苎麻是中国特有的纤用作物,从其韧皮部提取出的苎麻纤维是一种重要的纺织原料。苎麻纤维长度高,可以进行单纤维纺纱,这在麻类纤维中是少见的。苎麻纤维强力高、模量高、色泽洁白有丝光,其织物有挺括、凉爽、吸散热快、透气性好、穿着不贴身的特点,同时还具有防腐、防菌、防霉等功能。苎麻原麻主要成份是纤维素,而其含有的非纤维素类化学成分（如半纤维素、果胶、木质素等）统称为胶质。将原麻中的非纤维素类物质去除,将纤维素纤维提取出来的过程称为脱胶。苎麻氧化脱胶是使用氧化剂把苎麻纤维中的非纤维素成分氧化降解,将纤维素纤维保留下来的脱胶方法。与传统碱脱胶相比,氧化脱胶具有反应时间短,污染小,能耗低,纤维制成率高等优点;与生物脱胶相比,氧化脱胶有耗时短、脱胶效果稳定、不需要使用复杂精密设备的优势。目前,氧化脱胶中使用的氧化剂主要为过氧化物,但因过氧化物的氧化性极强,胶质脱除的同时纤维素也会发生大量的降解和氧化,这会使纤维强伸性能,即可纺性降低。为了解决这一问题,本课题从减少纤维素的降解量和降低氧化纤维素的生成量两个角度对氧化脱胶中纤维素保护的方法及其机理进行了研究。论文的具体研究内容包括:（1）将价格便宜、环境友好的纤维素保护型助剂“蒽醌”应用于苎麻的过氧化氢氧化脱胶中。在碱性过氧化氢脱胶液中蒽醌具有清除过剩的强氧化性自由基、螯合铁离子、抑制纤维素与半纤维素的剥皮反应的多重作用。聚合度测试结果表明,在氧化脱胶液中添加浓度为1⁴ g/L的蒽醌,可以有效地抑制纤维素的降解,与不使用蒽醌时相比,苎麻纤维中的纤维素聚合度可提高12.50%¹9.65%左右,同时苎麻纤维中残余半纤维素含量也随蒽醌浓度的增加而升高。在苎麻纤维中保留适量半纤维素有利于提高纤维的制成率,但因半纤维素的聚合度、结晶度低,过高的半纤维素含量可能会使纤维的聚合度、强伸性能的降低。实验结果表明,苎麻纤维的聚合度和强伸性能随半纤维素含量（即蒽醌浓度）的升高先升高后降低,在半纤维素含量为8.24%（即蒽醌浓度达到2 g/L时）到达大高值,此时苎麻纤维的断裂强度、断裂伸长率、断裂功、聚合度、半纤维素含量、制成率比不使用蒽醌时分别提高了33.21%、19.78%、41.0%、13.9%、16.71%、8.27%。使用蒽醌后,氧化脱胶废水的化学需氧量（COD值）降低了8.45%,表明使用蒽醌可以提高氧化脱胶工艺的环保性。（2）将氢氧化镁与氢氧化钠以一定比例混合,复配成缓释型碱源,取代苎麻的过氧化物氧化脱胶的传统碱源——氢氧化钠。氢氧化镁具有微溶的特性,缓释型碱源可以随着脱胶液碱性的消耗缓慢释放到脱胶体系中,将脱胶液的pH值控制在恒定范围内,从而控制脱胶液的氧化性。对脱胶过程中pH值的监测结果显示,改变氢氧化镁的取代率可以实现脱胶液的pH值的连续可调,且取代率越高脱胶液的pH值越低,脱胶液的氧化性越弱。残胶率分析表明,纤维残胶率和制成率随着取代率的升高而升高。苎麻纤维的聚合度和强伸性能随取代率的升高先升高后降低,当取代率为20%时制得的纤维聚合度和强伸性能到达最高值,此时脱胶液的pH值为11.8。在最佳的氢氧化镁取代率下,苎麻纤维的断裂强度、断裂伸长率、断裂功、聚合度、半纤维素含量、制成率含量比只使用氢氧化钠时分别提高了39.82%、12.13%、46.15%、14.89%、5%,脱胶废水的COD值降低了20%。（3）苎麻氧化脱胶体系中含有大量的金属元素,这些金属元素主要来自于苎麻原麻和脱胶用水。脱胶用水主要含有钙元素（3 mg/L⁴5 mg/L）和镁元素（3 mg/L¹5 mg/L）,苎麻原麻中主要含有钙、镁、铁、锰、铜、铅（含量分别为7403.3 mg/g,1362.6 mg/g,202 mg/g,51.5 mg/g,13.9 mg/g,9.2 mg/g）。痕量的金属元素就可以造成过氧化氢的强烈分解。在氧化脱胶前对苎麻原麻进行预处理,除去一部分金属元素,即可以将脱胶体系中金属元素的含量控制在合理范围内,有效提高脱胶液与胶质反应的选择性,实现对纤维素的保护。本研究使用木醋杆菌在动态发酵的条件下制备球状细菌纤维素（Spherical bacterial cellulose,简称SBC）,并使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基选择性氧化体系（TEMPO体系）将其改性为羧基化球状细菌纤维素（Carboxylated spherical bacterial cellulose,简称CSBC）,CSBC具有很强的金属离子吸附和解吸能力,可以作为苎麻氧化脱胶中金属吸附预处理的吸附剂,且可以多次重复使用,对降低试剂成本和污染有利。用CSBC对苎麻进行预处理后,苎麻纤维的残胶率略有降低,制成率略有提高,这表明脱胶液对氧化胶质反应的选择性增强,纤维素受到的损伤减少。实验结果表明,采用不同金属含量的水进行脱胶时,CSBC的最佳使用量不同,使用四川水（金属含量较高）进行脱胶时,纤维强伸性能在CSBC用量为4%时达到最优值,此时纤维的断裂强度、断裂伸长率、断裂功分别提高了44.26%,26.47%,31.45%;使用湖南水（金属含量较低）进行脱胶时,纤维强伸性能在CSBC用量为1%时达到最优值,此时纤维的断裂强度、断裂伸长率、断裂功分别提高了35.78%,20.97%,28.57%。