（纺织工程专业论文）苎麻—煮法快速脱胶的研究.pdf

附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，足本 人在导师的指导下，独立进行研究：】二作所取得的成果。除文中已明确注明和引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的 内容。论文为本人亲自撰：弓，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名： 亏乙舒 日期： 如。厂 年乜月r 夕同 一 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。 本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密区在4 銎年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不f 粜密口。 学位论文作者签名：纪静 同期：加口罗年幢月77 同 师签每呼毛 h 期：州年憎月少n 我国是世界上最人的苎麻产区，产量占世界总产量的8 0 - - 9 0 。 然而，目前苎麻脱胶主要采用传统的两煮法、两煮一漂和两煮一练的 化学方法。脱胶时间长，耗水多，操作连续性差，工人的劳动强度大， 这制约了苎麻纺织工业的进步。当今国内外苎麻化学脱胶的发展趋势 是向短流程、高效、快速和连续化的方向发展。主要的途径有两种： 一是研制开发先进的设备，在这方面，日本有一些成就。二是研究高 效的煮练助剂，我国在这方面的研究比较多。虽然也有一定的成果， 可是始终不能投入连续化生产。 本课题对苎麻化学脱胶方法进行了研究，包括传统两煮一漂法和 一煮快速脱胶法。试验内容包括三部分。第一部分，研究了传统两煮 一漂的脱胶法中，每道工序的脱胶效果。重点研究了浸酸工序对苎麻 脱胶的影响。结果认为浸酸可以溶解一部分果胶和半纤维素，使得胶 质物之间的连接蓬松，为碱煮减轻负担。浸酸时间的延长对胶质的脱 除效果不太明显。果胶和半纤维素的去除主要在碱煮工序，一煮去除 量比较多，二煮去除量【t h 2 少。然后研究了两煮一漂法中脱胶浴t - l 平h 刚量的影响，初步对儿种助剞进行了筛选。 第二部分，分析了表面活性剂在脱胶i j 的作j - t i l j j l n ，筛选；j j 了儿 种脱胶助剂，渗透剂拉丌粉、抗再沉移j j ：f i jp v a 、乳化剂、 “ ，加0 和鏊 - ， 合剂聚丙烯酸钠。对其j t j 量进行了单因子试验，采用正交多项式做出 助剂用量：拉开粉， 0 ：4 ；尿素，2 l7 5 和浴比1 ：l0 。 然后在试验室逐级进行大样试验，包括8 9 ，3 0 9 ，6 0 9 ，5 0 0 9 ，精干麻 主要指标残胶率基本稳定在1 5 2 ，单纤维断裂强度在5c n d t e x 以上，其它指标均达到要求。 第三部分，把试验室得到的最优工艺在四川大竹苎麻厂进行了生 产性试验，发现精干麻指标达到厂里的生产要求，但是存在成本过高 的问题。针对这种情况，又在试验室进行了常压改进试验和高压试验， 得到较合适的助剂用量是拉开粉，5 5 ；p v a ，4 5 。高压煮练时 间4h 即可。 本课题的最后得到结论：采用本试验苎麻一煮法脱胶工艺是可行 的，脱胶得到的精干麻基本上达到了厂里的生产要求。减少了水洗， 缩短了脱胶时间和工艺流程。 关键词：苎麻，化学脱胶，一煮法，表面活性剂 ab s t r a c t c h i n ai st h el a r g e s tr a m i em a n u f a c t u r ec o u n t r yi nt h ew o r l da n dt h e y i e l do fr a m i ea c c o u n t sf o r8 0 - - - - 9 0 o ft h et o t a ly i e l di nt h ew o r l d h o w e v e rt h ec u r r e n tm a i nm e t h o d sf o rr a m i ec h e m i c a l d e g u m m i n g ， s u c ha st w os t e p so fb o i l i n g ，t w os t e p so fb o i l i n gw i t ho n es t e po f b l e a c h i n go rr e f i n i n g ，t a k et o om u c ht i m ea n dt h ew a t e ru s e da r et o o m u c h m e a n w h i l e ，w i t h t h em o r e p a s s a g e s o f p r o c e s s i n g a n d u n c o n t i n u o u so p e r a t i o n ，t h el a b o ri n t e n s i t yo ft h ew o r k e r si sa l s oh u g e a sa r e