一种荨麻脱胶工艺的制作方法
【专利摘要】一种荨麻脱胶工艺，针对目前化学脱胶过程化学药品使用量大、纤维强力损伤率较高、环境污染严重等问题，提供一种高压水射流-微生物发酵脱胶的方法。首先利用高压水射流装置产生的多股微细水射流连续不断地作用于荨麻韧皮纤维，使韧皮纤维的结构松散，胶质复合体断裂并分解脱落，大部分胶质被去除。然后将高压水射流处理后的荨麻纤维置于发酵罐中，通过微生物发酵及其产生的生物酶的分解作用去除残余的胶质和部分木质素。该脱胶工艺可以有效制取天然生物纤维，具有成本低、速度快、清净率高、不损伤纤维、不污染环境等特点。
【专利说明】一种荨麻脱胶工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及麻类脱胶【技术领域】，具体涉及一种荨麻脱胶工艺。
【背景技术】
[0002]荨麻是主产于中国南方的野生天然纤维，属于麻类纤维的一种，在我国的西北、华北及东北地区分布广泛，用于中药具有祛风通络、抗炎等特殊功效。荨麻单纤维长度较长，质地洁白、细软，可作为纺织原料。
[0003]荨麻纤维与有机合成纤维相比，具有价廉质轻、强度和模量适当等优点，而且属可再生资源，可自然降解。此外，开发和利用荨麻纤维，符合当前国家着力发展生物基材料产业体系和绿色加工等核心技术的政策，有利于降低材料工业对石油资源的过度依赖。
[0004]荨麻纤维成分中以纤维素为主，非纤维素成分主要为半纤维素、木质素、果胶等，这些纤维素共生物增加了脱胶的难度。其中荨麻纤维中纤维素的含量较少，只占43%左右。荨麻含有丰富的半纤维素，主要是以聚戊糖类为主，单体为C5H8O4，是脱胶过程中的主要对象之一。荨麻木质素含量约13%，其大分子是由C6-C8结构单元的苯丙烷构成。此外，纤维还包含果胶等不溶于水的多糖类物质，与纤维素、半纤维素、木质素等相互网络在一起，形成胶质复合体，增加了脱胶的难度，而脱胶质量的好坏直接影响到纤维的产量和应用价值。
[0005]目前工业上主要采用化学脱胶工艺制取麻类纤维，脱胶工艺流程一般采用一次浸酸、二次碱煮技术，为了弥补化学药品作用的不足，往往还辅以一定的机械物理作用，导致脱胶后纤维短纤含率高、脱胶制成率低、手感粗硬，并且裸露出的纤维素被破坏的程度大，纤维强度低，难以达到工艺纤维的要求。
[0006]高压水射流技术是近年来在国际上兴起的一门高科技技术。使用高压泵打出高压水，并经过一定管路到达喷嘴，再把高压力低流速的水转换为高压力高流速的射流，然后射流以其很高的冲击动能，连续不断地作用在被冲击物的表面，从而使垢物脱落，最终实现清洗目的。随着现代社会对工作效率、洁净率及环保要求的不断提高，高压水射流技术在我国的普及应用是必然趋势。
[0007]将高压水射流技术用于麻类脱胶【技术领域】，并与传统的微生物脱胶方法相结合，可以形成一种新型的麻类脱胶技术，可以有效制取天然生物纤维，具有成本低、速度快、清净率高、不损伤纤维、不污染环境等特点，所制取的麻纤维具有残胶率低、手感柔软、悬垂性好、亮度好等优点。
【发明内容】
[0008]本发明的第一个目的是针对传统脱胶方法过程中脱胶效率低、纤维损伤大、环境污染严重等问题，提供一种利用高压水射流技术对荨麻纤维进行脱胶的方法，所制取的荨麻纤维质地洁白、细软，可作为纺织原料。该方法大大降低了化学药品的使用量，分纤度更高且纤维损伤率低，能使胶质去除更彻底，缩短了脱胶流程。
