专利名称：：汉麻纤维冷冻辐射辅助脱胶工艺的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种汉麻(即大麻)纤维脱胶工艺，特别是在碱氧一机械联合脱胶法的基础上，辅以冷冻加热和强紫外线辐射的一种汉麻纤维冷冻辐射辅助脱胶工艺。技术背景现有汉麻(即大麻)纤维的脱胶方法，如传统的水池沤麻法、化学脱胶法、微生物脱胶法、酶法脱胶、闪爆法、碱氧法、超声波脱胶法以及机械-化学脱胶法等。浙江理工大学的冯新星、陈建勇等在公开号为CN1851062，名称为"一种大麻脱胶工艺"的发明专利中，采用常温常压和高温高压相结合的方法对汉麻纤维进行脱胶处理，相比一般脱胶工艺节约时间1.5个多小时，碱浓度大大降低，处理后麻中木质素含量低于0.5%，纤维的强力基本无损失，精干麻洁白松散，质量好。但在本发明中未提及汉麻的残胶率和木质素含量，可能存在着残胶率和木质素含量仍然高的问题。北京赛特瑞科技发展有限公司的陈洪章等在公开号为CN1772976，名称为"一种麻纤维的脱胶方法及其生产的麻纤维"的发明专利中，先将麻纤维在水中浸泡40-80分钟，然后将含水的麻纤维放入气爆罐中，在压力为1.3-1.7MPa，保压时间为3-8分钟条件下汽爆，取出水洗，烘干。这样既能适度脱胶，又能避免污染，大大提高了脱胶率和分纤度且又不损伤纤维，使大麻的可纺性大大提高，节约了成本1/3。但纤维白度和柔软性不够，残胶率和木质素含量可能仍然较高。湖南工程学院的蒋国华探讨了预氯处理工艺参数对汉麻工艺纤维品质的影响，得到了汉麻最佳预氯工艺参数有效氯浓度为1.5g/L，预氯时间为10mim，浴比为1:15，pH值为3.0(常温)，该工艺处理后的汉麻纤维的残胶率为3.49%，未达到2%左右的工艺要求，残余木质素为0.94%，高于0.8%，对纺织后整理，尤其是染色处理有不利影响，且纤维白度和柔软性较低。青岛大学的曲丽君和郭肖青等研究了一种完全"绿色环保"的旋辊式物理机械脱胶方法，并对汉麻胶质与脱粘形态进行了实验与分析，建立了物理机械脱胶法下关于汉麻胶质与纤维脱粘力学模型，但只能有效祛除原麻中30%的胶质，且纤维白度较低。青岛大学的曲丽君和管云铃对汉麻进行碱氧一浴一步法短流程脱胶漂白新工艺研究，将常规的碱煮和漂白两步工序缩短为一步，并确定了碱氧一浴脱胶法的最佳工艺参数为NaOH浓度10.5g/L，H2029.8g/L，处理时间127min，该工艺处理后汉麻的断裂强力为29.6cN，残胶率为3.82%，高于2%，未达到适度脱胶的要求，残余木质素为3.25%，高于0.8°/。，对纺织后整理，尤其是染色处理有不利影响，白度为45.7，仍然偏低；温州职业技术学院的李洁采用无酸预处理和重二煮工艺处理高木质素的汉麻原麻，获得良好的效果。大连轻工业学院纺织轻工学院的周洋和总后军需装备研究所的郝新敏等经过大量实验得出，一定条件下最适合汉麻纤维高温煮练的碱用量为14%。但这两种工艺仍然存在的脱胶效果不理想，残胶率较高的问题，而且白度和柔软性欠佳。
