漢麻纖維加工原理及設(shè)備

張曉超

摘要：

漢麻是一種古老的生物質(zhì)資源，對保障能源安全、保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有非常重要的意義。本文介紹了漢麻的低碳環(huán)保特性，以及漢麻纖維低碳環(huán)保加工技術(shù)和流程設(shè)備。

關(guān)鍵詞：漢麻；低碳環(huán)保；生物質(zhì)；節(jié)能減排；綜合利用

漢麻原多稱大麻，又稱火麻、線麻。因大麻的名稱易與毒品混淆，近年來多數(shù)專家和學(xué)者建議將用于紡織領(lǐng)域的大麻纖維稱作漢麻。漢麻屬一年生草本植物，是人類最早用于紡織領(lǐng)域的纖維之一。漢麻纖維的微晶結(jié)構(gòu)不同于棉、苧麻和亞麻，雖單纖維較為細(xì)軟，但纖維束分裂度較差，長度和細(xì)度均勻度差，給漢麻纖維的紡織印染帶來較大困難，產(chǎn)品一直處于中低檔水平。因此研究開發(fā)新工藝和適銷對路的漢麻家紡、服裝面料，必將獲得巨大的經(jīng)濟效益，并可推動漢麻印染面料品質(zhì)的提升。

1 漢麻纖維的特性

（1）漢麻纖維單纖維長度15～25mm，細(xì)度15～30μm，比重1.48，分子結(jié)構(gòu)縱向排列緊密，結(jié)晶度及定向度高，是各種麻纖維中最細(xì)軟的一種。纖維頂端呈鈍圓形，沒有苧麻、亞麻那樣尖銳的頂端，故成品特別柔軟適體。避免了其他麻類紡織品共有的粗硬感與刺癢感，穿著較為舒適柔軟[1]。

（2）漢麻纖維中心具有細(xì)長的空腔，纖維表面縱向分布有許多裂紋和小孔洞，形成優(yōu)異的毛細(xì)效應(yīng)，故吸濕排濕性能優(yōu)越。

（3）漢麻纖維橫截面比苧麻、亞麻、棉、毛纖維復(fù)雜，為不規(guī)則三角形、六邊形、扁圓、腰圓等，中腔與外形不一，其分子形態(tài)為多棱狀，較松散，有螺旋紋。當(dāng)聲波、光波照射過來，一部分形成多層折射或被吸收，大量形成了漫反射，因此，漢麻纖維對音波、光波有良好的消散作用，無需特別整理可阻擋強紫外光的輻射。

（4）干燥的漢麻纖維是電的不良導(dǎo)體，其抗電擊穿能力比棉纖維高30%。90%，是良好的絕緣材料。漢麻纖維吸濕性能好，標(biāo)準(zhǔn)條件下含潮率可達(dá)12%，而空氣濕度達(dá)95%時，含潮率可達(dá)30%，手感卻不覺得潮濕，因此漢麻紡織品可避免靜電積聚，不易因摩擦起球和吸附灰塵。

（5）漢麻纖維耐熱性能也使其他纖維望塵莫及，在370℃高溫時不變色，因此，漢麻紡織品特別適宜做防曬服裝和各種特殊需要的工作服、汽車坐墊、裝飾布等[2]。

（6）漢麻纖維含有微量的漢麻酚類物質(zhì)和十多種對人體健康有益的微量元素，且對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、白色念珠菌、青霉、曲霉等有明顯的滅殺、抑制作用，護(hù)膚保健之效明顯。

（7）漢麻纖維能發(fā)射4～8μm的遠(yuǎn)紅外光波，有調(diào)節(jié)人體微循環(huán)的功效，是性能良好的保健纖維。

2 漢麻的低碳環(huán)保性

漢麻是一種生命力很旺盛的作物，除極地和熱帶雨林外，在世界各地幾乎都可以生長。我國是世界上最早栽培和使用漢麻的國家之一，距今已超過6000年。通過深入研究表明，漢麻是一種具有突出“低碳品質(zhì)”的高值生物質(zhì)資源，并且是可以在多個行業(yè)利用的工業(yè)原材料，具有以下特點：

2.1 生態(tài)性

漢麻與其他植物有良好的可共性，不與糧、棉、油爭地，對土質(zhì)要求不高，山坡地、荒地和鹽堿地等都能種植，根系使土壤中氧含量和肥力得到提高，土壤不板結(jié)。漢麻是速生植物，其葉子更新快，對蟲害的耐受力較強。與其他農(nóng)作物間作，漢麻田附近的害蟲會被漢麻大量的綠葉吸引過來。種植漢麻使適應(yīng)并危害常見農(nóng)作物的病原體及害蟲的生物周期被打破，因此這些病/蟲害由于漢麻的輪作被迫遠(yuǎn)離。可減少農(nóng)藥、殺蟲劑等易造成溫室氣體高排放的化學(xué)藥劑的使用。葉子回田后降解，養(yǎng)分被土壤吸收。

