香蕉麻預(yù)處理脫膠優(yōu)化研究

丁紹敏，馬藝華，蘇靖，劉學(xué)軍，李明，鄭文武

(1.廣西絹麻紡織科學(xué)研究所,南寧530031;2.江蘇通用環(huán)保集團(tuán)廣西分公司，南寧530022;3.南寧市水果生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)站，南寧530012)

0 引言

天然纖維“健康、舒適和環(huán)保”的特性一向?yàn)橄M(fèi)者所推崇，作為麻家族成員的香蕉纖維以其冰爽排濕、抗菌宜膚的優(yōu)異特性正在被人們逐漸認(rèn)識(shí)。

采用香蕉刮麻機(jī)制取從香蕉分離出的原麻由于含有大量膠質(zhì)成分如果膠、半纖維素、木質(zhì)素、不成熟纖維素等，存在“粗、硬、脆”等問題，只能用于窗簾、坐墊和涼席等家用紡織品。 將“粗、硬、脆”香蕉原麻轉(zhuǎn)化成“細(xì)、柔、韌”的香蕉纖維應(yīng)用于高檔紡織品，需要進(jìn)行脫膠處理。

本文探討了酶預(yù)處理化學(xué)脫膠與雙氧水預(yù)處理化學(xué)脫膠工藝，并對其工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，為香蕉麻纖維制品的深度開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 試驗(yàn)材料

香蕉原麻（用香蕉刮麻機(jī)制取，并經(jīng)水洗、曬干而成）。

1.1.2 試劑

氫氧化鈉，三聚磷酸鈉，雙氧水（30%），山東康地恩大麻酶，ZY-1苧麻油劑等。

1.2 儀器

SH-82水浴恒溫振蕩器(金壇市醫(yī)療儀器廠);XSZ-0800顯微鏡(梧州奧卡光學(xué)儀器有限公司)，F(xiàn)N101-5型鼓風(fēng)干燥箱（長沙儀器儀表廠）;T1000型電子天平（常熟市測試儀器廠）；AR244CN高精度數(shù)字天平（上海奧豪斯）。

1.3 主要測試方法

1.3.1 含膠率

香蕉原麻含膠率檢測參照GB 5889-86《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》規(guī)定進(jìn)行。

1.3.2 膠質(zhì)溶除率

為盡量接近香蕉原麻加工實(shí)際情況，對試驗(yàn)原料不作分類，除雜處理。由于工藝?yán)w維制備采用低堿處理，有相當(dāng)一部分膠質(zhì)雖然與纖維主體已分離但并未溶解，這些呈凝膠態(tài)的膠質(zhì)是可以采用機(jī)械處理或水洗方法去除的。若以機(jī)械分離或水力沖洗掉，對膠質(zhì)分析誤差較大，為更全面地觀察香蕉麻膠質(zhì)去除狀況與香蕉麻工藝?yán)w維成型狀態(tài)并有利于工業(yè)化生產(chǎn)，本試驗(yàn)采用膠質(zhì)溶除率快速測試方法。

采取膠質(zhì)溶除率較為直觀和簡便，能較好地反映短纖維脫膠工藝試驗(yàn)效果。

以60目滌綸濾網(wǎng)沖洗過濾處理試樣，收集、擠干,110℃干燥1.5h，自然環(huán)境下放置平衡半小時(shí)后稱量，對比處理樣品與原料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)即是膠質(zhì)溶除率（%）。

1.4 香蕉麻纖維脫膠工藝與試驗(yàn)方案

1.4.1 酶處理工藝優(yōu)化

酶處理選用山東康地恩大麻酶，用量2%-6%owf,pH7～9，時(shí)間4～6h，55℃，浴比1：20。酶處理后用濾網(wǎng)沖洗過濾，收集、擠干,在110℃干燥1.5h，測膠質(zhì)溶除率（%）。

在酶處理試驗(yàn)中，選L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表。三因子A、B、C分別對應(yīng)pH值、酶用量、時(shí)間，因子A分別為7、8、9三水平，因子B分別為2%、4%、6%三水平，因子C分別為4h、5h、6h三水平，第四列空置。

1.4.2 酶預(yù)處理脫膠

1.4.2.1 試驗(yàn)流程與方案

香蕉原麻→酶處理→精煉→排液→凈洗→熱洗（95℃×20min）→冷洗→脫水→給油→脫水→烘干→測試

在酶預(yù)處理脫膠中，選L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表。三因子A、B、C分別對應(yīng)酶處理時(shí)間、NaOH濃度、精練時(shí)間，因子A分別為4h、5h、6h三水平，因子B分別為6g/L、7 g/L、8 g/L三水平，因子C分別為1.5h、2.0h、3.0h三水平，第四列空置。