s u l t ，a l lt h o s er e s t r i c tt h ep r o g r e s si nt h er a m i ep r o c e s s i n gi n d u s t r y n o w a d a y s ，t h et r e n do fr a m i ec h e m i c a ld e g u m m i n gi nd o m e s t i ca n d o v e r s e ai sh i g he f f i c i e n t ，f a s ta n dc o n t i n u o u s t h e r ea r et w om a i np a t h s ： o n ei st od e v e l o pn e wm e c h a n i c a le q u i p m e n t s ，s u c ha ss o m em a c h i n e s d e v e l o p e di nj a p a n ；a n o t h e ri st os e a r c hh i g he f f i c i e n ts u r f a c t a n t s ，s u c ha s t h o s er e s e a r c h e di nc h i n a b u ta llo ft h e s ea r en o ta p p l i e di nl a r g e rs c a l e p r o c e s s i n gb e c a u s eo f s o m er e s t r i c t i o n s t h i st h e s i ss t u d i e so nc h e m i c a lr a m i ed u g u m m i n g ，i n c l u d i n gt h e t r a d i t i o n a lt w os t e p so fb o i l i n ga n do n es t e po fb o i l i n g ，i tc a nb ea l s o a m o n gt h eg u m sc a nb el o o s e na n dp a r to fp e c t i na n dh e m i c e l l u l o s e sc a n r e s o l v e di nt h es u l f u r i ca c i d t h ee f f e c to ft h ei m m e r s i n gt i m ei nt h e s u lf u r i ca c i dt ot h ed u g u m m i n gi sn o to b v i o u s g u m sa r er e m o v e d m a i n l y i nt h eb o i l i n ga l k a l is o l u t i o n m o s to ft h eg u m sa r er e m o v e di nt h ef i r s t s t e po fb o i l i n g ，a n das m a l lp a r t sa r er e m o v e di nt h es e c o n ds t e po f b o i l i n g t h e nt h ee f f e c to ft h eb a t hr a t i oo fr a m i et os o l u t i o na n dt h e d o s a g ea r er e s e a r c h e d s e v e r a ls u r f a c t a n t sa r ec h o s e n i nt h es e c o n dp a r t ，t h ef u n c t i o no fs u r f a c t a n t si s a n a l y z e d o nt h e b a s eo ft h a t ，t h es u r f a c t a n t sa r es e a r c h e d ，n e k a la st h ep e n e t r a t i n ga g e n t ， p v aa st h ea n t i d e p o s i t i o na g e n t ，p a an aa st h es e q u e s t r a n ta n dp e r e g a l 0a st h ee m u l s i f y i n g t h es i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t sa b o u tt h ed o s a g eo f t h es u r f a c t a n t sa r ec a r r i e do u t t h eo p t i m u m d o s a g e sh a v eb e e nf o u n db y o r t h o g o n a lm u l t i n o m i a la n a l y s i s t h e s ea r e ：n e k a l ：6 5 ，p v a ：4 5 1 ， p a a n a ：2 ，p e r e g a l0 ：4 ，u r e a ：2 。