发明内容本发明的目的是提供一种汉麻纤维冷冻辐射辅助脱胶工艺，以解决现有在汉麻脱胶工艺方法中存在着残胶率较高，木质素去除效果不理想和白度和柔软性较低等问题；目的之二是处理后的汉麻达到国家一等品的要求，并符合纺织后整理工艺的需求。本发明实现上述目的以及解决上述技术问题的技术方案包括纤维的热水浴处理、预浸酸处理、预氯处理以及碱氧-机械联合脱胶处理方法，其特点是在预氯处理后，进行如下步骤(以下步骤中，纤维与溶液的配比均为每升溶液中浸泡25克纤维，即汉麻纤维在溶液中的浓度为25g/L):(1)UV辐射将浸泡着25g/L的汉麻纤维、10-14g/L的双氧水、10-14g/L的氢氧化钠和3-4g/L的硫酸镁MgS04的混合溶液置于280-350nm的紫外光下辐射30-50分钟；(2)骤冷冻结和高温解冻将辐射后的纤维和混合溶液一并搅拌均匀，骤冷至冻结，然后将其取出置于100'C-12(TC的恒温沸水中直至冰块完全解冻；(3)碱氧-机械煮练在解冻后的纤维中，加入煮炼助剂搅拌均匀，在IO(TC-120'C的恒温水浴中煮练150min-200min，并每隔20min-30min加入上述步骤(1)中配置好的氢氧化钠、双氧水和硫酸镁MgS04的混合溶液直至煮练前的状态，同时要进行机械搅拌，搅拌速率为150-200r/min，搅拌方式为每隔20min-30min顺/逆时针交替搅拌；(4)二次煮练时，加入20-40g/L的柔软剂。本发明汉麻纤维冷冻辐射辅助脱胶工艺中所述煮炼助剂的组成及含量为水玻璃硅酸钠(Na2Si03)0.1-0.3g/L，硫化钠(Na2S)1-3g/L，三聚磷酸钠(化5&01())l-3g/L，亚硫酸钠(Na2S03)0.7-0.9g/L;所述的柔软剂是麻用纳米柔软剂MS-2、纺织用强力软片柔美T20、高吸水性柔软剂SF8800或超柔软环保粘合剂TEP。本发明实施上述汉麻纤维冷冻辐射辅助脱胶工艺的技术方案时，其主要的工艺方法特点在于(1)在汉麻纤维的预处理阶段，采用热水浴、预酸洗和特殊预氯处理，这样不仅使纤维松散，除去部分水溶性杂质，利于脱胶，而且使纤维得到初步氧化漂白和充分润胀，最重要的是克服了单纯酸洗处理使木质素难以脱除的缺点；(2)汉麻纤维在一次煮练前，提前加入氢氧化钠、双氧水和稳定剂硫酸镁，并将其置于强紫外线下辐射，使其纤维表面胶质层受到刻蚀和破坏，增加并扩大裂纹，而且氧化大部分纤维素和部分木质素，使纤维白度增加，木质素更易溶解脱落；(3)辐射后的纤维连同混合溶液一起放入急冻冰箱中骤冷至冻结，然后取出放入恒温沸水中加热解冻，在这过程中，纤维和胶质基体同时发生不同程度的急剧收缩和膨胀，导致其受到纵向和横向的正反拉伸力作用，使胶质进一步破坏甚至脱落；(4)对解冻后的纤维连同原有混合溶液进行碱氧法煮炼时，加入煮练助剂，并酌情补充蒸发损耗的双氧水、氢氧化钠和硫酸镁的混合溶液，同时伴有顺/逆时针交替的机械搅拌作用，使汉麻纤维更易脱胶；(5)对一次煮练后的纤维，可以重复上述辐射-冷冻-加热-煮练等步骤，进行二次煮练，使其脱胶效果更理想；(6)煮练后的工序与常规化学脱胶一致，得到较为理想的汉麻纤维。经本发明工艺方法处理的汉麻与现有技术处理的汉麻相比，本发明在碱氧一机械联合脱胶法的基础上，进一步辅以冷冻加热和强紫外线辐射处理方法，不仅解决了现有汉麻脱胶工艺方法中存在着残胶率较高，木质素去除效果不理想以及严重污染环境等问题，而且处理后的汉麻达到了国家一等品的要求，符合纺织后整理工艺的需求。同时在本发明获得良好的白度和柔软性的同时，还将纤维的断裂强力和伸长率控制在可纺要求之内；纤维的长度和细度也得到了改善，服用性能大大提高。