[0009]本发明的第二个目的是提供一种新型的脱胶工艺配方，该工艺既能够制备一种残胶率低、细度高、手感柔软、可纺性能优良的精细化荨麻纤维，而且能够保留荨麻原麻中的有益成分，具有良好的卫生保健性，提高纺织品的服用性能。
[0010]本发明的实现方法如下:
[0011 ]为实现本发明的第一个目的，首先利用高压水射流技术对荨麻纤维进行初步脱胶处理，通过高压产生的多股微细水射流以其很高的冲击动能，连续不断地作用于荨麻韧皮纤维，使韧皮纤维的结构松散，胶质复合体断裂，部分胶质大分子分解成小分子并脱落，大本分胶质被去除。
[0012]为实现本发明的第二个目的，将高压水射流处理后的荨麻纤维置于发酵罐中，通过微生物发酵及其产生的生物酶的分解作用去除荨麻纤维中残余的胶质和部分木质素。使脱胶后的荨麻纤维残胶率在2.0%以下，纤维光泽好，柔软，能满足纺织印染等后加工的要求。
[0013]本发明提供的高压水射流-微生物发酵脱胶的方法的工艺流程如下:
[0014]荨麻原麻一温水浸泡处理一高压水射流处理一微生物发酵处理一水洗一柔软剂处理一脱水一荨麻纤维。
[0015]工艺设备:ZX.2268高压水射流清洗机(苏州苏普曼机电设备有限公司)，SPX-250B型生物培养箱，发酵罐，电子天平等。
[0016]所述的荨麻原麻为成熟后经机械剥麻分离出的荨麻韧皮，露天放置30天晾干。
[0017]将荨麻原麻置于20?30°C左右的水中浸泡12h，取出晾至不滴水为止，然后调节试样含水率为150%。
[0018]所述的高压水射流处理是利用高压技术可以把普通的自来水加压到一定压力，然后再通过喷水板的喷水孔喷射形成多股高速微细水射流，垂直射向纤维网。高流速的水射流以其很高的冲击动能，连续不断地作用在被清洗的荨麻纤维。由于水射流具有很高的冲击动能，可使纤维大分子内部结构变得松弛，同时使单纤维间的弱结构被破坏而分离。同时伴随着部分胶质大分子的分解，胶质与纤维素分离并脱落，从而达到脱胶的目的。此外，高速水射流在纤维表面及内部形成大量的微孔结构，便于后续采用微生物处理。
[0019]本专利中高压水射流处理的具体操作工艺:
[0020]I)首先将浸泡后的荨麻原麻平铺于高压水射流处理槽内，该处理槽转速约10?15转/分；
[0021]2)通过高压泵将自来水加压到60?IOOMpa压力，高压泵连接两个喷水板，每个喷水板面积为0.6m2,每个喷水板上有400?600个喷水孔,喷水孔直径约0.9?1.5mm,可形成75?120m/s的高速射流，而且自来水中要加入3?5%的可溶性乳化油，每次处理原麻10?15kg,处理时间为20?30min ；
[0022]3)高压水射流垂直射向铺展开的荨麻原麻，一方面，喷水板距离原麻材料约2?3cm，在高速水射流的冲击作用下，荨麻纤维间的弱结构被破坏而分离，胶质与纤维素分离并脱落；另一方面，高压水射流处理槽转速约10?15转/分，在高速水射流穿插的水力作用下，荨麻纤维产生位移、分散，从而使纤维得到充分的脱胶处理。
[0023]该工艺条件具有以下优点:1)高压水射流清洗不会损伤被荨麻纤维；2)高压水射流是用普通自来水，不污染环境，脱胶效率高。
[0024]所述的微生物发酵处理是将高压水射流处理后的荨麻纤维置于发酵罐中，通过微生物发酵及其产生的生物酶的分解作用去除荨麻纤维中残余的胶质和部分木质素。
[0025]本发明中微生物发酵处理的工艺为:将选育分离好的脱胶微生物置于肉汤培养液中，在30?40°C，150r/min振荡培养5h，完成活化；然后进行扩大培养，再将培养好的菌液倒入Im3反应釜中，再于30?40°C条件下培养5h。然后将将IOkg荨麻纤维于反应釜中，自然pH值，浴比1: 15?20，发酵周期24?36h，发酵温度30?40°C，搅拌80?100r/min左右。
