高温煮练对大麻纤维脱胶质量的影响

高温煮练对大麻纤维脱胶质量的影响

大麻纤维是人类最早用于纺织的纤维之一。在我国河南曾经出土了商代的大麻残片,说明人类将大麻纤维作为纺织原料应用在日常生活中,已经有很久远的历史。大麻于公元前1500年传入欧洲。在17、18世纪前,大麻与亚麻均为欧洲最重要的纤维资源。但到了近代,由于大麻中含有的THC(四氢大麻酚)被用来制造兴奋剂和毒品,因此多数西方国家明令禁止种植大麻,大麻的应用和研究也因此而趋于停滞状态。1992年低THC含量的大麻品种在英国培育成功,于是西方国家纷纷解除种植大麻的禁令,大麻在纺织上的应用研究在全世界重又兴起。1大麻纤维的脱胶研究从大麻茎杆剥制得到的韧皮部分称为原麻,其组分可分为纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、水溶物、脂腊质及灰分等。其中半纤维素、果胶、木质素等含量对大麻的纺纱性能影响很大。要使大麻具有可纺性,首先需对其作脱胶处理,脱胶效果的好坏直接影响到成纱质量。目前,在所有麻类作物的脱胶工艺上,以苎麻、亚麻最为成熟。大麻纤维的脱胶还有待进一步研究。虽然大麻纤维的化学成分与品种、生长地区、收割时间、存放期、剥制方法、沤麻方法等诸多因素有关,但大麻纤维的木质素、半纤维素、果胶含量较高,这是大麻纤维区别于其它麻纤维的主要特征。这些特点增加了大麻脱胶的难度,导致脱胶后大麻纤维的制成率低。大麻单纤维细胞在胞间层物质的粘结下交织成网状,而苎麻纤维细胞则呈排列整齐、紧密靠近的平行的聚集体,而且大麻纤维细胞还与半纤维素等呈化学键合,这也增加了脱胶的难度。更为关键的是,大麻单纤维过短,一般为15~25mm,且纤维整齐度差,若将胞间层物质全部脱去势必造成短绒,失去可纺性,因此必须由残胶将单纤维粘连而成纤维束(工艺纤维)进行纺纱,即适度脱胶工艺。本文采用高温蒸煮的方法对大麻纤维进行脱胶处理,初步探讨了在其它因素不变的情况下,高温煮练碱用量的变化对去除大麻中果胶和木质素等杂质的影响,以期可以对大麻纺纱提供一定的指导。2实验2.1材料和设备2.1.1纤维素及木质素含量大麻打成麻,其果胶含量约为4.845%,纤维素含量约为78.798%,木质素含量约为6.262%,断裂强度约为1.0092cN/dtex。2.1.2实验设备自制高温高压染色机。2.2实验计划2.2.1流副缸化料进冷水→运行10min→主泵开(副)→内外流(副)→副缸回流→副缸化料100s→定量加料120s→升温到130℃→保温4h→降温到80℃→溢流洗20min→温控80℃→水洗20min→温控80℃→溢流洗20min→程序结束。2.2.2化料及染色条件泵速:145.1r/min;染缸压强:0.5MP;装麻密度:0.38g/cm3;升温速率:5℃/min;降温速率:6℃/min;化料温度:40.7℃;染液温度:40.1℃;染液温度滞后染缸温度:0.6℃左右。2.2.3主要化学成分系统定量分析方法大麻化学成分提取采用国家标准FZ/T30001-92苎麻主要化学成分系统定量分析方法;大麻化学成分定量及计算参照GB5889-86苎麻化学成分定量分析方法。2.3结果与讨论2.3.1碱量对大麻纤维制成率的影响在大量实验及设备本身条件的基础上,确定了在浴比1∶20、温度130℃、煮练4h的工艺条件下,探讨碱用量的变化对大麻纤维脱胶质量和微观结构的影响,主要从纤维制成率和各组分含量及断裂强度的变化来分析。实验方案及结果见表1。综合分析表1可以得出,采用高温蒸煮对大麻纤维做前处理时,用碱量的高低对大麻纤维制成率有一定的影响,其值分布在60%~70%这一区域,制成率随着碱量的增加而降低。这是因为在实验过程中,各主要考察成分均与药品发生反应,部分可溶性果胶随温度的升高自行从纤维上脱离出来,另一部分不溶性果胶在氢氧化钠溶液作用下,转化为可溶性纳盐而溶解;纤维之间逐渐分离,药品进入纤维内部,作为复杂多糖的半纤维素和纤维素也有一定程度的溶出和损伤;半纤维素的溶出,为药液进入细胞壁与木质素反应以及反应产物从细胞壁中扩散出来打开了通道,在碱性及高温条件下,木质素与硫氢根离子发生缩合反应,伴随着半纤维素的降解而溶出。从表1还可以看出,高温煮练对大麻纤维各组成成分的影响也很明显,果胶和木质素的含量都随着碱量的增加而减少,而且断裂强度也随着碱量的增加而变小,考虑到碱对大麻纤维强力的影响,还有环境污染等方面考虑,从表1可以确定碱用量为14%时比较适宜,此时大麻纤维中的木质素和果胶含量都比较低,提高了大麻纤维的可纺性能。2.3.2碱的浓度对纤维分离度的影响将上述实验得到的处理后大麻打成麻,经梳毛机梳理后,观察纤维纵向和横断面的分离情况,对比总碱量14%、130℃、保温4h和总碱量6%、130℃、保温4h,放大500倍的电镜照片,具体见图1、图2。由图1,图2可看出,碱的浓度越高,纤维的纵向表面越粗糙,但纤维的分离度比较好,而碱的浓度低,纤维的纵向表面比较光滑,纤维之间没有胶质相连,彼此分离,但依然成束状存在。这表明在处理过程中,纤维已经达到“半脱胶”的处理要求,有较好的分离度,同时,高碱量对纤维素本身的刻蚀比较明显。3碱用量对天麻纺纱质量的影响①随着碱用量的增加,产品的制成率有所下降,下降趋势较明显。②碱用量不同,纤维胶质各成分比例有明显变化,随着碱用量的增加,果胶、