2.2 資源性

麻生物產(chǎn)量高，特別適合于和其他作物輪作間作。一季漢麻生長期僅為120天左右，但其生物產(chǎn)量高，一季稈芯的產(chǎn)量相當(dāng)于一年速生林，每畝漢麻韌皮纖維常量可達(dá)l00kg以上，最高可達(dá)200kg。漢麻的韌皮、稈芯、花、葉和根均具有很高的利用價值，是一種高值特種生物資源。

2.3 低碳性

漢麻種植具有顯著的低碳性，從種植到收獲，每噸漢麻排放的CO2僅為544kg，而棉花為1680kg，而合成纖維生產(chǎn)CO2排放量比天然纖維高10～20倍。同時漢麻也是一種優(yōu)秀的“碳匯”植物，在生長過程中通過光合作用吸收空氣中的CO2，并以有機物的形式固定于植物體內(nèi)，具有明顯的固碳效應(yīng)，是一種很好的低碳環(huán)保經(jīng)濟作物。據(jù)測算，種植一公頃漢麻在100天的生長周期內(nèi)可以在纖維素碳中隔離并儲存（螯合作用）20噸的CO2，并且在土壤中隔離并貯存另外500kg 的CO2。

3 漢麻纖維加工技術(shù)的低碳環(huán)保性

漢麻的低碳性不僅體現(xiàn)在其種植與收獲上，在整個漢麻紡織品的生產(chǎn)過程中也是本著低碳、環(huán)保、可持續(xù)的原則，不斷加大技術(shù)創(chuàng)新力度，引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，使產(chǎn)品的綠色、低碳源于原料，始于生產(chǎn)過程。做到了低能耗、低排放。在漢麻纖維的初始加工階段，研制出生物脫膠技術(shù)，最大限度地避免了因化工料的使用，給環(huán)境和產(chǎn)品帶來的污染；實施了污水處理等一系列節(jié)能減排項目；在紡紗、織造過程中，不斷加大技術(shù)創(chuàng)新，引進(jìn)新設(shè)備、開發(fā)新技術(shù)，不僅提高了產(chǎn)品的科技含量，而且實現(xiàn)了低能耗、高產(chǎn)出。

3.1 韌皮纖維提取技術(shù)——鮮莖皮稈分離技術(shù)

采用機械皮稈分離機剝皮具有許多優(yōu)點：纖維損傷小，長度長，強度高；沒有后成熟問題，木質(zhì)素含量低；可在田間地頭加工，工藝簡單；沒有污染，加工廢棄物直接利用；加工成本低，工藝流程短；同時提高了效率，減少了人工，同時稈皮得率高于以前人工剝皮和機械打麻。采用這種漢麻韌皮纖維鮮莖皮稈分離的提取方法，利用鮮莖皮稈分離設(shè)備，具有韌皮纖維產(chǎn)量高，損失??；韌皮纖維質(zhì)量穩(wěn)定，木質(zhì)素含量低，長度長；加工工藝簡單，生產(chǎn)效率高，用人少，產(chǎn)生成本低，滿足了田間山頭生產(chǎn)需要，解決了傳統(tǒng)稈莖加工時收割、去葉、曬干等工序用人多、效率低、運輸費高等難題；加工過程無污染產(chǎn)生，副產(chǎn)物稈莖和葉子便于直接利用，有效避免了傳統(tǒng)漢麻韌皮纖維提取時漚麻所產(chǎn)生的大量污水，同時解決了漚麻對稈莖性能的負(fù)面影響[3]。endprint

3.2“機械+生物+高效漂洗”三位—體脫膠新工藝和新裝備

采用擠壓、揉搓、振蕩、拍打等物理作用方式對漢麻韌皮纖維進(jìn)行機械脫膠處理，使韌皮纖維分裂度提高50%以上，確保了脫膠的高效、快速和均勻。

傳統(tǒng)的脫膠麻籠多采用中心柱滿掛麻稈，中心柱開孔，麻束卷繞2～3次掛于掛麻稈上，處理液在泵的帶動下自中心柱的孔眼向外噴射循環(huán)，這樣做出的麻經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)外處理不勻現(xiàn)象，內(nèi)層較白而外層較差，上下層也易出現(xiàn)處理不勻，尤其在泵力不足時更加明顯，另外掛麻隨意性大，使麻的根、中、梢部處理力度存在很大差異，不符合分段加工的方式。新發(fā)明的掛麻架采用了一種能實現(xiàn)缸內(nèi)噴淋和高效循環(huán)的設(shè)計，中心柱不開孔，最上端的掛麻稈為主桿，向下均勻布滿副稈，麻束自然垂直，處理液在循環(huán)時自主桿均勻向下流動，加之副稈的噴淋作用，使整個麻束的處理均勻一致，所生產(chǎn)的產(chǎn)品內(nèi)外、上下的色澤、手感、殘留膠質(zhì)等基本一致，確保不同麻束之間對應(yīng)部位的均勻一致。高效的循環(huán)和噴淋處理方式能使所使用的化工助劑等發(fā)揮其最大的作用，減少不必要的能耗，同時能有效減小浴比，降低污水的排放量和對環(huán)境的影響，并能縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率.