[0026]由于高压水射流处理可以使荨麻单根纤维充分分离，在纤维表面及内部形成大量的微孔结构；并且高压水射流打开了纤维素和半纤维素的纤维结构，使纤维大分子内部结构变得松弛，有利于微生物及其产生的生物酶进入到到纤维孔隙，微生物和酶液液与胶质的接触面积增加，从而发挥最大的脱胶功效，可充分去除残余的胶质。
[0027]所述的柔软剂处理参数为氨基改性有机硅柔软剂5ml/L，温度30?40°C，处理时间15?20分钟，浴比I: 15。
[0028]本发明的有益效果在于:采用高压水射流-微生物发酵脱胶技术对荨麻进行脱胶，大大降低了化学药品的使用量，脱胶效率高且纤维损伤率小，所制取的麻纤维残胶率在2%以下，增强了纤维的毛羽感，使织物更柔软，透气性好。综上所述，本发明解决了现有技术化学药品使用量大、污染重、残胶率高、纤维粗硬等难题，达到缩短工艺流程、发酵效果稳定、设施结构简单、操作方便、运行成本低的效果。
【具体实施方式】
[0029]一种高压水射流-微生物发酵脱胶的方法，首先利用高压水射流技术对荨麻纤维进行初步脱胶处理，通过高压水射流的冲击作用使韧皮纤维的结构松散，胶质大分子分解成小分子并脱落，大本分胶质被去除。然后通过微生物发酵及其产生的生物酶的分解作用去除荨麻纤维中残余的胶质和部分木质素。脱胶后的荨麻纤维残胶率在2.0%以下，纤维光泽好，柔软，能满足纺织印染等后加工的要求。
[0030]脱胶工艺流程如下:
[0031]荨麻原麻一温水浸泡处理一高压水射流处理一微生物发酵处理一水洗一柔软剂处理一脱水一荨麻纤维。
[0032]实施例1
[0033]I)将荨麻原麻置于20?30°C左右的水中浸泡8?12h，取出晾至不滴水为止，然后调节试样含水率为120?150%。
[0034]2)将一定含水率的荨麻原麻置于高压水射流处理槽内，该处理槽转速约10?15转/分。通过高压泵将自来水加压到60Mpa压力，高压泵连接两个喷水板，喷水板距离原麻材料约2?3cm,每个喷水板面积为0.6m2,喷水板上有600个喷水孔,喷水板的喷水孔直径约0.9mm。喷水板距离原麻材料约2?3cm可形成75m/s的高速射流,水中要加入5%的可溶性乳化油，垂直射向铺展开的荨麻原麻。每次处理原麻10kg，处理时间为30min。
[0035]3)将选育分离好的脱胶微生物活化并扩大培养后，与荨麻纤维一起置于反应釜中，自然pH值，浴比1: 20，发酵周期24h，发酵温度30?40°C，搅拌80?100r/min左右。
[0036]4)柔软剂处理参数为氨基改性有机硅柔软剂5ml/L，温度30?40°C，处理时间15?20分钟，浴比I: 15。[0037]经上述方法所制取的荨麻纤维残胶率约为0.8%，平均单纤维长度约为32.5mm,平均单纤维细度0.66tex，纤维柔软，可以满足纺织加工的要求。
[0038]实施例2
[0039]I)将荨麻原麻置于20?30°C左右的水中浸泡8?12h，取出晾至不滴水为止，然后调节试样含水率为120?150%。
[0040]2)将一定含水率的荨麻原麻置于高压水射流处理槽内，该处理槽转速约10?15转/分。通过高压泵将自来水加压到SOMpa压力，高压泵连接两个喷水板，每个喷水板面积为0.6m2,喷水板上有500个喷水孔,喷水板的喷水孔直径约1.2mm。喷水板距离原麻材料约2?3cm,可形成95m/s的高速射流,垂直射向铺展开的荨麻原麻。水中要加入3%的可溶性乳化油，每次处理原麻10kg，处理时间为30min。