其具体的有益效果还在于(1)经该工艺处理后的汉麻纤维表面光滑，基本没有残余胶质，如附图1和附图2所示。(2)脱胶前后的红外图谱显示该工艺对木质素、半纤维素和果胶质的去除比较彻底，尤其是对木质素的去除率非常高，其特征峰基本消失；而且部分纤维大分子链的末端被氧化，说明纤维的氧化漂白程度较高，见附图3和附图4。(3)脱胶前后汉麻纤维的各项性能指标比较如表1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>从表l中可以看出，采用该工艺一煮和二煮脱胶后，①木质素、果胶含量和残胶率都有了明显的降低，尤其是木质素在一煮和二煮后分别降低到0.75%和0.73%，残胶率分别降低到2.58%和2.44%，与常规化学脱胶方法相比，脱胶效果优为明显，符合纺织后整理的工艺需求;②纤维的白度和柔软性能得到极大地改善，其茎杆部和根部纤维的外观和手感均变得洁白光滑，柔软细腻，见附图5、图6、图7和图8;③纤维制成率和断裂强力虽然有所降低，但仍能保证纺织后整理的需要；④经该工艺处理后，纤维的平均直径和平均长度数值变小，服用性能有所改善。(4)该工艺是在碱氧-机械联合脱胶工艺基础上再辅以冷冻加热和强紫外线辐射手段，污染废水排放较少，是一种比较绿色环保的新工艺。图1是本发明未处理的汉麻原麻SEM像图中汉麻原麻的胶质含量较高，覆盖较厚，且覆盖比较致密均匀，并沿着纤维纵向呈连续带状分布。图2是本发明脱胶处理后的汉麻SEM像中纤维表面光滑，无残余胶质和杂质，可看到许多较深的纵向沟槽和部分微孔。图3是本发明汉麻原麻与脱胶处理后汉麻的红外图谱图(局部1)图中1683.99cii^处代表-CH二CH-CH0中C=0的伸展振动吸收峰，经该工艺处理后的汉麻纤维在该峰处有较大的增强，这就表明脱胶过程中，汉麻纤维分子链的末端被氧化的程度较高，由于纤维被氧化漂白以致白度增加比较明显。1734.02cm—i处代表的是C^伸縮振动峰(聚木糖)，这是半纤维素的特征峰，处理后汉麻纤维在该处的振动峰趋于消失，表明脱胶时半纤维素的去除比较彻底。1629.40cm—'处代表的也是CW伸縮振动，但它是木质素的特征吸收峰，脱胶处理后该峰也基本消失，木质素的去除比较彻底。图4是本发明汉麻原麻与脱胶处理后汉麻的红外图谱图(局部2)，图中1319.98cm—'处是木质素中CW伸縮振动，脱胶后，该峰基本消失，说明该处理对木质素的去除效果非常明显。图5是本发明汉麻原麻茎杆部纤维形貌中纤维色泽暗黄，表面有许多杂质和斑点，且纤维平行紧密排列成许多细长的片条状，彼此缠绕成团聚状。图6是本发明脱胶后汉麻茎杆部纤维形貌中纤维白度有了明显提高，胶质和杂质基本去除，柔软性很好，纤维细腻发亮，分离成许多小束彼此缠绕成团。图7是本发明汉麻原麻根部纤维形貌中纤维在胶质基体中平行紧密排列成片状或长条状，彼此之间的分离性较差，颜色暗黄，杂质较多，且纤维片比较硬实和坚挺，柔软性和巻曲性较差。图8是本发明脱胶后汉麻根部纤维形貌中纤维变得洁白发亮、柔软细腻，且纤维与纤维之间分离性较好，表面杂质和胶质基本被去除，纤维形成一定的巻曲。具体实施方式本发明在上述
