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度→H202質(zhì)量濃度。最佳組合方案：NaOH5g/L，H20210g/L，穩(wěn)定劑5g/L。

　　 4 分析與結(jié)論

　　衡量大麻脫膠效果的一個(gè)重要指標(biāo)是殘膠率和木質(zhì)素，本實(shí)驗(yàn)中殘膠率在NaOH為5g/L時(shí)最低。這說(shuō)明當(dāng)NaOH用量為5g/L時(shí)，溶液中的NaOH與黃麻纖維中的果膠、半纖維素、木質(zhì)素等反應(yīng)比較徹底，當(dāng)NaOH用量小于5g/L時(shí)，溶液中NaOH質(zhì)量濃度不夠，脫膠效果不理想。由于堿氧一浴脫膠新工藝中使用了雙氧水，雙氧水是強(qiáng)氧化劑，在氧化木質(zhì)素的同時(shí)，也一定程度的使纖維素發(fā)生氧化(但不會(huì)影響紡紗強(qiáng)力)，氧化纖維素易溶于高溫強(qiáng)堿液中，在測(cè)量殘膠率時(shí)，這部分氧化纖維素將隨纖維上的殘余膠質(zhì)一起溶解于NaOH溶液中，造成殘膠率、木質(zhì)素測(cè)量值過(guò)高。在今后的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)探索與新工藝相適應(yīng)的更科學(xué)、更精確的殘膠率、木質(zhì)素的測(cè)量方法。

　　H202質(zhì)量濃度低于10g/L時(shí)，對(duì)麻纖維的強(qiáng)力影響不大，此時(shí)， H202對(duì)纖維的作用比較溫和，纖維素所發(fā)生的變化主要是由纖維素I(天然存在的纖維素形式)轉(zhuǎn)化成纖維素Ⅱ，纖維素I與纖維素Ⅱ的主要區(qū)別在于其晶胞結(jié)構(gòu)中分子鏈的排列方向不同，纖維素Ⅱ?yàn)槠叫墟溄Y(jié)構(gòu)，纖維素Ⅱ?yàn)榉雌叫墟溄Y(jié)構(gòu)，纖維素Ⅱ有較多方面擴(kuò)展的氫鍵，單胞細(xì)胞較緊密，能量最低，是最穩(wěn)定的纖維素多晶型物。H202也與木質(zhì)素發(fā)生反應(yīng)，木質(zhì)素中的多種醚鍵受親核試劑OH一離子的作用而斷開，木質(zhì)素大分子降解而溶解于堿液中。本實(shí)驗(yàn)中NaOH質(zhì)量濃度最大為5g/L，從而NaOH質(zhì)量濃度對(duì)黃麻強(qiáng)力影響不顯著，而H202的質(zhì)量濃度和穩(wěn)定劑的質(zhì)量濃度對(duì)纖維強(qiáng)力的影響則很大。

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