羅布麻纖維脫膠工藝研究進(jìn)展

李傳賀

(青島大學(xué)，山東 青島 266071)

1 引言

羅布麻因羅布泊而得名，屬于夾竹桃科多年生野生草本韌皮纖維植物[1]。目前我國羅布麻儲量十分豐富，野生羅布麻主要集中在新疆地區(qū)，此外甘肅等地也有大面積人工種植的羅布麻。隨著人們對環(huán)保的重視，麻制品因能降解的特點(diǎn)，逐漸受到人們的青睞。羅布麻纖維比苧麻纖維要細(xì)，單纖維強(qiáng)力是其5～6倍，但延伸率只有30%，擁有更好的柔軟性，穿著舒適，此外羅布麻纖維還具有抗紫外線和抗菌作用，是一種性能十分優(yōu)異的紡織原料[2]。同時(shí)羅布麻也是一種傳統(tǒng)的中藥材，可用于清熱降壓、預(yù)防高血脂、心力衰竭、延緩衰老等。用羅布麻纖維織成的衣物可以通過與皮膚的接觸，緩慢釋放其有效藥用成分如多種強(qiáng)心甙類、槲皮素類等，發(fā)揮保健功能[3]。

羅布麻原麻主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠、脂蠟質(zhì)、水溶物等[4]。用于紡織的羅布麻纖維是通過脫膠工藝從羅布麻韌皮部制取的纖維，脫膠方式會(huì)對纖維性能產(chǎn)生直接影響。羅布麻紡織產(chǎn)品未能在市場上大規(guī)模推廣，最關(guān)鍵的制約因素就是羅布麻的脫膠工藝，因此本文對羅布麻纖維脫膠工藝研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析、總結(jié)。

2 羅布麻纖維的成分分析

脫膠的目的是制備具有可紡性的羅布麻纖維，因此在脫膠過程中要盡可能地去除膠質(zhì)且使纖維盡量分散。羅布麻纖維制備方法主要包括化學(xué)法(酸、堿、氧化性鹽)、物理法(人工、閃爆、超聲、微波)、生物法(天然漚制、細(xì)菌、酶)、物理化學(xué)聯(lián)合法、生物化學(xué)聯(lián)合法等。麻纖維各成分所占比例是麻類脫膠方法選取和脫膠工藝制定的一項(xiàng)重要依據(jù)，羅布麻、苧麻、亞麻、苧麻的化學(xué)組成如表1所示[5～7]。

表1 主要麻類纖維的化學(xué)組成

由表1可知，與其他麻類纖維相比，羅布麻纖維上包裹了更多膠質(zhì)，這也是羅布麻纖維脫膠更加困難的原因。

3 羅布麻脫膠方法

3.1 化學(xué)脫膠

麻類的化學(xué)脫膠法比較成熟，目前工廠生產(chǎn)麻類纖維大多采用此種方法。羅布麻化學(xué)脫膠的原理是根據(jù)其各化學(xué)組分對酸、堿、氧化劑耐受性不同，將纖維中的木質(zhì)素、半纖維素、果膠等去除。在這個(gè)過程中要盡可能避免傷害纖維，以便較好地保持纖維的物理機(jī)械性能。

為提高纖維產(chǎn)量和品質(zhì)，在煮練的前后還有前處理和后處理工序。前處理一般采用浸水，時(shí)間需1小時(shí)以上。堿煮一般采用燒堿和氧化劑(如過碳酸鈉、元明粉等)，可一煮也可二煮，為取得更好的效果，一般采用二煮。作為目前主流的生產(chǎn)方法，化學(xué)脫膠也有許多缺點(diǎn)：處理過程中會(huì)浪費(fèi)大量的水，且生產(chǎn)過程中會(huì)用到大量化學(xué)藥品，對環(huán)境產(chǎn)生危害；由于處理過程中麻纖維經(jīng)過長時(shí)間的高溫堿煮工藝，會(huì)造成纖維的品質(zhì)下降。

張健飛等人[8]采用稀堿預(yù)處理和二次堿煮法對羅布麻進(jìn)行脫膠，對脫膠所得精干麻的殘膠率、分裂度和黃酮含量進(jìn)行了測試，考察了不同堿濃度、堿煮時(shí)間和溫度對脫膠效果的影響。結(jié)果表明：隨著堿濃度、堿煮時(shí)間和溫度的升高，精干麻的殘膠率和黃酮含量逐漸降低；經(jīng)稀堿預(yù)處理后，二次堿煮脫膠最佳工藝條件為NaOH質(zhì)量濃度20 g/L，處理時(shí)間1.5 h， 溫度70℃，與傳統(tǒng)二次堿煮法相比，稀堿預(yù)處理和二次堿煮法對羅布麻的脫膠效果更好。

楊鋒銳等人[9]使用離子液體對化學(xué)脫膠工藝進(jìn)行了改進(jìn)，降低了脫膠過程中NaOH的使用量，且得到的精干麻質(zhì)量達(dá)標(biāo)。其工藝參數(shù)為：1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)80 %，處理時(shí)間360 min，溫度130℃，浴比1∶20；堿煮條件：NaOH質(zhì)量濃度10 g/L，Na3P3O10質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，處理溫度95℃，時(shí)間120 min，浴比1∶20，但由于離子液體價(jià)格高昂，在工業(yè)化生產(chǎn)中不占優(yōu)勢。

3.2 生物脫膠

隨著環(huán)保意識的加強(qiáng)，生物脫膠越來越受到業(yè)內(nèi)的重視，其作用機(jī)理就是通過微生物或微生物產(chǎn)生的酶如果膠酶、漆酶等對膠質(zhì)進(jìn)行定向生物降解。生物脫膠主要包括微生物脫膠和酶脫膠兩種方法。相比化學(xué)脫膠，其生產(chǎn)過程對環(huán)境友好，且因反應(yīng)條件較為溫和，對纖維傷害較小。