1.4.2.2 主要工藝條件

酶預(yù)處理：按酶處理 6%owf,pH8，50℃×4～6h，浴比 1：20。

精練：氫氧化鈉濃度6-8g/L，三聚磷酸鈉品質(zhì)濃度2 g/L，浴比1：20，加熱95℃，時(shí)間2-3h。

凈洗：洗滌劑濃度2g/L浴比1：20，加熱95℃，時(shí)間40min。

給油：ZY-1 油劑 2%owf，浴比 1：7，加熱 50℃，時(shí)間 20min。

烘干：110℃×1.5h。

1.4.3 雙氧水預(yù)處理脫膠

1.4.3.1 試驗(yàn)流程與方案

香蕉莖桿原麻→雙氧水預(yù)處理→精煉→排液→凈洗→熱洗（95℃×20min）→冷洗→脫水→給油→脫水→烘干→測試

在雙氧水預(yù)處理脫膠中，選L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表。三因子A、B、C分別對應(yīng)pH值、溫度、時(shí)間，因子A分別為4、7、9三水平，因子B分別為30℃、50℃、70℃三水平，因子C分別為30 min、60h min、90 min三水平，第四列空置。

1.4.3.2 主要工藝條件

雙氧水預(yù)處理：雙氧水6ml/L，浴比1：20。其余見表4。

精練：氫氧化鈉濃度6g/L，三聚磷酸鈉濃度2 g/L，浴比1：20，加熱95℃，時(shí)間1.5h。

凈洗：洗滌劑濃度2g/L浴比1：20，加熱95℃，時(shí)間40min。

給油：ZY-1 油劑 2%owf，浴比 1：7，加熱 50℃，時(shí)間 20min。

烘干：110℃×1.5h。

1.4.4 正交設(shè)計(jì)方案

在酶處理試驗(yàn)、酶預(yù)處理脫膠和雙氧水預(yù)處理脫膠中，采用通用的L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表，實(shí)驗(yàn)序號(hào)由 1#～9#，因子 ABC 按水平編序分別是 111、122、133，213、221、232，312、323、331。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 香蕉原麻化學(xué)成分

香蕉麻脫膠就是通過生物和化學(xué)等不同方法有效去除果膠、半纖維素、木質(zhì)素等膠質(zhì)成份，從而精制生產(chǎn)出性能良好的香蕉纖維，用于后道的紡織加工。

表1 香蕉原麻化學(xué)成分分析（單位:%）Tab.1 Analysis of chemical constituents of banana stalk(unit:%)

膠質(zhì)是植物生長過程中的細(xì)胞壁伴生物，主要成份為果膠、半纖維素、木質(zhì)素、脂臘質(zhì)和水溶物，不同產(chǎn)地、品種、收獲季節(jié)其含量存在差異，香蕉原麻化學(xué)成分系統(tǒng)分析測試按照GB 5889-86《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》規(guī)定進(jìn)行，見表1。

表2 酶處理正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Orthogonal test results of enzyme treatment

表3 酶處理正交試驗(yàn)結(jié)果分析Tab.3 Results analysis of orthogonal test of enzyme treatment

2.2 酶處理正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

采用生物酶單一處理方法，香蕉麻纖維外觀改變并不明顯，但香蕉原麻的膠質(zhì)已有一部分溶除。酶處理正交試驗(yàn)結(jié)果見表2，其中3#試樣的膠質(zhì)溶除率最高，為21.36%，1#試樣最低，為13.86%。

由表3的正交直觀分析可知，對生物酶處理后香蕉麻纖維膠質(zhì)溶除率的影響大小順序是：處理時(shí)間＞生物酶用量＞pH值，相應(yīng)的酶處理最佳工藝條件是：處理時(shí)間6h，生物酶用量6%owf，pH值8。

2.3 酶預(yù)處理脫膠正交試驗(yàn)結(jié)果分析

酶生化法聯(lián)合脫膠是目前一種較好的脫膠方法。先用復(fù)合酶(或微生物產(chǎn)酶或酶制劑)處理麻，使原麻膠質(zhì)分子結(jié)構(gòu)上發(fā)生較大變化，膠質(zhì)復(fù)合體的結(jié)構(gòu)受到破壞，活化了膠質(zhì)大分子的化學(xué)反應(yīng)性能，提高了大分子對堿的敏感性。然后，在較短的時(shí)間內(nèi)以稀堿液去除酶脫膠后殘余膠質(zhì)。酶預(yù)處理脫膠正交試驗(yàn)結(jié)果見表4。其中3#試樣的膠質(zhì)溶除率最高，為57.06%，1#試樣最低，為52.32%。