脫膠后得漢麻精干麻的梳成率可提高7%～9%；精梳麻粒少而小，纖維整齊度高，短纖、短絨率低。生物脫膠后的精干麻外觀、手感及物理性能測試中均優(yōu)于化學(xué)脫膠，特別是在纖維手感及光澤上。生物脫膠后精干麻的伸長率（用于表示纖維柔軟度指標(biāo)）比化學(xué)脫膠精干麻提高了15%左右，且其纖維強度也有所提高，達(dá)到4.0cN/D以上。通過紡紗測試，其纖維制成率提高了4%～7%，麻條不勻率下降了1%左右，成品質(zhì)量較好[4]。

通過篩選、育種、脫膠試驗，優(yōu)選了漢麻韌皮纖維生物脫膠菌種——嗜堿性革蘭陽性菌種HXM一09，具有生長及繁殖能力旺盛、抗污染、適應(yīng)能力強、可重復(fù)使用、易滅活脫、脫膠效率高等特點，菌株在14h～18h內(nèi)脫膠率可達(dá)60%～80%。以此為基礎(chǔ)發(fā)明了韌皮纖維液下生物——高溫漂洗聯(lián)合脫膠新工藝和新設(shè)備，實現(xiàn)了溫控簡單、濕度恒定、給氧均勻、循環(huán)使用的目標(biāo)，克服了傳統(tǒng)生物脫膠由于在空氣中溫度、濕度、供氧難以控制而引起的脫膠不均勻的難題。采用高溫漂洗，可有效脫出半纖維素、木質(zhì)素等雜質(zhì)。所處理纖維更均勻，所用堿濃度僅為常規(guī)化學(xué)脫膠的10%，取代了傳統(tǒng)的浸酸——堿煮化學(xué)脫膠方式[4]。

“機械+生物+高效漂洗”三位一體脫膠技術(shù)首次實現(xiàn)麻類韌皮纖維連續(xù)機械化加工。由于能耗、化工原料投入及污水排放的減少，加上脫膠微生物新陳代謝活動消耗了部分有機物，生物脫膠工藝可以很大程度上減輕無機及有機污染物排放。生產(chǎn)lt精干麻所產(chǎn)生的高中濃度生物脫膠廢水76t左右，廢水COD在2200mg/L ～2500mg/L（單純化學(xué)脫膠15000mg/L～20000mg/L），BOD可降低到200mg/L（單純化學(xué)脫膠350mg/L ～500mg/L）以下，色度為1800～2300倍，污水排放量降低30%，蒸煮時間比常規(guī)縮短4倍，提高了工作效率。故生物脫膠廢水易于處理達(dá)標(biāo)，從而減輕污水處理構(gòu)筑物負(fù)荷，節(jié)省污水處理費用。

3.3 漢麻纖維生產(chǎn)節(jié)能減排技術(shù)

采用原始創(chuàng)新發(fā)明的分纖水洗和漂洗柔軟工藝和設(shè)備，實現(xiàn)了漢麻韌皮纖維帶狀連續(xù)處理，結(jié)束了韌皮纖維分纖水洗手工或半機械化加工的歷史。將傳統(tǒng)敲麻、柔軟、漂白、水洗等手工或間歇操作連續(xù)化，減輕了工人勞動強度，節(jié)約了用工，提高了生產(chǎn)效率；采用打出膠質(zhì)單獨通道排出，后工段的排水簡單過濾回用到前工段，實現(xiàn)了大幅度降低用水量，比常規(guī)處理節(jié)省3倍左右用水。大幅度減少了用水和污染排放；連續(xù)順直處理，保證了纖維的平直程度，減少纖維損耗和損傷，提高了纖維利用率；可控連續(xù)敲打和水洗，保證了分纖和洗滌的均勻，使脫膠更均勻，提高了纖維分裂度，從而提高了分纖加工的效果，為漢麻高支精細(xì)加工奠定了基礎(chǔ)。由于分纖漂洗柔軟設(shè)備的生產(chǎn)使得牽切紡成為可能，不僅提高了生產(chǎn)效率，同時避免了采用開松機、梳麻機所帶來的麻粒多、纖維損傷嚴(yán)重的問題，提高了纖維得率，提高了纖維分裂度，使得漢麻高支紡紗成為可能。