发明内容中所述的技术方案通过具体实施方式能够进一步详细说明，其所述有益效果也能够通过具体的实施方式达到其所述效果。实施方式1本发明汉麻纤维冷冻辐射辅助脱胶工艺的详细工艺步骤如下一、热水浴处理在8(TC下，用去离子水(纤维在溶液中的浓度为25g/L)完全浸泡纤维100min，并用搅拌器每隔10min顺/逆时针交替搅拌使其浸泡均匀。用清水洗涤若干次，直至其浸泡液pH值为7。二、预浸酸处理在6(TC下，采用浓度为9.8g/L的稀硫酸完全浸泡甘肃汉麻原麻(纤维在溶液中的浓度为25g/L)100min，每隔10min顺/逆时针交替搅拌使其浸泡均匀。用清水洗涤若干次，直至其浸泡液pH值为7。三、预氯处理在常温下，调节pH值为4，采用有效氯浓度为1g/L的次氯酸钠完全浸泡甘肃汉麻原麻(纤维在溶液中的浓度为25g/L)40min，每隔10min顺/逆时针交替搅拌使其浸泡均匀。用清水洗涤若干次，直至其浸泡液pH值为7。四、UV辐射将预处理后汉麻，放入12g/L的双氧水、12g/L的氢氧化钠和3.5g/L的硫酸镁混合溶液中完全浸泡(纤维在溶液中的浓度为25g/L)，并置于波长300ran的紫外光下辐射40min，辐射时，每10min翻转一次，确保正反面都能得到辐射。五、骤冷冻结取出辐射后纤维和混合溶液，搅拌均匀，再将其一并放入塑料杯中，置于急冻冰箱中冷冻240min，直至其完全冻结。六、高温解冻取出冻结后汉麻置于IO(TC的恒温沸水中直至冰块完全解冻。七、碱氧-机械煮炼在解冻后的纤维中，加入混合均匀并完全溶解的自制煮炼助剂(水玻璃硅酸钠(Na2Si03)0.2g/L，硫化钠(N&S)2g/L，三聚磷酸钠(Na5P30,。)2g/L，亚硫酸钠(Na2S03)0.8g/L)搅拌均匀，在IO(TC的恒温水浴中加热180min，并每隔20min酌情加入少量的氢氧化钠、双氧水和硫酸镁的混合溶液，以弥补煮炼过程中的蒸发损失。水浴时，还须用搅拌器调速为180r/rain,每隔25min顺/逆时针交替搅拌使其煮炼均匀。最后取出纤维，先用9.8g/L的稀硫酸浸泡5min，再用清水洗净直至其浸泡液pH值为7。八、二次煮练将一次煮练后的汉麻，放入12g/L的双氧水、12g/L的氢氧化钠、3.5g/L的硫酸镁和30g/L的麻用纳米柔软剂MS-2的混合溶液中完全浸泡(纤维在溶液中的浓度为25g/L)，并置于波长300nm的紫外光下辐射40min，辐射时，每10min翻转一次，确保正反面都能得到辐射。然后再重复上述5-7步骤。九、打麻-脱水-给油-脱油水-烘干/晾千。实施方式2按照实施方式1的工艺方法，实施方式2的区别在于一、在UV辐射时，双氧水浓度为10g/L，氢氧化钠浓度为10g/L，硫酸镁浓度为3g/L，紫外光辐射波长为280nm，辐射时间为30min。二、在碱氧煮练时，煮练时间为150min，煮练温度为10(TC，搅拌器转速为150r/min，搅拌方式为每30min顺/逆时针交替搅拌。三、二次煮练时，加入20g/L的麻用纳米柔软剂MS-2。实施方式3按照实施方式1的工艺方法，实施方式3的区别在于一、在UV辐射时，双氧水浓度为14g/L，氢氧化钠浓度为14g/L，硫酸镁浓度为4g/L，紫外光辐射波长为350ran，辐射时间为50min。二、在碱氧煮练时，煮练时间为200min，煮练温度为120°C，搅拌器转速为200r/min，搅拌方式为每20min顺/逆时针交替搅拌。三、二次煮练时，加入40g/L的纺织用强力软片柔美T20。