超聲波預處理及雙氧水氧化法處理漢麻纖維工藝研究

超聲波預處理及雙氧水氧化法處理漢麻纖維工藝研究

漢麻又名麻桿，是一種傳統(tǒng)的可再生原材料，被人類廣泛使用，但纖維剛硬，易折疊，逐漸被棉花和酒精取代。隨著人類對環(huán)保天然纖維的需求日益增長，對漢麻纖維有了新的認識。漢麻具有濕、通風、舒、防、菌、輻射、無靜電、散波聲波、抗紫外等優(yōu)點。它可以吸收有毒和有害的氣體，并對人體的代謝功能和微循環(huán)功能起到良好的作用。這是一種典型的功能性和環(huán)保型紡織纖維。漢麻與苧麻、亞麻相比,其膠質含量很高,有些高達40%以上,增加了漢麻的脫膠難度,其脫膠效果直接影響漢麻紡紗的成品質量、織造工藝和染整后處理加工.漢麻脫膠前通常要進行不同方式的預處理,如預酸、預氯和預水,但都存在纖維損傷嚴重、脫膠穩(wěn)定性差和脫膠程度低等缺點.超聲波作為一種新的能量形式變革化學反應日益受到人們的關注,在液體中會產生強烈的空穴效應,能從分散、排氣、擴散3個方面影響液體對纖維的作用.本文通過超聲波預處理,結合雙氧水煮練,探討漢麻新脫膠工藝的可行性.1測試1.1材料、儀器和儀器材料:漢麻,產自河北,原麻外觀質量較好,剝麻刮青比較干凈;30%雙氧水(H2O2)、硅酸鈉(Na2SiO3)、滲透劑JFC、氫氧化鈉(NaOH)(均為化學純).儀器:DWD-20萬能材料試驗機,JT202N電子天平,DK-$28電熱恒溫水浴鍋,KS-1018超聲波清洗儀,Y801A恒溫烘箱.1.2超聲預處理工藝研究漢麻原麻→超聲波預處理(室溫,功率800W,水浴中加入少量滲透劑JFC)→氧化煮練→水洗→亞硫酸鈉洗→水洗→脫水→給油→脫油水→烘干.考慮試驗過程的穩(wěn)定性,以下試驗條件恒定:硅酸鈉用量2%(omf)、滲透劑JFC用量2%(omf),超聲波預處理溫度為室溫,超聲波功率為800W.通過探討超聲波預處理頻率、處理時間、H2O2用量、NaOH用量、煮練溫度和煮練時間6個主要參數(shù),以獲得最佳的工藝參數(shù).1.3干態(tài)質量測定減量率:通過減量率能夠反映漢麻纖維的脫膠程度,也可初步理解為膠質去除率,計算公式為:減量率=(m0/m1-1)×100%式中:m0是處理前試樣干態(tài)質量;m1是處理后試樣干態(tài)質量.斷裂強度:紡織用纖維的斷裂強度是影響紡紗性能和成紗質量的一項重要指標,因此,在脫膠過程中不僅要考慮脫膠效果,還應考慮脫膠后漢麻纖維的斷裂強度.用萬能材料試驗機測試麻束的強力,設定上下夾具的夾持間隔距離為20mm,下夾的位移速度為20mm/min.拉伸測試后剪下20mm隔距的纖維,用于稱重,然后計算精干麻纖維的斷裂強度,測10組束纖維,取平均值.2結果與討論2.1超聲波預處理技術的參數(shù)決定2.1.1超聲預處理頻率H2O2用量8%,NaOH用量3%,煮練溫度90℃,煮練時間50min,采用不同超聲波頻率對原麻進行脫膠處理,測試漢麻束纖維斷裂強度和減量率,結果見圖1.圖1表明,隨著超聲波頻率的增加,漢麻束纖維斷裂強度曲線呈先平坦后降低的趨勢,超聲波頻率超過60kHz后,纖維斷裂強度下降趨勢明顯.原因是起始超聲波頻率低,空化氣泡小,產生的空化泡只沖擊漢麻纖維的表面,隨著超聲波頻率提高,對纖維超微結構影響增大,導致纖維斷裂強度降低.減量率則相反,隨著超聲波頻率提高,空化泡對漢麻纖維表面沖擊力增加,使膠質部分松散,有利于后續(xù)氧化脫膠的進行,減量率隨之增加,超聲波頻率達到60kHz左右,減量率曲線變化較小.考慮纖維斷裂強度和減量率,超聲波預處理頻率可選60kHz.2.1.2超聲波預處理對漢麻束纖維斷裂強度和減量率的影響H2O2用量8%,NaOH用量3%,煮練溫度90℃,煮練時間50min,超聲波頻率60kHz,采用不同超聲波預處理時間對原麻進行脫膠處理,測試漢麻束纖維斷裂強度和減量率,結果見圖2.圖2表明,隨著超聲波預處理時間的延長,漢麻斷裂強度曲線呈先平坦后降低趨勢,超過60min后,漢麻束纖維斷裂強度逐漸下降.受超聲波的液體空化效應作用,處理時間延長對纖維超微結構影響增大,纖維損傷增加.同理,減量率隨著超聲波處理時間延長而增大,因為產生的空化泡對纖維膠質部分作用時間增加,提高了后續(xù)氧化脫膠的進程,減量率提高;超聲波預處理時間達到50min后,減量率趨于平衡.