苧麻是我國具有資源壟斷性的特色紡織原料,產(chǎn)量占全世界苧麻纖維產(chǎn)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(yōu)點(diǎn)[1],被譽(yù)為“天然纖維之王”.[2]苧麻纖維的生產(chǎn)首先是對苧麻韌皮進(jìn)行脫膠,一般可分為化學(xué)脫膠和生物脫膠.目前我國苧麻脫膠主要還是以化學(xué)脫膠為主,其工藝存在流程長、工序多、勞動強(qiáng)度大、脫膠時(shí)間長、成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題.[3]生物脫膠法以其污染低、工序少、脫膠時(shí)間短、能耗低、成本低、纖維質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)[4]被研究者關(guān)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(zhì)大分子主體結(jié)構(gòu),使其降解成小分子膠質(zhì),破壞膠質(zhì)復(fù)合體的穩(wěn)定性,使大分子之間產(chǎn)生大的空隙,增加作用位點(diǎn),從而活化大分子的化學(xué)反應(yīng)性.生物脫膠法在脫膠加工后存在殘膠問題,達(dá)不到后續(xù)紡紗加工要求,所以需對其進(jìn)行去除殘膠處理[6].脫膠后的殘膠以物理粘9期附、氫鍵結(jié)合和化學(xué)鍵結(jié)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(xiàn)在N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)主要應(yīng)用在溶解纖維素行業(yè)(如造紙,竹纖維等的生產(chǎn)),是一種綠色環(huán)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(zhì)的主要成分為果膠、半纖維素和木質(zhì)素等,是多糖成分.經(jīng)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(yīng)后溶解于溶液中,達(dá)到減少或去除效果.本文考察不同w(NMMO)、溫度、時(shí)間、浴比條件下苧麻殘膠的去除效果.
1試驗(yàn)
1.1材料
苧麻精干麻[武漢紡織大學(xué)紡織印染清潔生產(chǎn)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(xué)試劑均為分析純.
1.2苧麻脫殘膠工藝流程
采用隨機(jī)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(jìn)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(xué)成分定量分析方法》測定殘膠率.每個(gè)脫殘膠試驗(yàn)平行進(jìn)行3次,殘膠率數(shù)據(jù)為其平均值.
2結(jié)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(dāng)w(NMMO)為50%時(shí),殘膠率達(dá)到最低,為2.28%.原因是隨著w(NMMO)的增加,其分子到達(dá)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(zhì)溶解于水中.當(dāng)w(NMMO)增加到60%時(shí),殘膠率稍微上升,達(dá)到2.63%.原因是NMMO分子在破壞纖維與殘膠氫鍵的同時(shí)也進(jìn)入苧麻纖維的非結(jié)晶區(qū),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(jié)合或以多氫鍵結(jié)合.因此,選擇w(NMMO)=50%.
2.2反應(yīng)溫度
由圖2可知,<70℃時(shí),殘膠率總體隨著溫度的升高而下降;70℃時(shí),殘膠率最低(2.28%).原因是溫度升高分子運(yùn)動加快,使NMMO分子擴(kuò)散和滲透到纖維與殘膠中空隙的能力加強(qiáng),對2者之間的氫鍵破壞能力也就升高.>70℃時(shí),殘膠率出現(xiàn)先上升后下降的現(xiàn)象,但都稍高于70℃的數(shù)值.原因是溫度過高,纖維內(nèi)的微隙增大增多,NMMO分子向纖維內(nèi)的擴(kuò)散速率增快.其次水溫越高,水中NMMO分子運(yùn)動越活躍,其擴(kuò)散速度越快,NMMO分子向纖維素滲透速度加快,進(jìn)而與纖維素間形成氫鍵結(jié)合,導(dǎo)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(yīng)溫度選擇70℃.
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