本发明涉及化工，特别是一种生物超声波制备纺织纤维的方法。
背景技术：
近年来，随着石化资源的日益枯竭，麻类纤维因具有生态、环保等优良特性而备受消费者的钟爱，其需求在逐年增长，全球天然纤维每年增速8%。麻类纤维原料最大特点是纤维含量高，纤维细长有利于交织，强度好纤维胞腔小、胞壁厚、壁腔比大；由于麻类纤维细胞腔细、纤维细胞不透明度高，纤维不容易分丝帚化，使制成的织物透气度低。
采用超声波处理纸浆纤维主要是通过超声波的“空化效应”和“自由基活化作用”。超声空化过程中形成的气泡里不仅含有液体本身产生的蒸汽，而且含有溶解于液体的气体。声空化对纤维素有两种作用：一是空化泡破裂产生的高强微射流形成的高速液体流撞击纤维细胞壁，使纤维表面受到机械撞击和微剪切力，使纤维表面变得起毛、粗糙，暴露出更多的亲水基团，发生细纤维化并起到了轻微打浆的作用；另一是空化泡崩溃产生的高压或高压释放产生的冲击波或脉动空泡界面上的剪切应力或机械运动产生的交变压力变化作用于纤维表面时，必在纤维的原始缺陷处产生应力、应变集中，使纤维细胞壁的初生壁及次生壁外层出现裂纹、细胞壁发生变形和位移及脱除、有更多的次生壁中层暴露出来，纤维表面因而变得粗糙，增加了纤维间的摩擦阻力。其结果是导致纤维素的形态结构、超分子结构、聚合度及其分布发生变化。继续增加超声波作用时间，纤维发生疲劳裂纹的亚临界扩展，导致微晶位错，比表面积增加，结晶度下降，无定形区增大，导致部分纤维断裂，从而纤维平均长度下降。同时在超声波作用下，漂液对纤维素的润胀作用大大加强，缩短药液渗透时间，可断开纤维素分子链间的氢键，打开微孔结构，大大增加纤维素的内表面积，提高其对漂液的可及度和化学反应活性。超声波处理对提高纤维素的保水值有显著效果，纤维润胀程度相对加大，润胀后纤维变得相当柔软可塑，外表面积增大，内部组织结构松弛，分子间内聚力下降，有利于细纤维化的进行。而未去掉初生壁的纤维显得光滑、挺硬、不易吸水润胀。
现有技术中从麻类原料中制备纤维，多通过化学方法，化学方法生产中产生的废液污染化境，破坏土地，污染空气，而且耗能高，耗电及用水量大。不符合国家节能减排政策。物质不能达到有效循环再利用。化学制剂无法从废液中分离，有机物与化学制剂混合在一起，有机物也无法得到再利用，造成大量损失。也就是说，通过化学方法，如碱法制浆，从麻类原料中制备纤维，但是化学方法生产中产生的废液污染化境，破坏土地，污染空气，能耗高，电耗及用水量大，不符合国家节能减排政策。物质不能达到有效循环再利用，废液中的有机物与化学药品混合在一起，有机物无法得到再利用，造成大量损失。废水产生量为18～19 m3每吨浆，废水COD为1300～1500。固体废弃物产生量为300～400kg/吨浆。重要设备依靠进口，投资费用和易损配件维修费用高。
因此，有必要开发生物制纤维技术，从根本上解决上述污染难题，节能减排，省水，降低生产成本且提高物质的使用率。
技术实现要素：
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种生物超声波制备纺织纤维的方法，可有效解决污染，节能减排，省水，降低生产成本且提高物质使用率的问题。
本发明解决的技术方案是，包括以下步骤：
（1）、配制复合菌液：
将褐腐菌：鲁氏不动杆菌：荧光假单胞菌：唐山莱茵默氏菌以质量比为2～3︰1～2︰1～2︰1～2复合在一起，加水制成复合菌液；
复合菌液的菌群密度为6×107个/ml以上；
（2）、原料水洗及汽蒸：
所述的原料为木片或麻类的亚麻、兰麻、黄红麻或剑麻；
将木片切制成长度3～4cm，麻类原料切制成长度4～5cm，然后水洗，进入汽蒸仓，进行汽蒸软化10～30min，原料软化后进入斜螺旋脱水机进行脱水；
（3）、生物降解：
