天然竹纤维的脱胶方法研究

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竹原纤维具有优异的吸湿透气性、抗菌除臭功能、防紫外线功能、绿色环保性等特点,深受人们青睐;竹子生长快,产量高,而且我国竹资源丰富,将竹资源应用到纺织工业中具有很好的前景,对减轻木材和棉花的需求压力有积极作用。本论文以自制粗竹纤维为研究对象,采用三种不同的方法对竹纤维进行脱胶处理,探讨了不同方法对竹纤维的脱胶效果,选择最佳的脱胶工艺,并对所得天然竹纤维的结构和性能进行研究。本文将半纤维素酶和果胶酶以不同比例配比作为复合酶,在不同脱胶时间下对竹纤维进行脱胶处理。通过失重率、光学显微镜、纤维强力分析,讨论了复合酶的配比用量以及脱胶时间对竹纤维的脱胶效果和纤维强力的影响。实验结果表明,复合酶脱胶效果比单酶脱胶好;随着配比用量的增大,竹纤维的失重率呈快速上升向缓慢上升转变,再逐渐下降的变化趋势,而失重率随脱胶时间的延长呈逐渐增大的变化趋势,增长速度逐渐变缓慢;在0.29%果胶酶、0.21%半纤维素酶,脱胶时间为2.5h,pH值为5.2,温度为37-C的条件下,脱胶效果较好,纤维失重率为11.6%,断裂强力为48.81cN,且离散性较小。本文还采用有机酸对竹纤维进行脱胶处理,通过选择催化剂、确定有机酸试剂以及有机酸处理浓度、温度、时间对脱胶效果影响进行分析。实验结果表明,0.3% HCl比H2SO3和HNO3更适合作有机酸脱胶催化剂;20%~80%浓度范围内,甲酸因处理竹纤维的脱胶率均高于乙酸更适宜对竹纤维的脱胶。正交实验得到有机酸对天然竹纤维脱胶的最佳工艺条件为:甲酸浓度80%,0.3%HCl作催化剂,处理温度100℃,浴比1∶25,处理时间2h,且影响程度最大的是甲酸浓度,其次是处理温度,而处理时间对脱胶率的影响不显著,在此条件下,脱胶率为42.80%,且对纤维素基本上无损伤。本文主要探讨了闪爆-碱煮联合脱胶方法。采用自制的闪爆装置对预浸后的竹纤维进行升压、保压、卸压,然后对闪爆后的竹纤维进行NaOH煮练,以达到更好的脱胶效果。采用单因子实验分析了闪爆压力、保压时间、NaOH浓度利碱煮时间这四个因素对脱胶效果的影响,在闪爆压力0.4~1.0MPa、保压时间5~20mn、NaOH浓度2~4g/L、碱煮时间30~120min实验范围内,闪爆-碱煮联合脱胶对竹纤维的脱胶效果比单一闪爆或单一碱煮好;且随着闪爆压力、保压时间、碱浓度、碱煮时间的增加,竹纤维的脱胶率逐渐增大,纤维越分散呈网状,但过大的闪爆压力或保压时间会将纤维烤糊,得到最佳工艺参数为闪爆压力0.8MPa,保压时间20min,NaOH浓度4g/L,碱煮90min,所得纤维的半纤维素、木质素含量分别下降了41.61%、31.94%,纤维素含量上升到63.59%。采用闪爆-碱煮联合脱胶处理竹纤维,通过正交实验对工艺条件进行优化,并对纤维的结构和性能进行了分析。正交实验结果显示,闪爆压力、保压时间、碱浓度是影响联合脱胶效果的重要因素,影响程度最大的是碱浓度,其次是闪爆压力,而碱煮时间对脱胶效果的影响不显著,得到最佳工艺条件为:闪爆压力0.9MPa、保压时间20min、NaOH浓度4g/L、碱煮时间70min,该条件下,竹纤维的纤维素含量从40.51%上升到70.54%,提高了74.13%,木质素、半纤维素、果胶含量分别下降到14.66%、13.98%、0.82%,分别降低了40.65%、55.32%、76.57%。用红外光谱、X射线衍射图谱、扫描电子显微镜对获得天然竹纤维的结构进行表征,结果显示,联合脱胶后竹纤维中胶质成分得到一定程度的脱除,纤维表面变得比较光滑,且纤维直径下降明显,仍有部分胶质残留将竹原单纤维粘在一起形成长度较长的纤维;纤维结晶度有所提高,但并没有破坏纤维素,仍为纤维素Ⅰ结构,纤维的分散性较好。对竹纤维的上染率、吸湿性、强度进行分析发现,与单一碱煮处理相比,闪爆-碱煮联合脱胶后竹纤维的上染率有明显提高,从53.89%提高到76.22%;吸湿性能也得到了增强,吸湿平衡回潮率为14.77%,放湿平衡回潮率为16.74%,且吸放湿速率均高于棉纤维和竹浆纤维;所得竹纤维的线密度为2.15tex,断裂强度和断裂伸长率分别为23.83cN/tex、3.25%,与黄麻工艺纤维接近,纤维制取率为75.68%,可用于初步的纺织加工。
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