麻快速化学脱胶技术发展的研究进展

麻快速化学脱胶技术发展的研究进展

脱胶是纺织机械生产过程中的一个重要环节。脱胶效果的好坏,直接影响纺纱质量,目前绝大多数脱胶厂采用化学处理工艺脱胶。采用化学的方法欲很有效地去除与苎麻纤维素紧密结合的胶质,须经历复杂的物理化学作用过程,如润湿、渗透、溶胀、水解、氧化、置换、络合、净洗等。复杂的作用过程制约了苎麻脱胶工艺的顺利完成。其设备投资大,流程长,高能耗高水耗,仍是目前苎麻脱胶的一大特点。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。主要通过两种途径:一是开发制造先进设备,二是研究高效煮练剂。本文将针对近年来苎麻快速化学脱胶技术发展变化特点进行综合分析,探讨影响脱胶速度与脱胶效果的因素间的客观规律,从而为选择高效的脱胶工艺方法和建立合理可靠的短工艺流程提供依据。1碱煮脱胶过程基础用于制成麻条纺纱的精干麻是原麻脱胶后的产物。原麻仅含65%左右的纤维素,其余为半纤维素、果胶质、木质素、脂腊质、灰分、色素等非纤维素物质,习惯上统称为胶质。这些非纤维素物质不仅含量高,而且以各种复杂的高分子聚合体方式与纤维紧密结合,包裹在纤维的表面。苎麻化学脱胶是利用酸、碱和氧化剂的水解氧化作用,破坏胶质大分子使之变成能溶入溶液的小分子,从而将胶质与苎麻纤维分离的过程。在苎麻所含胶质中,能被酸、碱水解的果胶质、半纤维素以及水溶物的比例占90%左右,对氧化剂敏感的木质素、色素等仅约占10%。可见,在苎麻脱胶过程中,水解作用是主要的。由于酸对纤维素纤维,尤其是在高温条件下容易使之产生脆损,故苎麻脱胶主要还是通过碱的水解作用完成。实际上苎麻的碱煮脱胶是整个脱胶工艺的核心。苎麻脱胶化学反应是多相化学反应过程。果胶质、半纤维素等胶质以高聚物的形式紧密包裹在苎麻纤维的表面。这种表层结构使得苎麻脱胶反应是由表及里逐渐进行的,这种表层结构也阻碍了脱胶反应的快速完成。另一方面,非纤维素胶质含量大,造成脱胶后期练液中大量杂质存在。从化学平衡角度考虑,这不利于脱胶反应的继续进行。脱下来的胶质也更容易重新吸附在苎麻纤维表面,形成二次沾附,同样造成脱胶困难。苎麻快速化学脱胶主要是通过下面三个强化作用得以实现的。1.1表面张力的测定此强化作用的实现,即在练液中加入表面活性物质,使练液与苎麻纤维束的液—固界面间保持较低的表面张力。这样,原麻一旦浸入练液就能迅速地被润湿、渗透,也更易溶胀,碱或其他成分能够与苎麻纤维充分地接触,确保水解作用的快速进行。1.2反应性质对脱胶工艺的影响苎麻胶质是由半纤维素、果胶质、木质素、脂蜡质、色素等多种成分组成。这些化学成分大多数以高分子聚集体形式相互交叉、包裹,紧密粘结在苎麻纤维表面。从化学反应性质来看,只有低分子量的半纤维素、果胶质易被稀酸、碱水解溶入水中,而以高分子聚合体形式存在的半纤维素、果胶质则要在高温条件下才能发生水解反应。木质素对酸碱有一定的稳定性,但对氧化剂敏感。色素等杂质也易被氧化剂作用。化学反应性质的不同增加了脱胶的难度。在苎麻快速脱胶工艺中,利用了水解和氧化的协同作用。即在保持酸或碱水解的主要作用下,借助氧化剂对胶质高聚物的敏感性而产生氧化降解,加强对胶质聚合物表层的破坏,同时又促进了水解作用的进行。1.3化学松解法提取胶质杂质苎麻脱胶工艺是利用酸碱和氧化剂在原麻纤维表面逐渐剥蚀的过程。在脱胶过程的后期,练液中存在大量由水解氧化而产生的胶质杂质。这些果胶质、半纤维素等非纤维素杂质,如未及时被分散、络合生成可溶性物质,将会重新被吸附在苎麻纤维表面,阻碍剥蚀脱胶作用的继续完成,降低脱胶效率。为了防止和减弱这种再吸附现象的发生,须在脱胶煮练液中加入具有很强的扩散、络合能力的化学物质,使生成的胶质杂质能及时地被螯合,吸附于表面活性剂的胶束中,形成稳定的分散体系,实现胶质杂质与纤维素纤维的完全分离。近年来在苎麻快速化学脱胶领域中,还研究开发了化学松解技术。即用化学松解剂对煮练麻直接进行松解,将粘结在一起的纤维束尽量分开成单纤,取消了劳动强度大、噪声高的拷麻工序。2化学松解技术高效、快速、短流程是苎麻快速脱胶工艺技术特点。它和常规的采用三聚磷酸钠为助剂的二煮法工艺相比较,由于增加了新的脱胶煮练助剂,增强了碱液的渗透、扩散和乳化、分散作用,加快了煮练过程中碱液和胶质之间的作用速度,因此,工艺上能够采用一次煮练代替二次煮练。不仅煮练的时间缩短,而且脱胶效率也有提高,还可使拷麻圈数大为减少。化学松解技术的采用,甚至能够取消拷麻工序,取消对设备腐蚀严重的酸预处理工序。现将二煮法工艺流程记录如下,以与苎麻快速脱胶工艺流程比较。