将脱水后的原料送到复合菌液仓，让复合细菌群开始对原料的木质素进行生物降解，脱水后的原料与复合菌液的质量比为1︰6～8，生物降解温度为35～40℃，时间为30～48小时；
（4）、蒸汽灭菌：
将上述生物降解后的原料从复合菌液中捞出、沥水，置入运输存储仓，在运输存储仓里通入水蒸汽，常压下蒸汽灭菌10～30min；
（5）、将灭菌后的原料送入双螺旋挤压疏解机，加入疏解剂，将原料疏解成纤维束；
所述的疏解剂是由质量百分比计的：KOH 2.0～4.0%、H2O2 2.0～6.0%、Na2SiO3 1.5～4.0%、DTPA 0.1～0.5%和余量为水制成；
（6）、进入超声波反应仓处理，使纤维束变成单根纤维：
将纤维束送入超声波反应仓，在反应功率为100～300kw、反应频率为15～30kHz，进行超声波处理30～60min，使纤维束变成单根纤维，使含有单根纤维的纸浆性能得到大幅度提高；
（7）、对纸浆筛选、净化：
将步骤（6）处理后成单根纤维的纸浆送到洗浆机里进行洗涤、净化，然后筛选、过滤，得净化后的单根纤维；
（8）、干燥和梳理成纺织纤维：
将净化后的单根纤维在40～50℃温水中浸泡30～60min，然后烘干、梳理和牵伸，使纤维进一步伸直成纺织纤维。
本发明方法先进，易操作，生产效率高，节能环保，成本低，易推广应用，经济和社会效益巨大。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。
本发明在具体实施中，可由以下实施例给出。
实施例1
本发明在具体实施中，也可由以下方法实现：
（1）、配制复合菌液：
将褐腐菌：鲁氏不动杆菌：荧光假单胞菌：唐山莱茵默氏菌以质量比为2.2～2.8︰1.2～1.8︰1.2～1.8︰1.2～1.8复合在一起，加水制成菌群密度为6×107个/ml以上的复合菌液；
（2）、原料水洗及汽蒸：
将麻类原料切制成长度4～5cm，然后水洗，进入汽蒸仓，进行汽蒸软化10～30min，麻类原料软化后进入斜螺旋脱水机进行脱水；
（3）、生物降解：
将脱水后的麻类原料送到复合菌液仓，让复合细菌群开始对麻类原料的木质素进行生物降解，脱水后的麻类原料与复合菌液的质量比为1︰6.5～7.5，生物降解温度为35～37℃，时间为30～40小时；
（4）、蒸汽灭菌：
将上述生物降解后的麻类原料从复合菌液中捞出、沥水，置入运输存储仓，在运输存储仓里通入水蒸汽，常压下蒸汽灭菌10～30min；
（5）、将灭菌后的麻类原料送入双螺旋挤压疏解机，加入疏解剂，将麻类原料疏解成纤维束；
（6）、进入超声波反应仓处理，使纤维束变成单根纤维：
将纤维束送入超声波反应仓，在反应功率为100～200kw、反应频率为15～20kHz，进行超声波处理30～60min，使纤维束变成单根纤维，使含有单根纤维的纸浆性能得到大幅度提高；
（7）、对纸浆筛选、净化：
将步骤（6）处理后成单根纤维的纸浆送到洗浆机里进行洗涤、净化，然后筛选、过滤，得净化后的单根纤维；
（8）、干燥和梳理成纺织纤维：
将净化后的单根纤维在40～50℃温水中浸泡30～60min，然后烘干、梳理和牵伸，使纤维进一步伸直成纺织纤维。
实施例2
本发明在具体实施中，包括以下步骤：
（1）、配制复合菌液：
将褐腐菌：鲁氏不动杆菌：荧光假单胞菌：唐山莱茵默氏菌以质量比为2.5︰1.5︰1.5︰1.5复合在一起，加水制成菌群密度为6×107个/ml以上的复合菌液；
（2）、木片水洗及汽蒸：
将原料木片切制成长度3～4cm，然后水洗，进入汽蒸仓，进行汽蒸软化10～30min，木片软化后进入斜螺旋脱水机进行脱水；
（3）、生物降解：
将脱水后的木片送到复合菌液仓，让复合细菌群开始对木片的木质素进行生物降解，脱水后的木片与复合菌液的质量比为1︰7，生物降解温度为36～38℃，时间为44～48小时；