SBC性能、TEMPO体系参数对CSBC的吸附性能有重要的影响。对SBC发酵过程的研究表明,调节动态培养参数（锥形瓶的容积、培养基体积/锥形瓶容积值（M/F值）、摇床转速、培养时间）可以实现对SBC直径、性能的控制。动态培养参数对SBC性能的具体影响如下:（1）M/F值是控制SBC直径均一性的关键因素,当且仅当M/F值为50%时,同一个锥形瓶中发酵获得的SBC直径完全一致,M/F值偏离50%越远,同一个锥形瓶中发酵的SBC直径越不均匀;（2）当摇床转速一定时,锥形瓶容积越大,发酵制得的SBC直径越小;当锥形瓶容积一定时,摇床转速越大,发酵制得的SBC直径越小;（3）SBC的直径随着培养时间的延长逐渐增大。经过120 h的发酵后,SBC的直径停止生长趋于稳定值,这种状态会持续48 h。发酵开始后的168 h之后,SBC开始相互随机结合,最终随机形成多种直径更大的SBC;（4）当其他培养条件相同时,发酵所用的锥形瓶容积越小,制得的SBC直径越大,SBC吸附性越好。在综合考虑SBC吸附能力和得率的情况下,最佳发酵条件为:锥形瓶容积250 mL,温度32℃,转速150 rpm,发酵时间120 h。在SBC的羧基化改性中,TEMPO体系中次氯酸钠用量是影响CSBC性能的关键因素,当次氯酸钠用量低于8 mmol/g时,CSBC中的羧基含量随次氯酸钠用量的上升而上升,CSBC的吸附性能也随着逐渐增强;当次氯酸钠用量高于8 mmol/g时,CSBC的内部结构受氧化作用开始发生塌陷,吸附性开始随次氯酸钠用量逐渐下降。当次氯酸钠用量为8 mmol/g时,制得的CSBC对Pb²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺的平衡吸附值分别可达到370.37 mg/g、357.14 mg/g、85.47 mg/g。将吸附过金属后的CSBC浸泡在0.1 mol/L HNO₃的硝酸中,可以使吸附在CSBC上的金属离子释放出来,即可实现CSBC的重复使用。测试结果表明,经过3次循环使用后,金属离子的释放率可以保持在85.6%左右。（4）为了探索用选择性氧化体系制备苎麻纤维的可能性,本章采用由2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基（TEMPO）、次氯酸钠、溴化钠组成的TEMPO选择性氧化体系对苎麻进行氧化脱胶。TEMPO体系反应条件温和,且与纤维素反应时只氧化C6上的伯羟基而对C2、C3上的仲羟基无作用。脱胶实验结果表明,先用TEMPO体系处理原麻,再辅以低浓度氢氧化钠煮练即可完成苎麻脱胶,TEMPO体系中的次氯酸钠用量越高、体系pH值越高、反应温度越高,反应时间越长、氢氧化钠煮练中的氢氧化钠浓度越高,胶质脱除效果越好,但纤维素降解量也越大。测试经TEMPO氧化后纤维的聚合度可知,TEMPO氧化中的次氯酸钠用量、pH值的范合适围分别为1.5 mmol/g².5 mmol/g,10.5¹2.0,最适反应温度为室温。用响应面分析的方法研究TEMPO体系中次氯酸钠用量、pH值、氧化时间及氢氧化钠浓度对纤维断裂强度的综合作用效果,用统计学方法分析以实验值为基础建立的二次多元回归方程,结果表明此模型较为合理。方差分析结果可知,体系pH值和TEMPO氧化反应时间对纤维性能的影响显著。数学处理二次回归方程可得到TEMPO脱胶的最优工艺:次氯酸钠用量2.2 mmol/g,pH值10.91,氧化时间17.64 min,NaOH浓度3.14 g/L。TEMPO体系脱胶制得的纤维强伸性能与过氧化氢氧化脱胶相似,可以满足纺纱等后续加工的要求。TEMPO体系氧化脱胶所需要的时间为127.64 min,比过氧化氢氧化脱胶所需的时间（200 min）短72.36 min,比传统脱胶所需的时间（360 min）短232.36 min。又因其高温煮练时间短,脱胶的能耗比过氧化氢氧化脱胶、传统碱脱胶更低。TEMPO体系氧化脱胶的污水COD值为14312 mg/L,比过氧化氢氧化脱胶和传统碱脱胶分别约低28%和44%。（5）在实验室研究的基础上,本研究在三家企业进行了苎麻的过氧化氢氧化脱胶放大实验研究,并进行了纺纱实验。实验结果表明,在工业生产条件下,采用压力煮练（125℃,0.6 kg）的方法可以确保放大实验中脱胶的均匀性。使用消泡剂可以有效的缓和过氧化氢在碱性条件下起泡的现象,并且可以将过氧化氢的最适浓度从6 g/L降低至4.5 g/L。原麻重量对脱胶后纤维性能及脱胶废水COD值没有显著影响,这表明在脱胶工艺确定的合理的前提下,将生产规模扩大是可行的。虽然氧化脱胶制得的纤维略低于传统脱胶,其制得的纤维纺制纱线的断裂强度、断裂强度CV值、纱线条干不匀、粗节数、细节数均满足优质苎麻纱的要求。