采用先進(jìn)的污水處理設(shè)備與工藝，在分纖水洗工序使用污水處理中水生產(chǎn)，可以大大減少生產(chǎn)中廢水的產(chǎn)生量，對環(huán)境友好。試驗表明使用污水處理中水與用自來水分纖水洗后的纖維的分裂度和硬條基本一致，殘膠分別為2.61%及2.35%，可見使用中水分纖水洗對纖維有一定影響，但只要在一遍分纖水洗采用中水，二遍分纖水洗使用自來水，不僅對纖維影響很小，還能實現(xiàn)資源重復(fù)利用。所以采用中水回用分纖水洗基本可以滿足現(xiàn)階段生產(chǎn)需求。

4 研究展望

漢麻是一種優(yōu)良的生態(tài)性、資源性和低碳性植物，漢麻纖維具有優(yōu)秀的吸濕性能、抗菌保健性能、耐熱耐曬性能等，在人類越來越推崇返璞歸真、崇尚自然、綠色環(huán)保的消費理念下，漢麻產(chǎn)品具有廣闊的發(fā)展前景，必將擁有廣闊的消費市場。但是由于漢麻身份的特殊性，在很長一段時間里我國一度嚴(yán)禁種植，停止了對其的科研投入，導(dǎo)致許多研究有待發(fā)展。經(jīng)過本課題的研究，為深入改善漢麻織物的柔軟性、提高漢麻織物的服用性能奠定了基礎(chǔ)。漢麻如果想要走得更遠(yuǎn)，需要研究的內(nèi)容還有很多：

（1）發(fā)展?jié)h麻的綜合利用技術(shù)。因為漢麻全身是寶，提高漢麻整個種植的綜合效益，有利于加強對市場變化的應(yīng)對能力。

（2）改善漢麻織物服用性能。漢麻纖維存在麻類纖維共同的缺點，纖維長度不勻率較高，毛羽多、硬、長.以及漢麻纖維中的果膠和木質(zhì)素等雜質(zhì)，都使得漢麻纖維彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度大，而且漢麻單纖維長度較短，目前還沒有與之適應(yīng)的紡紗系統(tǒng)，需以工藝?yán)w維形式紡紗，導(dǎo)致漢麻織物剛性大，服用性能差，穿著時有刺癢感等各類問題。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究漢麻織物的柔軟整理工藝，刺癢感處理技術(shù)，減少毛羽紗的加工技術(shù)，開發(fā)高支漢麻紗技術(shù)等。

（3）增加漢麻產(chǎn)品的附加值。在如今的高科技時代，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度是越來越快，想要在新產(chǎn)品層出不窮的市場上具有競爭能力，就必須不斷提高自身的附加值。漢麻產(chǎn)品除了要發(fā)揮自身原有的各種優(yōu)勢外，還可以研究開發(fā)更多的功能性漢麻產(chǎn)品，如研制醫(yī)用漢麻產(chǎn)品、漢麻非織造產(chǎn)品、環(huán)保型漢麻復(fù)合材料等。

（4）提高漢麻產(chǎn)品生產(chǎn)的環(huán)保性。地球只有一個，保護(hù)環(huán)境已是全球共同努力的目標(biāo)。但是紡織品生產(chǎn)的污染問題一直是一個嚴(yán)重問題。雖然漢麻纖維是一種優(yōu)異的可降解環(huán)保綠色產(chǎn)品，但是在其生產(chǎn)、開發(fā)過程中，依然需要使用大量的酸、堿等化學(xué)試劑，需要消耗大量的能源，因此研究如何使?jié)h麻的脫膠、染色、后整理等工藝更環(huán)保，減少染化料助劑的使用，或者研制環(huán)保型的生物處理技術(shù)等等，也值得我們進(jìn)一步地探討[5]。

參考文獻(xiàn)：

[1]濰坊齊榮紡織有限公司研發(fā)中心.漢麻機織物節(jié)能環(huán)保印染工藝研究[C].杭州：2009東方能源杯印染行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)交流會論文集，2009.

[2]張華，張建春.漢麻纖維加工技術(shù)研究及在針織行業(yè)的應(yīng)用[J].針織工業(yè)，2007，（3）：20-24.

[3] 張建春.漢麻纖維加工技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化前景[C].北京：中國天然纖維論壇，2009.

[4] 郝新敏， 高明齋， 楊元，等. 漢麻生物質(zhì)低碳環(huán)保加工技術(shù)[C].常州：2011傳化股份全國印染行業(yè)節(jié)能環(huán)保年會，2011.

[5] 倪燕. 漢麻織物柔軟整理工藝及其性能研究[D]. 上海：東華大學(xué)， 2012.

（作者單位：塔城地區(qū)纖維檢驗所）endprint