t h e nt h eb o i l i n gt i m ei s5h o u r s t h ed o s a g eo ft h ec a u s t i cs o d ai s 17 5 t h eb a t hr a t i oo fr a m i et o s o l u t i o ni s1 ：10 as e r i o u so f e x p e r i m e n t sa r ed o n es t e pb ys t e p ，a n dt h e w e i g h t so fr a m i es a m p l e su s e da r e8 9 ，3 0 9 ，6 0 9a n d5 0 0 9 ，r e s p e c t i v e l y t h er e s i d u eo f g u m i sk e p tb e t w e e n1 5 a n d2 o t h eb r e a k i n gs t r e n g t h m e e t st h eq u a l i t yr e q u i r e m e n to ff a c t o r y t od e c r e a s et h ec o s to ft h i s m e t h o d ，s o m ei m p r o v e de x p e r i m e n t si nc o m m o np r e s s u r ea n dh i g h p r e s s u r ea r ec a r r i e do u ts e p a r a t e l yf u r t h e ri nt h el a b o r a t o r y ，a n dt h e r e s u l t sa r es h o w e da sf o l l o w s ：t h eb e t t e rd o s a g eo fn e k a l i s5 5 a n d p v ai s4 5 f o rt h ed e g u m m i n gw i t hh i g hp r e s s u r e 4h o u r so f b o i l i n g t i m ei sr e q u i r e d t h ef i n a lc o n c l u s i o ni st h a to n es t e po fc h e m i c a lr a m i e d e g u m m i n g i s f e a s i b l e t h ed e g u m m e dr a m i em e e t st h eq u a l i t ys t a n d a r do ft h ef a c t o r y t h i sm e t h o dc a nr e d u c et h ed o s a g eo fw a t e r , a n ds h o r t e nt h ed e g u m m i n g p r o c e s s i n g j ij i n g ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o ry uc h o n g w e n k e y w o r d s ：r a m i e ，c h e m i c a ld e g u m m i n g ，o n es t e po fb o i l i n g ，s u r f a c t a n t 目录 第一章概述1 1 1 苎麻及纤维特点1 6 1 结论5 6 6 2 展望5 7 参考文献5 8 攻读学位期间发表的学术论文目录6 1 致谢6 2 第一章概述 第一章概述 苎麻是麻纺织上业的主要原料之一，尤其是在越来越崇尚人然、 环保的今天，苎麻作为天然纤维的优越性更多地体现了出来。我国作 为苎麻纺织大国，产量占世界总产量的9 0 左右，更应充分且合理 地利用这一资源。然而现在工厂生产中使用的苎麻化学脱胶多是两煮 一漂和两煮一练的工艺流程，脱胶时间长，制得一批精干麻大概需要 3 4 小时1 2j ：用水量大，制得一吨精干麻需用水5 0 0 7 0 0 吨；制成率 低，长时间的碱煮对麻的强力损伤较大；使用酸和碱对设备有腐蚀性， 对环境的污染严重，能耗大。为解决上述问题，本文旨在通过表面活 性剂的复配，精简浸酸工序，合并两次碱煮，以达到一煮法快速脱胶 的目的。 1 1 苎麻及纤维特点 1 1 1 苎麻的简单介绍 一 熬糕 f 噶器蔓 笫一帝概述 苎麻适宜种植在温带及亚热带。我国的苎麻产地有长江流域麻 区，华南麻区，黄河流域麻区。其中长江流域麻区是我国主要的苎麻 产区，其栽培面积及产量占全国总栽培面积及总产量的9 0 以上。 我国苎麻大多一年收获三次，分别称为头麻、二麻和三麻。纤维 品质一般以头麻为好，二、三j 秫较次。