采用三聚磷酸钠的二煮法工艺流程(全过程约34小时完成):原麻→装笼→浸酸→二级煮练→拷麻→脱水→漂白→中和→水洗→脱水→抖麻→给油→脱水→抖麻→烘干→精干麻由于使用的助剂、设备等因素的差别,在不同厂家,苎麻快速脱胶工艺流程也有差别。主要有以下几种。2.1材料一:油漂酸洗操作包麻工艺原麻→装笼→浸酸→煮练→拷麻→脱水→漂白→中和→水洗→脱水→漂·酸·洗→脱水→抖麻→给油→脱水→抖麻→烘干→精干麻该工艺采用RL快速脱胶助剂进行一次煮练。煮练时间缩短了近30%,纤维强力提高15%,并丝率降低28%,梳成率提高18%。2.2氯头道直型打麻水理机干干原麻粗梳成带→装料→酸处理→水洗→煮练→水洗→中和处理→水洗→脱水→漂白→水洗→去氯→头道直型打麻水理机→末道水理机(有吸油装置)→烘干→精干麻全过程仅需10小时就可完成。2.3油脱水烘干干法麻、酸浸工序原麻准备→煮练→水洗→漂白→水洗→中和处理→水洗→化学松解→水洗→脱水→经末道开纤水理机上油脱水→烘干→精干麻全过程仅约8小时即可完成。一次煮练,取消了拷麻及酸浸工序,其关键技术是采用了化学松解。由于化学松解剂能够有力地溶解与分离煮练后附着在纤维表面上的胶质,因此它可以代替酸处理及以后的拷麻工序。制得的精干麻残胶率低,单纤维细度和强力高,达到纺高支纱的要求。3麻脱胶助剂的制备工艺选用高效的煮练助剂来解决当前脱胶工艺中存在的问题,加速脱胶进程,是一条不需增加设备、操作方便、行之有效的途径,也是长期以来苎麻纺织界对脱胶煮练剂研究非常关注的原因。由于苎麻脱胶过程是复杂的物理化学过程,需要渗透、乳化、螯合、分散等各种因素的综合作用才能较好地完成,因此,脱胶助剂是由各种具备特别功能的表面活性剂以及其他化学物质复配合成的。这些化学成分虽然性质不同,但必须都具有耐碱、耐氧化、耐高温和耐硬水的特性,彼此间不发生化学反应,这样才能够在高温水解氧化条件下发挥各自的特殊作用和协同效应。根据苎麻脱胶反应过程机理要求,重点是保持助剂在煮练过程中具有优秀的渗透力和分散力,因此,性能优秀的渗透剂和分散螯合剂是苎麻脱胶助剂的主要成分。苎麻脱胶助剂各主要成分的性质和作用如下。3.1耐碱渗透剂可采用脂肪醇磷酸盐如辛醇磷酸钠,也可采用耐碱渗透剂5881。它们的特点是在高温强碱条件下仍能保持优良的渗透力,使碱液与苎麻纤维充分接触、溶胀,加速脱胶反应进行。3.2等离子体处理选用油酸钠或汉高SECURON540。油酸钠对Ca2+、Mg2+等离子作用非常敏感,能与水解产生的果胶酸金属盐在高温下发生置换、皂化、溶解作用,具有优良的净洗力。SECURON540则是汉高公司推出的在高温碱性条件下仍具有很好的螯合、除杂作用的螯合剂。3.3二烷基二甲基主要有聚醚型高分子表面活性剂F68、脂肪醇聚氧乙烯醚、平平加O、十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12),十二烷基二甲基氧化胺(OA-12)等。聚醚型高分子表面活性剂F68,浊点高于100℃,易溶于水,耐高温和强碱,起泡性低,净洗力好。而平平加O具有很强的分散能力,能将水解生成的胶束凝聚物分散成为微粒状态而分布在溶相中。十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)和十二烷基二甲基氧化胺(OA-12)均是优秀的钙皂分散剂。经上述组分复配合成的苎麻脱胶助剂拥有良好的溶解性,耐碱、耐氧化、耐高温、耐硬水,具有优良的润湿、渗透、溶胀、乳化、络合、分散的能力,对苎麻纤维上的果胶质、半纤维素、天然色素等杂质具有较好的去除效果,能提高精干麻的开纤性,且操作简单、使用方便、易于漂洗,有利环保。4脱胶工艺条件近年来,我国苎麻纺织行业在脱胶生产设备的技术改造主要集中在煮练锅的更新,取代拷麻机的复式开纤机的开发,快速给油装置的研制等方面,向着高效、文明、连续化的生产方式迈步。煮练锅技术改造除了改善练液循环体系,增加扬程外,有两项须注意:一是采用高温高压煮练锅替代常温煮练设备。从分析比较煮练温度、碱液浓度、浴比、煮练时间等脱胶工艺条件对去除胶质的贡献程度来看,对脱除胶质作用贡献的大小次序为:煮练温度>煮练时间>碱液浓度>浴比。提高煮练温度,对降低苎麻脱胶过程中化工原料的消耗,缩短煮练时间,提高精干麻质量和产量,降低生产成本都起到积极作用。这也是厂家乐于选用高温高压煮练锅的原因。二是改进麻笼。麻笼的改进则是让原麻分布在锅内各点的位置更加均匀,更加有利于练液的循环渗透,从而提高苎麻脱胶效率。如台湾式麻笼的引进、开发和仿制等。圆形拷麻机由于噪音大、笨重、劳动环境恶劣而一直受到各方面的批评。为此国内企业和科研单位合作,先后开发研制了开纤水理机、复式开纤机等产品。其中复式开纤机不仅可以作为圆形拷麻机的换代产品,而且使苎麻脱胶新工艺及连续化、机械化生产线的研制产生了新的突破。在工艺上采用先