超聲波預處理時間可選50~60min.2.1.3高聚物纖維斷裂強度超聲波頻率60kHz,NaOH用量3%,處理時間55min,煮練溫度90℃,煮練時間50min,采用不同H2O2用量對原麻進行脫膠處理,測試漢麻束纖維斷裂強度和減量率,結果見圖3.圖3表明,隨著H2O2用量的增大,漢麻束纖維斷裂強度曲線呈先上升后降低趨勢.小于4%時,漢麻脫膠不徹底,單纖維沒有分離出來,無法作紡紗用;隨H2O2用量的增多,其降解膠質作用加強,膠質漸漸脫離纖維表面,纖維截面逐漸變細,斷裂強度有所升高;超過6%,纖維素葡萄糖苷鍵氧化斷裂,生成酸性氧化纖維素,斷裂強度下降.減量率曲線先快速上升,原因是氧化作用使脫膠效果明顯;當H2O2用量達到5%以后,曲線上升變緩,漸趨平衡,這部分減量率變化除了有微量膠質脫落,也可能伴隨著纖維氧化損耗.考慮到纖維手感與可紡性,保留微量膠質是必要的,雙氧水用量可選5%~6%.2.1.4naoh用量對漢麻纖維斷裂強度的影響.naoh用量是一個單超聲波頻率60kHz,處理時間55min,H2O2用量5%,煮練溫度90℃,煮練時間50min,用不同NaOH用量對原麻進行脫膠處理,測試漢麻束纖維斷裂強度和減量率,結果見圖4.由圖4可知,隨著NaOH用量的提高,漢麻纖維的斷裂強度呈先略上升后下降的趨勢.適量的NaOH為雙氧水分解提供一個良好的堿性環(huán)境,有利于雙氧水電離出OOH-,OOH-是對果膠、半纖維素、木質素產生氧化作用的主要成分.NaOH用量小于2%時,隨著NaOH用量增加,脫膠程度加深,纖維被細化,斷裂強度呈上升趨勢;達到3%以上,雙氧水過度分解消耗,加快對纖維的損傷,而且強堿介質使纖維素水解發(fā)生剝皮效應,使纖維素聚合度下降,導致纖維強度下降.減量率曲線先快速上升,之后上升趨勢有所減小,由于起始NaOH對漢麻纖維起溶脹作用,機械的攪拌使少量膠質脫落,之后,直接由雙氧水電離出OOH-快速作用,使脫膠程度加深;達到4%以后,減量率不再有明顯變化.綜合考慮,NaOH用量可選2%~3%.2.1.5煮練溫度和時間對雙氧水分解率的影響超聲波頻率60kHz,處理時間55min,H2O2用量5%,NaOH用量3%,煮練時間50min,采用不同煮練溫度對原麻進行脫膠處理,測試漢麻束纖維斷裂強度和減量率,結果見圖5.由圖5可知,當煮練溫度上升,漢麻纖維的斷裂強度先緩慢增大后緩慢減小.雙氧水分解率隨著溫度的升高而增加,70~80℃時,雙氧水的有效分解使纖維脫膠效果好;80℃時,纖維斷裂強度達到最大值;超過80℃時,雙氧水分解加快,造成對纖維的氧化以及其他無效分解等副反應.因此,煮練溫度上升能提高漢麻的斷裂強度,超過某一特定值后,高溫反而會損傷纖維的強力.減量率隨著煮練溫度升高呈上升趨勢,90℃后,減量率曲線趨于平衡.綜合考慮,確定煮練溫度為90℃.2.1.6組織膠結劑為雙氧水作用纖維脫膠和滲透劑超聲波頻率60kHz,處理時間55min,H2O2用量5%,NaOH用量3%,煮練溫度90℃,采用不同煮練時間對原麻進行脫膠處理,測試漢麻束纖維斷裂強度和減量率,結果見圖6.圖6表明,膠質和纖維粘結在一起,煮練液滲透時間短,脫膠不徹底,麻樣呈黃色,膠質的摻雜導致強力變化不大;超過40min,雙氧水作用纖維表面的時間延長,膠質和纖維粘結力越弱,脫膠效果越好,纖維細度細化,斷裂強度呈上升趨勢;超過80min,雙氧水電離出的OOH-在與膠質作用的同時,對麻纖維有所侵蝕強力略下降.減量率的變化比較單一,煮練時間延長脫膠效果更好,呈上升趨勢;當煮練60min,減量率曲線趨于平衡,此時,漢麻纖維的斷裂強度達到較大值在4.5cN/dtex以上.煮練時間選擇60min.2.2脫膠前后的理化指標和物理指標按GB/T5888-1989《苧麻化學成分定量分析方法》對漢麻纖維進行化學成分定量分析,脫膠前后的物理和化學指標見表1.由表1可見,通過該工藝脫膠后,漢麻纖維的木質素、果膠質、脂蠟質、水溶物和灰分的含量總和小于10%,斷裂強度在4.5cN/dtex以上,脫膠效果較好.3工藝2.2優(yōu)化工藝脫膠工藝(1)漢麻纖維的新型脫膠工藝方法:先在室溫條件下,采用800W超聲波預處理,再進行氧化煮練.最