苎麻纤维存在于韧皮层中，苎 麻成熟后要及时进行收获和剥制加工。刮麻质量的好坏对苎麻纤维的 脱胶、纺织加工及织物后整理过程的影响很大。如果青皮刮除不净， 由于其中的一些成分对酸、碱的作用极其稳定，即使经过加压碱液煮 练以及漂白处理，亦难以破坏，造成原麻脱胶不净，影响梳麻质量， 在织物上形成各种印染疵点。剥制后的麻皮晒干后就是苎麻纺织厂的 原料，称为原麻。 1 1 2 苎麻纤维的特点及化学成分含量 苎麻纤维的单细胞呈圆筒形和扁平带状，为中部粗、两端封闭的 厚壁长细胞，胞壁厚度约l8p m 。有节，没有或仅有少量天然扭曲。 纤维基端形状不一，位：f 茎基部的多呈蛇头状，位于茎中部和梢部的 多呈钝圆形，如图1 2 所示。苎麻纤维细胞的横截面一般为椭圆形、 腰圆形、扁平形等，内有中腔，细胞壁为环形层状结构，如图l 一3 。 图l 一2 苎麻纤维纵阳形状 图一 苎麻纤维横截面形状 甲一纵向，乙一尖端p i 2 j i3 1 3 1 苎麻原麻中含有2 ( ) 一3 09 石的胶质。各胶质的含量因品种小l 司而彳i 同。胶质在苎麻纤维i ，的分钾j 也1 i ，+ 。般1 1 1 部较少，根部和梢部较 多。在苎麻胶质中，半纤维素、木质素和果胶含量最多，三者含量之 和占到胶质总含量的6 ( 】以上。而水溶物、脂蜡质、狄分含量较少。 果胶是高等植物初级细胞鼙和桐邻细胞f h j 紧密联合的一组多糖， 2 hn脂盯够乙 ，悝得“心阿h屈舯雌姒殿 第一帝概述 苎麻果胶的糖基化学组成以0 c 一1 ，4 一糖苷键连接的半乳糖醛酸为基 本结构i4 1 。其中糖醛酸的羧基，可不同程度的甲酯化以及部分或者全 部形成盐，其中大多数以钙、镁豁的形式为主。半乳糖醛酸和半乳糖 醛酸甲酯总含量占7 0 以上。其次为鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖和少 量的岩藻糖、甘露糖及小糖。 苎麻胶质中含量最高的是半纤维素。半纤维素的结构类似于纤维 素，是天然植物韧皮中聚合度较低( 聚合度为2 0 0 左右【5 】) ，较易溶 于稀碱溶液的多糖类物质中除去果胶之外的物质的总称f 6 l 。半纤维素 完全水解的产物有以下单糖：葡萄糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、 木糖、半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸及鼠李糖、岩藻糖等【7 】。苎麻中半纤 维素与木质素紧密的连接，欧阳曙、张宏书分别对不同品种苎麻在惰 性气体保护下，用不同浓度碱液分级提取半纤维素，然后应用气相法 分析糖苷组成，结果证明不同抽提级成分差异很大，其中葡萄甘露糖 半纤维素对碱的抗性很大，在脱胶过程中最难除去【引。印度ms 大学 纤维化学系的b h a t t a c h a r y a 和s h a h 9 】提出苎麻细胞壁中的半纤维素 对酸和碱不稳定，在脱胶过程中容易去掉，细胞核中的半纤维素很容 易水解。 木质素是沉积在植物细胞壁上的芳香类物质，结构为苯丙烷型、 三度立体结构的高分子化合物f l o 】。它与半纤维素之间的连接主要是苯 甲醚键、缩甲醛键等。已有试验证明l ：半纤维素木质素之间的键， 在l0 0 、1 的氢氧化钠中是稳定的。 苎麻中用酒精或苯乙醇等有机溶剂抽提的物质为脂蜡质，脂蜡质 的主要成份是高级饱和脂舫酸和高级一元醇所组成的酯，此外，尚含 有部分游离的高级脂肪酸、高级醇及烃类。其中的脂肪酸以及脂肪酸 酯类在碱液中很容易皂化。脂蜡质含量约为l 【弦3 1 。苎麻中的耿 分，主要是氧化钙和氧化镁，此外还有钟盐、钠舱和铁盐等。 第一章概述 胶。现在还 胶【14 1 。印度 纺织杂志介绍过一种微生物与化学联合脱胶方法，据称这种方法比单 纯的化学脱胶更为简单、经济，而且其脱胶效果大为提高5 、16 1 。但 是此种方法的报导很少，所见的报导也多足实验室中进行的或者小批 量试验性生产，真正投入实际生产的还未见。 1 2 1 生物脱胶 生物脱胶主要是利用脱胶菌产生适合脱除苎麻胶质的酶，通过 酶分解韧皮部和木质部，韧皮部和皮及薄膜之间的胶质物，从而得到 精干麻纤维【1 7 】。因此，生物脱胶所需要的酶主要就是半纤维素酶、果 胶酶和木质素酶三类。生物脱胶的工艺流程为：原麻扎把一装笼一浸 酶处理一洗麻一拷麻一漂洗一给油一脱水一烘干【1 8 1 9 l 。 生物脱胶由于要涉及到细菌和酶的筛选、分离和培养，对温度， 实验室条件要求严格，冈而费用较高，周期长。而且酶法脱胶对原有 设备的利用少，新设备投资较大。 1 2 2 化学脱胶 1 2 2 1 化学脱胶的机理1 2 0 1 苎麻在碱煮过程1 1 1 ，碱液1 j 苎麻之间发，上润湿、吸6 f , - j - 、扩散、溶 胀作用。即原麻表面润湿表面吸附化学试剂离子，水溶液中的化学 试剂渗入的纤维内部，纤维溶胀。此时，可以认为苎麻纤维是两榭体 系，溶液和化学试剂离 j 二首先从侧序最低区域渗透入原麻纤维内部， 接触到初生壁中的半纤绐素、果胶和次生壁中的半纤维素和木质素。 这些半纤维素、果胶和木质素是填充于次生壁中的各原纤以及各原纤 之间的缝隙、孔洞之中。因此，这些无定形区中的胶质开始水解。 