表4 酶預(yù)處理脫膠正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of orthogonal test of degumming by enzyme pretreament

表5 酶預(yù)處理脫膠正交試驗(yàn)結(jié)果分析Tab.5 Results analysis of orthogonal test of degumming by enzyme pretreatment

由表5的正交直觀分析可知，對酶預(yù)處理脫膠的膠質(zhì)溶除率的影響大小順序是：氫氧化鈉濃度>精煉時(shí)間>酶處理時(shí)間，相應(yīng)的酶預(yù)處理脫膠最佳工藝條件是：氫氧化鈉濃度8g/L,精煉時(shí)間3h,酶處理時(shí)間6h.。

對烘干后的香蕉精干麻品質(zhì)檢測包括纖維長度、纖維細(xì)度、束纖維強(qiáng)度、白度和纖維分離度；本試驗(yàn)采用感官模糊綜合評定，主要有纖維粗細(xì)、工藝?yán)w維長度、纖維斷裂強(qiáng)度和白度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察評定，7#試樣最好，纖維細(xì)長、不易脆斷，纖維白凈，相應(yīng)工藝條件為A3B1C3,酶處理時(shí)間為6h,氫氧化鈉濃度 6g/L,精練時(shí)間 3h。5#、8# 試樣其次，1#、9#、2# 試樣一般，4#、6#、3# 試樣較差。

以上結(jié)果表明采用膠質(zhì)溶除率和采用感官模糊綜合評定并不一致，這種狀況是由于原料來源造成的，說明原料分類處理，刮麻干凈程度非常重要；另外，從凝膠體烘干后可觀察到碎絨，說明采用低堿處理保留了相當(dāng)一部分不成熟的纖維素。

2.4 雙氧水預(yù)處理脫膠正交試驗(yàn)結(jié)果分析

化學(xué)脫膠方法其原理是利用酸、堿和氧化劑的水解氧化作用，破壞植物細(xì)胞壁上的膠質(zhì)大分子，使之變成能溶于溶液的小分子，從而將膠質(zhì)與麻纖維分離。傳統(tǒng)化學(xué)脫膠能使香蕉麻的纖維性能在一定程度上達(dá)到紡織要求，但是，該方法會(huì)對纖維造成一定程度的損傷，且煮煉廢液含堿較多，污水處理難度較大；因此，采用雙氧水工藝是一條綠色環(huán)保的技術(shù)途徑。雙氧水預(yù)處理脫膠正交試驗(yàn)結(jié)果見表6。其中8#試樣的膠質(zhì)溶除率最高，為55.10%，1#試樣最低，為41.00%。

表6 雙氧水預(yù)處理脫膠正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Results of orthogonal test of degumming by hydrogen peroxide pretreatment

表7 雙氧水預(yù)處理脫膠正交試驗(yàn)結(jié)果分析Tab.7 Results analysis of orthogonal test of degumming by hydrogen peroxide pretreatment

由表7的正交直觀分析可知，對雙氧水預(yù)處理脫膠的膠質(zhì)溶除率的影響大小順序是：預(yù)處理溫度>pH值>預(yù)處理時(shí)間，相應(yīng)的脫膠最佳工藝條件是：pH9,溫度50℃,處理時(shí)間30 min。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察對試樣進(jìn)行感官模糊評定2#試樣最好，纖維細(xì)長、不易脆斷，纖維白凈，相應(yīng)工藝條件為A1B2C2，即 pH4,雙氧水預(yù)處理溫度50℃,處理時(shí)間60 min；3#試樣其次，1#、4#、5#、6# 試樣一般，7#、8#、9# 試樣外觀較差。

3 結(jié)論

香蕉麻酶預(yù)處理脫膠與雙氧水預(yù)處理化學(xué)脫膠工藝最佳優(yōu)化條件：

一是酶預(yù)處理脫膠，以膠質(zhì)溶除率評定，最佳脫膠工藝條件是：氫氧化鈉濃度8g/L,精煉時(shí)間3h,酶處理時(shí)間6h.；以感官模糊綜合評定，試樣最好的相應(yīng)工藝條件為:：酶處理時(shí)間為6h,氫氧化鈉濃度6g/L,精煉時(shí)間3h..。

二是雙氧水預(yù)處理脫膠，以膠質(zhì)溶除率評定，最佳脫膠工藝條件是：pH9,溫度50℃,處理時(shí)間30 min.。以感官模糊綜合評定，試樣最好的相應(yīng)工藝條件為pH4,雙氧水預(yù)處理溫度50℃,處理時(shí)間60 min。

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