稻草纤维纤维提取工艺的研究

稻草纤维纤维提取工艺的研究

中国是一个拥有众多农业大国的国家。每年，数百万吨稻草被遗弃或烧毁，严重危害环境。稻草中含有纤维素,从中提取纤维用作纺织原料,获得来源丰富、可再生的新材料,提取的纤维在使用过程中可以完全降解,这对纺织行业具有重要的现实意义,不仅符合纺织业与环境可持续发展的要求,也为种植水稻的农民创造价值。本文研究在大量基础性试验的基础上,得出从稻草中提取纤维状材料的工艺重点在于“预浸”与“煮练”,通过筛选,获得了预浸与煮练过程的工艺数据范围。在此基础上,进一步利用正交试验法研究各项工艺因素交互作用对稻草纤维纺纱性能影响的效果,寻找稻草纤维的最佳提取工艺。1测试1.1试剂及仪器试样:稻草中段(剪去了稻草的根部与稍部),50g/个。试剂:NaOH,Ca(OH)2。仪器:电子天平,烧杯(1000mL、500mL),量筒,煮锅,电炉,纤维显微图像检测分析仪,单纤维强力仪,直尺,镊子,黑色绒布板,烘箱。1.2工艺工艺流程为:取样→预浸→水洗→煮练→水洗→适当干燥→手工梳理→预调试→调湿→测试→分析。1.3拉伸性能与回潮率(1)采用WV-CP240EX/G型纤维显微图像检测分析仪观察稻草纤维的横截面与纵向特征。(2)采用YG004A型电子单纤维强力仪测试稻草工艺纤维的强力(cN)与伸长率(%)。(3)采用长度分组称重法测试稻草工艺纤维的重量加权平均长度(mm)与线密度(dtex)。(4)采用Y802A型恒温烘箱与JA2003N型电子天平测试稻草纤维的回潮率。(5)采用手感目测排序法感观评价稻草工艺纤维的柔软度。1.4纱线性能分析以稻草工艺纤维的长度、分劈细度、强力、断裂伸长率、标准回潮率与手感等纺纱性能作为评判依据,采用正交试验法研究预浸与煮练的最佳工艺。正交试验各工艺因素水平见表1(浴比1∶100)。2试验结果与数据分析2.1工艺因素影响的回归分析主要率正交试验的工艺方案与结果见表2,极差数据分析见表3。从表3的极差数据看出,各因素对各指标的重要次序为,长度:E>C>D>A>B;分劈线密度:D>B>A>C>E;强力:D>B>A>C>E;断裂伸长率:D>C>B>A>E;标准回潮率:D>B>C>E>A;手感(名次):A>D>E=B≈C。综合每因素各水平相应指标的平均值,总体上来说,分劈线密度、强力、手感受工艺因素的影响较大。而工艺因素中,D因素对纤维提取的影响最为明显,其次是因素B与A;对手感而言,A因素的影响最大。比较3因素各项指标的平均值,重点关注分劈线密度、强力与手感3项指标,分别优选2个水平:因素D为水平1和水平3,因素B为水平1和水平4,因素A为水平3和水平4。对于其他各因素,考虑影响主次及相应指标的平均值,分别优选1个水平:因素C为水平1,因素E为水平1。由此,优化出8套工艺,再作进一步正交试验,寻求最佳工艺。2.2最佳工艺条件的确定采用2.1优化出的8套工艺进行正交试验,优化工艺条件与结果见表4。从表4可以看出,3号试样各指标的平均值及其手感的综合情况最好,因此,本文研究获得的最佳工艺条件为A3B4C1D1E1。图1为3号试样提取的纤维,稻草工艺纤维的纵向和横截面特征如图2所示,稻草单纤维的形态特征见图3。3草地纤维的形态结构①提取稻草纤维的最佳工艺为:预浸槽的NaOH用量3%(owf)、预浸时间6天;煮练槽的NaOH用量1%(owf)、Ca(OH)2用量2%(owf)、煮练时间1h。②稻草纤维的平均断裂伸长率为4.78%,略高于苎麻纤维;平均标准回潮率约为7.88%,略低于棉纤维;工艺纤维的线密度、强力、手感与长度取决于纤维束的分劈程度。③稻草纤维集合体结构蓬松、外观呈浅淡的奶黄色(见图1)。④稻草纤维因胶质的黏连作用而以集束的状态非常有序地分布在稻草本体中(见图2),因此具备有效提取的可能性,提取的纤维束将在后续纺纱时的梳理过程中进一步得到一定程度的分劈而被细化。⑤稻草单纤维横截面呈带有缺口的窄条形(见图3),稻草单纤维纵向有少量连续性的沟槽,且有少量的天然卷曲(见图3(a)～(c)),这些特征表明,稻草纤维是一种带状的、具有少量天然卷曲并有少量连续性沟槽的纤维,这种形态结构为纺纱加工成条、成纱时纤维的抱合提供了基础。⑥稻草单纤维的中段粗、两端细,纤维端具有较好的可包绕性,有利于成纱(见图3(d))。⑦在采用手感目测排序法感观评价各试样的柔软度过程中发现,稻草纤维的手感普遍较为柔软但较为粗糙,这与带有缺口的窄条形纤维横截面有关。粗糙的手感,在纺纱过程中可能需要对纤维采取适当的润滑处理,以减少加工过程中因摩擦而产生的静电现象。4纤维原料的提取工艺本文研究表明,稻草中含有可提取的纤维状材料,单纤维呈带状及其表面少量天然卷曲与连续性沟槽的形态以及工艺纤维的断裂伸长率、纤维集合体的