4 第一帝概述 碱液与半纤维素多糖的还原性末端发生1 3 一消除反应，从而逐级 降解。c 一3 分支还原性未端残基也会发生此反应，导致侧链的消失。 碱煮中，由于糖苷键的分裂，多糖的超级结构发生降解，暴露出新的 还原性末端，继续发生1 3 一消除反应。 果胶中单独存在的果胶酸及果胶酸甲脂与n a o h 反应生成可溶 性的盐。果胶酸钙、镁盐与n a o h 反应生成复合盐，从而产生置换而 分解、水解，以至产生脱去甲基而溶解的皂化反应。 高温强碱的坏境下，木质素的四种醚键a 一芳基醚、q 一烷基醚、 1 3 一芳基醚、甲芳基醚受亲核试剂o h 一的作用而断开，并伴随着脱芳 基、脱甲基、脱甲醛等反应，使木质素大分子逐步降解而溶出。木质 素的脱除还会促使与之连接的半纤维素加速溶解。但木质素的脱除比 较困难。 脂肪蜡质和灰份很容易溶解，不是脱胶的主要去除对象。 上面讲述的苎麻胶质与煮练液的反应只是从理论上进行的分析。 实际中这些反应进行的是很慢的。下面从界面动电化学反应的方面进 一步进行介绍。 在烧碱溶液浸入原麻纤维后，由于纤维素核胶质分子中含有若干 数量的醣醛酸核羧基，在水中电路成一c o o h 和h + 。研究者确定纤 维素的酸性约等于醋酸的酸性，可见其酸性相当强。加上纤维素分子 中带有许多羟基，羟基具有吸附负离子的能力，因而原麻在溶液中表 面带有负电荷。会与表面带有正电荷的n a + 互相吸附，从而形成具有 一个吸附层和扩散层的双电位层分布。如图1 4 所示。这些n a + 离 子由于热运动和静电斥力的结果，随着距离界面远近而有一定的浓度 分布：靠近原麻纤维表i 砸的地方正离子浓度较大：随着与界面距离的 增大，过剩的正离子( 十| j 对于溶液) 浓度逐渐减少，直至为零。当烧 碱溶液流动时，原麻不动，原麻纤维表面的吸附层也不随溶液流动， 而扩散层i 比较活跃的离- f 组成，其分析j 随着静电斥力和热运动的比 例而变动。吸附层和扩敝层发生相对运动而产生的电位差，叫做动i 乜 位或电位。它是表面游离电荷的量度，代表分散在液相介质中带电 第一章概述 颗粒的有效电荷。在吸附层内既有纤维表面6 处带有的负电荷，也有 液体中部分过剩的正离子，而且吸附层b 的厚度只有一、二个分子厚。 进入到吸附层内的浓度较大的n a + 离子与胶质产生化学反应，例如与 果胶酸钙等产生化学反应。由于吸附层的厚度有限，在静电力的作用 下，很快大部分被n a 离子占领，而且扩散层内的少部分n a + 离子， 使这两部分的总电荷量与原麻纤维表面的6 层的负电荷相等，因而在 某一段时间内处于暂时平衡。此时n a 十离子与胶质的相应位置发生键 合，就地起化学反应生成可容性的复合盐，例如果胶酸钠；同时，在 动电位存在的影响下，这些复合盐被液相扩散层的运动带走，分散入 煮练液中。这样，使原麻纤维表面又空出可起化学反应的新的负电位 置，破坏了平衡，进而n a 离子又一次在静电亲合力的作用下进入反 应位置发生键合而起化学反应，这一过程就这样不断循环下去。 1 2 2 2 化学脱胶的发展 fh 图1 4扩散舣电位层结构 我图的蔓麻化学脱胶臼1 - 个世纪三四十年代j r 始以来，一直矗j 丰云鹤博士等的倡导下，沿袋了先酸后煮的脱胶工艺1 2 0 ! 。而后逐步发 展到添加具有乳化。陀、渗透性和f 宋护胶性助剂，加强了洗涤能力卡扩 散作用。但煮练的时问较长，生产效率不高。为了保证脱胶质最，往 往要增加精练工序。5 0q ：f 弋木，发展了高压煮练设备和工艺，缩短了 常压煮练的时间，是苎麻脱胶史上的一大进步。7 0 到8 0 年代，发展 了无机助剂化学快速脱胶工艺，这种工艺是对原有工艺改动不大，又 6 第一章概述 在原有设备的上进行，且提高了精干麻质量，因此得到了大力的推广 和使用。8 01 2 卜2 3 】年代添加的脱胶剂主要是无机盐类，包括三聚磷酸 钠、焦磷酸钠、磷酸三钠，硅酸钠等。9 0 年代，复配脱胶助剂得到了 蓬勃的发展1 2 4 - 2 9 1 。 1 2 3 苎麻化学快速脱胶的研究现状 1 2 3 1 苎麻化学脱胶助剂 在化学脱胶过程中，优良的脱胶助剂能保护纤维在脱胶过程中少 受损伤，并且加快煮练速度，提高煮练的质量和效率4 3 0 32 1 。 添加的脱胶助剂主要有两类：一类是各种无机盐类化学药剂及表 面活性剂，通过多年的筛选和生产试验，认为对改善煮练效果有较大 作用的无机盐有硅酸钠、亚硫酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、磷酸三 钠等。表面活性剂有肥皂、渗透剂m 、雷米帮a 等。另一类是专门 为苎麻脱胶研制的煮练助剂，它们一般由多种表面活性剂和优质的化 学助剂复配精制而成，这类助剂有z s 型高效煮练助剂、日本的 c s 50 0 、以及来自台湾、德国的一些助剂1 3 3 i 。 1 无机类脱胶助剂及作用机理 ( 1 ) 硅酸钠【3 4 】 硅酸钠亦称水玻璃，是一种弱酸强碱盐。在水中发生水解作用， 生成的n a o h 可以补充煮练时碱的消耗而保持一定的浓度，有利于脱 胶的化学反应，提高脱胶的均匀度，缩短煮练时间。