实施方式4按照实施方式1的工艺方法，实施方式4的区别在于一、二次煮练时，将汉麻纤维放入14g/L的双氧水、10g/L的氢氧化钠、4g/L的硫酸镁和30g/L的高吸水性柔软剂SF8800的混合溶液(纤维在溶液中的浓度为25g/L)中完全浸泡，并置于波长300nm的紫外光下辐射40min，辐射时，每10min翻转一次，确保正反面都能得到辐射。然后再重复实施方式1中的5-7步骤。实施方式5按照实施方式1的工艺方法，实施方式5的区别在于一、二次煮练时，将汉麻纤维放入10g/L的双氧水、14g/L的氢氧化钠、3g/L的硫酸镁和40g/L的超柔软环保粘合剂TEP的混合溶液(纤维在溶液中的浓度为25g/L)中完全浸泡，并置于波长280nm的紫外光下辐射40min，辐射时，每10min翻转一次，确保正反面都能得到辐射。然后再重复实施方式1中的5-7步骤。权利要求1.一种汉麻纤维冷冻辐射辅助脱胶工艺，包括纤维的热水浴处理、预浸酸处理、预氯处理以及碱氧-机械联合脱胶处理方法，其特征是在预氯处理后，进行如下步骤(以下步骤中，纤维与溶液的配比均为每升溶液中浸泡25克纤维，即汉麻纤维在溶液中的浓度为25g/L)(1)UV辐射将浸泡着25g/L的汉麻纤维、10-14g/L的双氧水、10-14g/L的氢氧化钠和3-4g/L的硫酸镁MgSO4的混合溶液置于280-350nm的紫外光下辐射30-50分钟；(2)骤冷冻结和高温解冻将辐射后的纤维和混合溶液一并搅拌均匀，骤冷至冻结，然后将其取出置于100℃-120℃的恒温沸水中直至冰块完全解冻；(3)碱氧-机械煮练在解冻后的纤维中，加入煮炼助剂搅拌均匀，在100℃-120℃的恒温水浴中煮练150min-200min，并每隔20min-30min加入步骤(1)中配置好的氢氧化钠、双氧水和硫酸镁MgSO4的混合溶液直至煮练前的状态，同时进行机械搅拌，搅拌速率为150-200r/min，搅拌方式为每隔20min-30min顺/逆时针交替搅拌；(4)二次煮练时，加入20-40g/L的柔软剂。2.如权利要求1所述的汉麻纤维冷冻辐射辅助脱胶工艺，其特征是煮炼助剂的组成及含量为水玻璃硅酸钠(Na2Si03)0.1-0.3g/L，硫化钠(Na2S)l_3g/L，三聚磷酸钠(NasPA。)1-3g/L，亚硫酸钠(Na2S03)0.7-0.9g/L。3.如权利要求1所述的汉麻纤维冷冻辐射辅助脱胶工艺，其特征在于柔软剂是麻用纳米柔软剂MS-2、纺织用强力软片柔美T20、高吸水性柔软剂SF8800或超柔软环保粘合剂TEP。全文摘要本发明公开了一种汉麻纤维冷冻辐射辅助脱胶工艺，该工艺是在热水浴、预浸酸、预氯处理后，进行紫外线辐射、骤冷、加热处理，然后再进行碱氧-机械联合脱胶处理，最后加入柔软剂进行了二次煮练。经该工艺处理后的汉麻纤维表面脱胶效果优于常规碱氧法和机械法脱胶，达到了国家一等品的要求，木质素含量符合纺织后整理工艺需求，在获得良好的白度和柔软性的同时，还将纤维的断裂强力和伸长率控制在可纺要求之内，纤维的长度和细度也得到了改善，服用性能大大提高，污染废水排放较少，是一种绿色环保的工艺方法。文档编号D01C1/00GK101275289SQ20081005498公开日2008年10月1日申请日期2008年5月16日优先权日2008年5月16日发明者罗玉成,许并社,魏丽乔申请人:太原理工大学