（4）、蒸汽灭菌：
将上述生物降解后的原料从复合菌液中捞出、沥水，置入运输存储仓，在运输存储仓里通入水蒸汽，常压下蒸汽灭菌15～25min；
（5）、将灭菌后的原料送入双螺旋挤压疏解机，加入疏解剂，将原料疏解成纤维束；
（6）、进入超声波反应仓处理，使纤维束变成单根纤维：
将纤维束送入超声波反应仓，在反应功率为200～300kw、反应频率为25～30kHz，进行超声波处理40～60min，使纤维束变成单根纤维，使含有单根纤维的纸浆性能得到大幅度提高；
（7）、对纸浆筛选、净化：
将步骤（6）处理后成单根纤维的纸浆送到洗浆机里进行洗涤、净化，然后筛选、过滤，得净化后的单根纤维；
（8）、干燥和梳理成纺织纤维：
将净化后的单根纤维在45℃温水中浸泡30～60min，然后烘干、梳理和牵伸，使纤维进一步伸直成纺织纤维。
本发明产品经测试，纤维细度为4～5dtex，纤维裂断长为3.43～7.02 km；断裂强度为8.28～10.72 cN/dtex；断裂伸长率为3.3～5.2%。
本发明生物制纤维技术，从根本上解决上述污染难题，节能减排，省水，降低生产成本且提高物质的使用率，生物制浆是从制浆源头减少环境污染，节约能耗的一项生物技术。传统上它包括生物化学制浆和生物机械制浆两方面，生物机械制浆是指在机械磨浆前用微生物或酶代替化学药品对原料进行预处理，除了减少废水污染外，还可以降低磨浆能耗，提高设备生产能力，而且可以减少树脂问题，显著提高纸浆的强度性能。因此，可在制浆之前采用筛选和试验出的微生物来预处理原料，使其对原料木质素进行降解和改性。预处理原料的主要影响因素是菌种种类、酶用量、pH值、温度、浓度和原料材种等。在一般化学反应条件下，有机物大分子在高温下裂化产生自由基，而在酶的催化作用下，只需要在常温和中性条件即可使木素大分子结构单元氧化脱氢产生进一步裂解或聚合反应所需的自由基，使自由基反应得以顺利进行。经过生物预处理之后所制得的浆料与对照样浆料相比，在相同纸浆卡伯值下，可以节省化学药品的用量或减少蒸煮时间；或在相同制浆条件下，能降低纸浆的卡伯值，节约下一步漂白工序的化学药品用量；同时，都能使抄造纸张的物理性能得到提高。木质素在真菌或细菌的作用过程是生物降解木质素的过程，是在常温、常压和近中性值条件下进行的，降解的最终产物是二氧化碳和水。白腐菌等菌种一般都能产生三类木素酶，即木素过氧化物酶、二价锰过氧化物酶和漆酶，这些酶都能对木素进行催化降解。有报道确定漆酶（Laccase）和木素过氧化物酶（Lip）单独存在都不能很好地降解木素，而两种酶同时存在时，木素却能得到很好的降解，表明两种酶具有协同作用。白腐菌降解木素有三个特点：（1）能彻底降解木素生成CO2和水，而细菌至多将20%的木素碳转化为CO2；（2）木素降解主要是氧化反应，产物中不出现木素单体；（3）木素降解本身不提供菌体生长所需的碳源和能源（需要另外提供）。
实验和实践证明，本发明与现有技术相比，具有以下突出的有益技术效果：
本发明由于对原料采用生物预处理，使其进一步软化，因而显著提高后序段的挤压撕裂效果及制得纤维的纯度和得率，使得该技术能在实际生产中大规模地推广应用。由于用两个超声波反应仓替代了传统的2个反应仓和取消了高浓盘磨机。因此，该制纤维技术不仅简化了工艺流程，节省了投资；而且提高了经济效益和设备的生产能力及降低了生产成本。不污染环境废液直接转化成有机肥料，达到零排放，零污染。生物方法对纤维能起到保护作用，与传统的化学方法相比，本方法能够将全纤维和半纤维都回收，因此提高得率20%以上。生物方法在常压下进行降解，节能40%以上，减排、低碳，真正实现了节能环保，是纤维生产上的一大创新，经济和社会效益巨大。