水解生成的另一 种产物硅酸是一种胶体，在水溶液中形成带电荷的胶体粒子，能吸附 煮练液中的高价阳离子，特别是吸附煮锅及麻笼等铁器在煮练液中产 生的高价铁离子f e ”，防止f e 3 t 沉衫 在纤维上形成锈斑。硅酸的胶体 粒子也可以防止色素吸刚在纤维上二，行助于提高精干麻的白度，使纤 维的松散性好。 ( 2 ) 磷酸类 磷酸类助剂包括磷酸三钠、三聚磷酸钠和焦磷酸四钠。三者均具 有较强的乳化、渗透、鳌合和分散功效。不同的是磷酸钠形成的鳌合 7 第一章概述 物在水中不溶，三聚磷骏钠的鳌合物在水中具有可溶性，从而作用的 发挥比较充分。三聚磷酸钠还有防止污物再沉积的功效；焦磷酸四钠 在兼具磷酸三钠作用的同时，还有定的缓冲作用。水解的能力也比 较低。祝志峰1 35 1 对三聚磷酸钠、焦磷酸钠、磷酸三钠三种助剂及其用 量进行了研究，结果认为当这三种脱胶剂的用量超过3 时，它们的 快速煮练功效无显著差异，而用焦磷酸钠，能以较小的用量获得较好 的快速煮练功效。 ( 3 ) 亚硫酸钠【3 5 】 亚硫酸钠是一种还原剂，能夺取其它物质中的氧，在碱煮过程中， 能防止生成氧化纤维素。亚硫酸钠能使木质素变成木质素磺酸盐而易 溶于碱液中。同时还有漂白作用。与磷酸三钠配合使用可提高煮练效 果，得到的精干麻色泽和松散性比常规法好，单纤维强力提高，并能 降低脱胶后的废液颜色深度。 2 复配类助剂 我国自8 0 年代以来各厂家和研究所纷纷投入大量精力丌始了对 表面活性剂复配的快速脱胶助剂的研究。陕西西安、四川成都、湖北 武汉、湖南株洲、长沙以及广西等地纷纷立项。故这段时期研究出了 不少脱胶助剂，如西安的r l 【3 6 1 ，四川的c s z t z 3 ”、p h 418 和 u p 333 f 3 8 1 、s t j 2 1 39 1 ，广西的x 一9 0 31 4 0 】、8 3l l ，湖北的z s 1 【4 、6 5 01 ， 湖南的f t 1o 【4 2 1 等。 这类复配助剂的脱胶机理大体相同，都是通过发挥各种助剂单体 的特性，进行最佳的复合，从而产生增效、协同作用，保持在煮练液 q 1 的分散性和乳化性。 1 2 3 2 化学快速脱胶：t ：艺 在快速脱胶助剂的带动下，苎麻的快速脱胶路线也发生了重大的 变化。现在苎麻化学脱胶一i 三要是阳短流程快速脱胶的方向发腱。 目前快速脱胶的工艺路线有如下一些： 只本东洋纤维公司的快速脱胶工艺流程：原麻粗梳成带一装料一 8 第一章概述 酸处理一水洗一煮练一水沈( 三次) 一中和处理一水洗一脱水一漂白 一水洗一去氯一头道直型打麻水理机一末道水理机一烘干一精干麻 旧】。全过程需l0 个小时。这种流程虽缩短了时间，用水量仍然很大， 不能满足现代节水的要求。而且增加了水理机，对设备的投资增加， 对我国的生产工厂并不适合。 国内有些苎麻纺织研究所已经研究出了一些助剂可以减少一次煮 练，但是生产中应用很少。见诸报导的只有陕西汗阴麻棉纺织厂使用 的一煮法脱胶。工艺流程为：原麻装笼一浸酸一煮练一拷麻一脱水一 漂白一中和一水沈一脱水一漂酸沈一脱水一抖麻一给油一脱水一抖 麻一烘干一精干麻1 35 1 。该工艺采用了r l 快速脱胶助剂，煮练时间为 2 4 小时左右，但是用水量仍然很大。而且得到的精干麻经过两次漂白， 强力降低比较多。所以也不能得到广泛的应用。 广州绢麻厂【4 3 1 提出了一套短流程脱胶工艺，在此工艺中，漂白工 序的位置非常重要。作者比较了助漂剂的不同使用工序对胶质含量的 影响，结果如下表i 。l 所示。 表1 一l 漂酸洗的位置对胶质含量的影响 果胶物、| ，纤维 浸酸洗的位置质素 木质素 残胶率精干麻色泽 ( )( ) ( )( ) 及松散度 松解后漂液中 未加助漂荆 0 4 63 5 40 0 7 3 10白而松散 松解前漂液中 朱加助漂剂 0 4 22 5 20 0 82 14 较白较松散 松解前漂液中加助 漂剂a s0 4g ， 0 2 61 6 70 0 41 7 9 很白很松散 从上表可以看到，松解6 j 漂 7 t ，并在漂白液中加助漂荆，所得的 精干麻，其胶质含量和残胶率很低，白度和松解度比较好，因此得到 最佳的工艺流程为：原麻准备一煮练一水洗一漂白一水洗一中和处理 一水洗一化学松解一水洗一脱水一上油一脱水一烘干一精干麻。该流 程取消了酸浸处理和打麻1 2j 手，全过程需8 个小时。 此脱胶方法关键工序是化学松解，依靠化学松解剂m e 强有力的 溶解和分离性，把煮练后附在纤维表面的胶质溶解分离，松解液中加 9 第一帝概述 入助漂剂。尽管该流程取消了敲麻和精练，但化学松解工序的需要5 0 分钟的时f 日j ，而且松解剂又增加了脱胶的成本，对环境也有一定的污 染。水洗的次数也需要五次，此种脱胶方法离我们所期望的节能、环 保的快速脱胶还是有一定的距离。 成都化工研究设计院1 3 7 】研制出非酸浸渍剂p h 一4 18 和新型煮练 助剂u p 一3 3 3 ，在苎麻化学脱胶的工艺中，用非酸浸渍代替了浸酸工艺， 第一次省去了浸酸工序。为我们探索快速脱胶开辟了一个新的方向。 湖南苎麻技术研究中心采用高浓度的碱液浸渍原麻，然后沥干 堆置，以加大前期的水解，然后加水，使用新型助剂煮练的脱胶方法， 把碱煮时i 日j 从7 8 小时缩短到了l 小时。