[0041]3)将选育分离好的脱胶微生物活化并扩大培养后，与荨麻纤维一起置于反应釜中，自然pH值，浴比1: 20，发酵周期24h，发酵温度30?40°C，搅拌80?100r/min左右。
[0042]4)柔软剂处理参数为氨基改性有机硅柔软剂5ml/L，温度30?40°C，处理时间15?20分钟，浴比I: 15。
[0043]经上述方法所制取的荨麻纤维残胶率约为1.8%，平均单纤维长度约为34_，平均单纤维细度0.75tex。纤维柔软，质地洁白，可以满足纺织印染等后加工的要求。
[0044]实施例3
[0045]I)将荨麻原麻置于20?30°C左右的水中浸泡8?12h，取出晾至不滴水为止，然后调节试样含水率为120?150%。
[0046]2)将一定含水率的荨麻原麻置于高压水射流处理槽内，该处理槽转速约10?15转/分。通过高压泵将自来水加压到IOOMpa压力，高压泵连接两个喷水板，每个喷水板面积为0.6m2,喷水板上有400个喷水孔,喷水板的喷水孔直径约1.5mmο喷水板距离原麻材料约2?3cm可形成120m/s的高速射流,垂直射向铺展开的荨麻原麻。每次处理原麻15kg,处理时间为30min。
[0047]3)将选育分离好的脱胶微生物活化并扩大培养后，与荨麻纤维一起置于反应釜中，自然pH值，浴比1: 15，发酵周期24h，发酵温度30?40°C，搅拌80?100r/min左右。
[0048]4)柔软剂处理参数为氨基改性有机硅柔软剂5ml/L，温度30?40°C，处理时间15?20分钟，浴比I: 15。
[0049]经上述方法所制取的荨麻纤维残胶率约为1.5%，平均单纤维长度约为32mm，平均单纤维细度0.70tex，可以满足纺织印染等后加工的要求。
[0050]本发明的创新性在于将高压水射流-微生物发酵技术用于麻类脱胶领域。通过对荨麻纤维的化学成分及纤维结构特点的研究，通过大量实验分析，不断优化脱胶工艺参数，最终得到了由高压水射流技术-微生物发酵脱胶技术联合组成的荨麻脱胶工艺配方。该脱胶工艺配方可以有效制取天然生物纤维，具有成本低、速度快、清净率高、不损伤纤维、不污染环境等特点。
【权利要求】
1.一种荨麻脱胶工艺，其特征在于:首先利用高压水射流装置产生的多股微细水射流连续不断地作用于荨麻韧皮纤维，使韧皮纤维的结构松散，胶质复合体断裂并分解脱落，其中水中要加入3?5%的可溶性乳化油。
2.根据权利要求1所述的一种荨麻脱胶工艺，其特征在于高压水流的压力为60?IOOMpa压力，喷水板的喷水孔直径约0.9?1.5mm,每个喷水板上有400?600个喷水孔，可形成75?120m/s的高速射流,每次处理原麻10?15kg,处理时间为20?30min。
3.根据权利要求1所述的一种荨麻脱胶工艺，其特征在于:将高压水射流技术和微生物发酵脱胶技术联合组成荨麻脱胶工艺配方。利用微生物发酵对高压水射流处理后的荨麻纤维进一步处脱胶处理，高压水射流处理后的荨麻纤维结构松散，有利于微生物及其产生的生物酶进入到到纤维孔隙，可充分分解残余的胶质。
【文档编号】D01C1/02GK103924307SQ201410123879
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】李美凤 申请人:李美凤