天然可纺甘蔗纤维的制备与性能研究

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随着环境、能源问题的日益突出,节能环保、可再生资源的利用越来越引起人们的重视。甘蔗属于秸秆类植物,主要用于制糖,我国是仅次于巴西和印度的第三甘蔗种植大国。甘蔗渣是制糖工业的主要副产品,是一种重要的可再生生物质资源,具有价格低、数量大、产地集中、成分单一、质量可控等优势。然而目前蔗渣除小部分用于饲料外,大部分弃之不用,产生大量的农业废弃物。已有很多研究表明,甘蔗皮的主要成分有纤维素、半纤维素、木质素、果胶、脂蜡质等。研究利用制糖后的废弃甘蔗皮制备天然可纺甘蔗纤维,不但可以扩大纺织纤维原料品种、缓解能源紧缺,而且对促进我国甘蔗资源综合开发利用具有积极意义。论文根据可纺纤维的基本要求,结合甘蔗皮的特点,设计了用于制备天然可纺甘蔗纤维的甘蔗皮预处理方法。在对甘蔗皮成分分析的基础上,参照天然韧皮纤维脱胶的方法,通过单因素实验、正交设计实验等方法,探讨了超声波—化学联合法、超声波—生物酶两种方法制备甘蔗皮纤维的工艺方法和较优工艺条件。并对两种方法的纤维脱胶效果进行了比较,对脱胶后纤维进行了漂白与柔软后处理;用制得的天然甘蔗皮纤维与棉混合,获得了棉/甘蔗纤维混纺纱,对扩大甘蔗渣在纺织工业中的应用做了有益的探讨。采用超声波—化学联合法对甘蔗皮进行脱胶,通过单因素实验,研究了超声波作用时间、作用频率对纤维脱胶效果的影响,实验结果表明:低频、高频超声波在纤维脱胶过程中所发挥的作用不同,因此应合理分配低频、高频超声波的作用顺序和时间。利用正交实验,探讨了酸液浓度,酸煮温度,酸煮时间,碱液浓度,碱煮温度几个因素对纤维脱胶效果的影响,通过对残胶率的极差、方差分析,得出超声波—化学联合法制备天然甘蔗纤维的较优方法和工艺条件是:甘蔗皮经尿素预处理、酸处理后再采用超声波—碱煮脱胶效果好;酸处理条件为:酸液浓度35ml/L,温度70℃,时间2h;超声波—碱煮工艺条件为:碱液浓度8%,温度80℃,浴比1:30,总的超声波作用时间(即碱煮时间)为1.5h,应先进行低频(33khz)处理,再进行高频(55khz)处理,作用时间分别为0.5h和1h。采用超声波一生物酶法对甘蔗皮进行脱胶的工艺流程为:甘蔗皮→预氧处理→超声波—生物酶联合脱胶→烘干→甘蔗纤维。利用正交试验优化了预氧处理的工艺条件;通过单因素实验,分析了木聚糖酶与果胶酶对纤维脱胶效果的影响,实验结果表明:木聚糖酶和果胶酶配比不同,纤维残胶率有明显差异,木聚糖酶和果胶酶协同作用会使脱胶效果达到最好,两种酶配比为2:1时,复配酶作用效果最佳;利用正交试验,研究了作用时间、复合酶用量、作用温度、超声频率几个因素对脱胶后纤维残胶率的影响,最终优化得出超声波—生物酶联合法脱胶最优工艺为:作用时间为8h,复合酶用量为1%,作用温度50℃,超声频率为55khz,浴比1:30。比较超声波—化学联合法、超声波-生物酶法所得甘蔗皮纤维的长度、细度、残胶率,可知超声波—化学联合脱胶法较优于超声波—生物酶法。利用超声波对经化学脱胶所得纤维进行合理的双氧水漂白、FK-220E柔软剂后处理可较好的改善纤维的白度和可纺性。将棉与经脱胶、后处理后的甘蔗纤维按80:20的比例进行混合,利用环锭纺纱机纺得细度为27.25tex混纺纱。研究表明:通过采取合理的甘蔗皮预处理、脱胶及后处理方法和工艺,制备出天然可纺甘蔗纤维是可行的,甘蔗皮纤维混纺新产品的研究有着广阔的空间。
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