在株洲苎麻纺织印染j 进 行了生产应用试验，得到的纤维平均强度为4 3 0 9 f d ( 合3 7 9 c n d t e x ) ， 残胶率2 7 2 ，制成率6 6 9 7 。其纤维品质较低，制成率也不高( 成 都化工研究院快速脱胶制成率为6 8 4 2 ，中科院生物所脱胶苎麻制 成率为6 7 8 4 ) 。而且浸渍原麻的高浓度碱液的废液含碱量高，对环 境十分不利。 中国同用化工院的赵乐义l4 4 】将表面活性剂和无机助剂复配用于苎 麻脱胶，从而将两煮改为一煮，煮练时间缩短到2 3 小时。他使用 的表面活性剂是：t x 10 、聚醚、磷酸脂和烷基苯磺酸钠。无机助剂 是：三聚磷酸钠、偏硅骏钠和亚硫酸钠。测定精干麻质量指标，并与 瑞士进口脱胶剂采用新工艺及不加脱胶剂原工艺效果比较，结果如 下。 表l 2脱胶效果 研制的脱胶剂瑞十产品原l ：艺 煮练时间( h ) 2 0 02 5 02 5 05 0 0 泶纤维断裂强度( g d ) 4 614 5 54 5 74 35 f = i 度( 度)5 6 6 0 61 2 05 7 1051 2 0 残胶率( ) 2 8 41 9 42 7 23 2 5 印度ms 大学的b h a t t a c h a r y a 、s h a h l 9 1 和a s h o k 【4 5 1 等学者研究了 月j 氧氧化钠，三聚磷酸钠碳酸钠和偏积i 酸钠荦独和复合对苎麻的脱 胶效果，最后得出结论：取代氡氧化钠，单独用偏硅酸钠或者偏硅 酸钠和碳酸钠，偏硅酸钠和三聚磷酸钠对苎麻的脱胶效果与氢氧化钠 1 0 第一章概述 的效果接近，如表f 一杰因此这也是一个研究的方向。 表l 一3不同条件脱胶后苎麻的性质 浓度脱胶时重量损火f 1 度色牢度细度强度断裂伸长初始模量 煮练液组成 ( ) 间( h )( ) ( 度) ( k s )( d t e x )( c n d t e x )率( )( c n t e x ) 朱处理 l6 64 5 89 6 6 2 5 4 4 2 8 4 8 0 6 n a 2 s i 0 3 l25 6 32 5 o7 9l7 78 2 8 36 03 5 3 3 6 n a 2 c 0 3 + n a 2 s i o 2 + 1 26 2 531 18 8 28 4 6 1 9 3 5 93 4 1 17 n a 3 p 0 3 + n a 2 s i 0 36 + 1 1 56 5 93 2 o8 5 68 66 0 6 36 93 3 3 3 9 注：脱胶温度：9 0 。浴比：l ：4 0 1 3 本课题研究的意义 从近些年的趋势看，人们越来越崇尚天然，苎麻织物作为夏季面 料以其独特的吸湿、透气性而倍受消费者青睐。而现在工厂生产中使 用的苎麻化学脱胶方法，脱胶时间长，用水量大，制成率低，操作连 续性差。因此工人的劳动强度比较高。这在水资源贫乏和机械化程度 差的苎麻产区，进行苎麻纤维的生产是十分不经济的。 通过寻找合适的脱胶助剂，把先浸酸后两次碱煮的工艺缩短为一 次碱煮，不仅可以缩短脱胶时l 日j ，节省大量用水，而且符合现在的环 保要求。 从初期的一些探索试验和众多研究者的研究证明此方案是可行 的。 第：二章表面活性剂的性能和苎麻化学快速脱胶助剂的选择 第二章表面活性剂的性能 和苎麻化学快速脱胶助剂的选择 2 1 表面活性剂的介绍 表面活性剂是一大类物质，该类物质可以降低另外一些物质的表 面活性。由于通常水是最重要的溶剂，所以表面活性通常是相对水i 叮 言。的。狭义的表面活性剂的定义是f 46 j ：在很低的浓度下，就叮以使水 的表面张力大为降低的一类物质。表面活性剂不仅具有很高的活性， 即在水中加入少量就能使水的表面活性大幅度地降低，而且还具有很 多独特的性质，如渗透、乳化、消泡、洗涤、加溶等。 表面活性是一种动力学的现象，表面或界面的最终状态表示了两 种趋势之间的动态平衡，即朝向表面吸附的趋势和由于分子热运动而 朝向完全混和趋势之间的平衡。 2 1 1 表面活性剂的化学结构和分类 表面活性剂是由两部分组成的。一部分是疏水亲油的碳氢链组成 的非极性基团，另一部分是亲水疏油的极性基团。这两部分分别处于 表面活性剂分子的两端，为不对称的分子结构。因此表面活性剂分子 结构的特征是一种既亲油又宋水的双亲分子，如图2 一l 所乃；。它能 防止油水相排斥，l m 具有把两十| 连接起来的功能。但是并非所有的 两亲分子皆为表面活性刺，只有碳氢链在8 2 0 碳原了的两亲分子j 。 能称为表面活性剂。碳氢链太短亲油性太差，而太长亲水性太差，均 4 i 宜作为表i m 活性剂的疏水链。 第二：章表面活性剂的性能和苎麻化学快速脱胶助剂的选择 图2 1 两亲分子示意图1 4 7 1 由于表面活性剂的两亲性，分子在水溶液中很容易吸附于气一水 ( 或油一水) 界面上，形成独特的定向排列的单分子膜。这种定向吸 附性，使得表面活性剂具有很多特有的表面活性。 表面活性剂在溶液中超过某一特定浓度时( 界面吸附达饱和) ， 可通过碳氢链的疏水作用( h y d r o p h o b i ci n t e r a c t i o n ) 缔合成胶团，如 图2 2 所示【47 1 。这种缔合作用是自发进行且具有可逆性。由于胶团 与介质问不存在界面，它是热力学上的稳定体系，因此与一般的胶体 有本质上的区别。