苧麻是我國具有資源壟斷性的特色紡織原料,產量占全世界苧麻纖維產量的90%以上,被稱為“中國草”.苧麻織物具有粗獷、挺括、典雅、輕盈、涼爽、透氣、抗菌等優點[1],被譽為“天然纖維之王”.[2]苧麻纖維的生產首先是對苧麻韌皮進行脫膠,一般可分為化學脫膠和生物脫膠.目前我國苧麻脫膠主要還是以化學脫膠為主,其工藝存在流程長、工序多、勞動強度大、脫膠時間長、成本高、環境污染嚴重等問題.[3]生物脫膠法以其污染低、工序少、脫膠時間短、能耗低、成本低、纖維質量高等優點[4]被研究者關注.生物脫膠[5]主要是通過菌或酶的作用,破壞原麻中的膠質大分子主體結構,使其降解成小分子膠質,破壞膠質復合體的穩定性,使大分子之間產生大的空隙,增加作用位點,從而活化大分子的化學反應性.生物脫膠法在脫膠加工后存在殘膠問題,達不到后續紡紗加工要求,所以需對其進行去除殘膠處理[6].脫膠后的殘膠以物理粘9期附、氫鍵結合和化學鍵結合附著在纖維表面.目前采用的處理方法是通過錘洗和雙氧水堿漂去除殘膠,這在一定程度上會損傷苧麻纖維.
現在N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)主要應用在溶解纖維素行業(如造紙,竹纖維等的生產),是一種綠色環保且可回收的溶解纖維素溶劑,主要通過斷裂纖維素分子間的氫鍵而溶解纖維素.苧麻膠質的主要成分為果膠、半纖維素和木質素等,是多糖成分.經過生物脫膠后,殘膠成分主要為多糖成分的小分子物且以物理方式附著在纖維表面.因此,殘膠成分可能被NMMO分子先反應后溶解于溶液中,達到減少或去除效果.本文考察不同w(NMMO)、溫度、時間、浴比條件下苧麻殘膠的去除效果.
1試驗
1.1材料
苧麻精干麻[武漢紡織大學紡織印染清潔生產教育部研究工程中心生物脫膠后的苧麻,水洗(100℃,60min)后烘干(100℃,12 h),其殘膠率為4.87%],N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO,安徽省沃土化工有限公司),其他化學試劑均為分析純.
1.2苧麻脫殘膠工藝流程
采用隨機取樣的方法,將苧麻精干麻剪成10 cm左右長度,稱取5 g.將苧麻材料置于NMMO溶液中水浴加熱進行脫殘膠,用60~80℃熱水洗滌10 min后,再用冷水沖洗干凈,100℃烘12 h.
1.3測定
按照GB 5889-1986《苧麻化學成分定量分析方法》測定殘膠率.每個脫殘膠試驗平行進行3次,殘膠率數據為其平均值.
2結果與分析
2.1 w(NMMO)
由圖1可知,隨著w(NMMO)增加,殘膠率呈下降趨勢.當w(NMMO)為50%時,殘膠率達到最低,為2.28%.原因是隨著w(NMMO)的增加,其分子到達纖維與殘膠中的空隙越多,對2者之間的氫鍵破壞幾率也就越大,最終使脫離出來的膠質溶解于水中.當w(NMMO)增加到60%時,殘膠率稍微上升,達到2.63%.原因是NMMO分子在破壞纖維與殘膠氫鍵的同時也進入苧麻纖維的非結晶區,破壞纖維間的氫鍵,降低NMMO處理殘膠的效果,但未能溶解纖維素.NMMO水溶液雖能有效去除殘膠,但不能完全去除.原因是部分殘膠與苧麻纖維是以非氫鍵結合或以多氫鍵結合.因此,選擇w(NMMO)=50%.
2.2反應溫度
由圖2可知,<70℃時,殘膠率總體隨著溫度的升高而下降;70℃時,殘膠率最低(2.28%).原因是溫度升高分子運動加快,使NMMO分子擴散和滲透到纖維與殘膠中空隙的能力加強,對2者之間的氫鍵破壞能力也就升高.>70℃時,殘膠率出現先上升后下降的現象,但都稍高于70℃的數值.原因是溫度過高,纖維內的微隙增大增多,NMMO分子向纖維內的擴散速率增快.其次水溫越高,水中NMMO分子運動越活躍,其擴散速度越快,NMMO分子向纖維素滲透速度加快,進而與纖維素間形成氫鍵結合,導致其在纖維與殘膠中空隙的含量減少,最終使殘膠率稍微上升.因此,反應溫度選擇70℃.
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