正足由于表面活性剂具有在溶液中能形成胶团的性 质，才使得表面活性剂的胶团溶液具有加溶的功能。 一h 0 善眦喜喜善毒胤善0 一一产i 一一 二二磷k 二二二 童二翌嚼一二 _ - 一 1 氏一一 _ - _ _ - 一一 图2 2 表面活性剂在其溶液表面的定向吸附合在溶液内部形成胶团i q 川 表面活性剂的分类方法有很多种，如按表面活性剂在水和油中的 溶解性，按分子量人于l0 4 ，按表面活性剂的功能等。然而最常j j 的 却是按表面活性剂在水溶液中能否解离及解离后所带电倚米分类。按 此标准可分为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、两性离子 型表面活性剂和非离子型表面活。陀剂。阴离子表面活性剂是具有阴离 子亲水性基团的表面活r 剂，存整个表曲活性剂生产q 占有十| j 当的比 重。阳离子表面活性剂溶于水时亲水基团带正电荷。两性离子表面活 性剂在同一分子中既含有阴离子亲水基又含有阳离子亲水基。其最大 第一二章农而活性刺的性能和苎麻化学快速脱胶助剂的选择 特征在于它既能给出质子又能接受质子，在使用过程中有很多的优 点，但是其价格比较高，所以应用也比较少。非离子表面活性剂在水 溶液中不电离，其亲水基主要时由具有一定数量的含氧基团( 一般为 醚基和羟基) 构成。非离子型表面活性剂不是离子状态，稳定性高， 不易受强电解质无机盐类的影响，也不受p h 值的影响，与其它类型 的表面活性剂相容性好。 坚i 堡婴堕少弋j l ：弋 叵r 1 1 百c j _ 忑_ i 蕊i l i i l 高i _ - - - - r 。i l i f l1 - 1 卜曼竺赢= 苫蕊。h 舢”未 、磊i 磊磊卜： 糟 木 水 表 承 农 ( 求 、， + o 球 水 图2 3 各种表面活性荆溶丁- 水后的离子化表现 4 7 1 2 1 2 表面活性剂在溶液中的状态和性质 表面活性剂在水溶液中的表面张力随其浓度增加而下降，当浓度 增加到一定值后，表面张力几乎不再下降，也就是说表面活性剂溶液 的表面张力随其浓度对数变化的曲线有一突变点。表面活性剂的其它 物理化学性质，如洗涤作用，渗透压等也有如此的变化规律。离 f ：型 表面活性剂的溶解度在低温时随温度的升高上升缓慢，当溶液温度上 升到某一值后，溶解度箍温度升高而迅速增大，这一转折温度随碳氧 链增长而向i ：苗温i k 移z 玑i “l 。 表面活性剂在溶液中会缔合成为胶念聚集物，即胶闭。溶液性质 发生突变时的浓度，称为临界胶浓度( c r i t i c a lm i c e l l ec o n c e n t r a t i o n 简写为c m c ) ，此过程称为胶团化作用。 笫二二章表面活性剂的性能和苎麻化学快速脱胶助剂的选择 图2 4 为表面活性剂随其水溶液浓度的变化在溶液中生成胶团 的过程。当溶液中表面活性剂浓度极低时，如图2 4 ( a ) ，空气和 水几乎是直接接触，水的表面张力下降不多，接近纯水状态。如果稍 微增加表面活性剂的浓度，它就会很快聚集到水面，使水和空气的接 触减少，表面张力急剧下降。同时，水中的表面活性剂也聚集在一起， 互相把憎水基靠在一起，开始形成小胶团如图2 4 ( b ) 所示。表 面活性剂浓度进一步增大，当表面活性剂溶液达到饱和吸附时，形成 紧密排列的单分子膜，如图2 4 ( c ) 所示。此时溶液的浓度达到表 面活性剂的胶团浓度，溶液的表面张力降至最低值。此时若浓度再继 续增加，溶液的表面张力几乎不再下降，只是溶液中的胶团数目和聚 集数增加。 图2 4 表面活性剂溶液的胶团化过程【4 9 1 ( a ) 极稀溶液( b ) 稀溶液( c ) 临界胶团浓度的溶液( d ) 人丁临界胶团浓度的溶液 2 1 3 表面活性剂的各种表面活性 表面活性剂有许多特殊的性能，如加溶作用、渗透作用、润湿和 反润湿作用、乳化和破乳作用、发泡和消泡作用、洗涤作用、分散和 絮凝作用、抗静电作j f j 、润滑作j | 】等。这蝗特殊的性能使得表面洒性 剂在人们的同常生活和中产作业中发挥了很好的功效。下面仅介绍 些与苎麻脱胶相关的特性。 表面活性剂的加溶作用，是指能使不溶或微溶于水的有机化合物 的溶解度显著提高。当然这种作j j 只有在表i 函活性荆的浓度超过cm c 时才能体现出来。渗透作用是指表面活性剂能使液体渗透或加速渗入 孔性固体内表面的作用。润湿作用足指使液体润湿或加速润湿固体表 第一：章表面活性剂的性能和苎麻化。学快速脱胶助剂的选择 面的作用。乳化作用是使两种或两种以上互不相溶的液体形成稳定分 散体系的过程【50 1 。 2 2 化学快速脱胶原理分析 苎麻的化学脱胶主要通过碱液对胶质的水解作用来完成的，果 胶、半纤维素、木质素等胶质包覆在苎麻纤维表面，这种表层结构使 得苎麻的脱胶是由表及罩的进行的，因而也阻碍了脱胶反应的快速进 行。煮练液中加入高效渗透剂后，通过渗透剂的强有力的渗透作用， 煮练液中的离子会迅速吸附到原麻表面并向纤维内部开始扩散，进入 麻纤维表层胶质内部非晶区、晶区、以及缝隙、孔洞。这时原麻胶质 丌始溶胀，离子丌始与原麻胶质反应。 原麻中的胶质主要是果胶、半纤维素、木质素。果胶中单独存在 的果胶酸及果胶