3.2.1微生物脫膠

微生物脫膠就是利用微生物分解麻纖維的膠質(zhì)。我國傳統(tǒng)的漚麻方法就是微生物脫膠的一種方式，但其耗時(shí)長、效率低、不環(huán)保，且膠質(zhì)去除不干凈，獲得的精干麻的品質(zhì)不高。張濤等人[10]采用復(fù)合菌株極大提高了脫膠效率。利用響應(yīng)面法得到復(fù)合酶脫膠的最佳工藝條件：pH值為8，MgSO4·7H2O為0.069 g/L,培養(yǎng)床速度77 rpm、溫度40℃、菌液接種量30%、脫膠時(shí)間4 h、槐糖脂質(zhì)量濃度0.15 g/L、浴比1∶40。

3.2.2酶脫膠

酶是生物界中極重要的一種綠色催化劑，具有高效和專一的特點(diǎn)。麻脫膠過程中使用的酶包括漆酶、果膠酶、裂解酶等。酶法脫膠對環(huán)境友好，但生物酶對反應(yīng)環(huán)境要求高，且活力不強(qiáng)，脫膠效果連續(xù)性較差。

李豐碩等人[11]運(yùn)用交聯(lián)酶聚集體技術(shù)對枯草芽孢桿菌FM208849所產(chǎn)的果膠酶進(jìn)行固定化，將制得的交聯(lián)果膠酶聚集體用于羅布麻皮脫膠。結(jié)果表明以體積分?jǐn)?shù)4%的戊二醛溶液在30℃水浴中對果膠酶聚集體交聯(lián)135 min，可以得到性能優(yōu)異的交聯(lián)果膠酶聚集體；利用5 mL的10 mg/mL果膠酶CLEAs懸浮液對漚麻液(含羅布麻皮1 g)在45℃水浴中脫膠8 h，可以使其殘膠率降至4.61%；利用交聯(lián)果膠酶聚集體對漚麻液進(jìn)行10次脫膠實(shí)驗(yàn)后，其殘膠率仍可保持在11.25%以下，可重復(fù)利用性較高。

3.3 物理脫膠

物理脫膠方法生產(chǎn)效率高，且不會(huì)對環(huán)境造成污染，如蒸汽爆破、微波、超聲波等。

蒸汽爆破主要利用高壓蒸汽對半纖維素、果膠等膠質(zhì)的水解作用，以及高壓蒸汽瞬間爆破產(chǎn)生的破壞力對纖維表面膠質(zhì)產(chǎn)生的剝離作用。利用此手段得到的纖維原料，分散性好，利于進(jìn)一步脫膠處理。

微波可使纖維內(nèi)部分子極性化，引發(fā)高頻震蕩。且在反應(yīng)過程中，纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等不同組分被選擇性加熱，和單純的高溫高壓加熱相比，更有利于纖維中各組分的分離，脫膠效果更好。

超聲波在清潔方面應(yīng)用較廣，后逐漸引入紡織領(lǐng)域，在促進(jìn)染色方面取得了很好的效果。其在液體中產(chǎn)生的空穴效應(yīng)，對脫膠過程也能起到積極的輔助作用。任燕等人[12]在生物酶脫膠工藝中，采用超聲波預(yù)處理來提高脫膠效率。試驗(yàn)表明，超聲波預(yù)處理相較于浸水、浸酸處理更有助于羅布麻原麻膠質(zhì)的去除。當(dāng)超聲波預(yù)處理溫度為50℃、時(shí)間30 min、超聲頻率40 kHz時(shí)，結(jié)合生物酶脫膠后羅布麻的脫膠率可達(dá)17%，再配以堿氧煮，脫膠率可達(dá)34%，精干麻白度可達(dá)62%。

3.4 聯(lián)合脫膠

化學(xué)脫膠、生物脫膠、物理脫膠雖各有優(yōu)勢但難以滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。因此，一方面需繼續(xù)深入研究，彌補(bǔ)其工藝的缺點(diǎn)；另一方面可以把各種脫膠方法聯(lián)合使用，如物理化學(xué)聯(lián)合脫膠、生物化學(xué)聯(lián)合脫膠，優(yōu)勢互補(bǔ)，從而獲得一個(gè)綜合評價(jià)較高的脫膠方法。

單小紅等人[13]將堿性果膠酶與木聚糖酶按一定比例復(fù)配，對新疆羅布麻原麻進(jìn)行脫膠以提取紡織用羅布麻纖維，并另用微量堿對羅布麻纖維進(jìn)行再處理，以調(diào)整精干麻的殘膠率。通過實(shí)驗(yàn)，獲得了復(fù)配酶/堿聯(lián)合脫膠工藝的最優(yōu)工藝參數(shù)，并與傳統(tǒng)堿脫膠工藝進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)經(jīng)優(yōu)化的復(fù)配酶/堿聯(lián)合脫膠工藝及再處理工藝后獲得的羅布麻精干麻長度更長，纖維更柔軟，殘膠率僅為2.12%，各項(xiàng)可紡性能可滿足羅布麻紡紗和后加工的要求。

4 結(jié)語

化學(xué)脫膠方法作為最有效的方法，被工業(yè)生產(chǎn)廣泛采用，但是其高污染、高耗水的弊端也引起了人們的重視；生物脫膠雖污染少，但效率低，且可控性差；物理脫膠不徹底，一般需要同其他脫膠方式配合使用。聯(lián)合脫膠法近幾年發(fā)展較好，但由于其成本較高，并未大規(guī)模進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)。隨著人們環(huán)保意識的提升，羅布麻纖維越來越受到人們的喜愛，開發(fā)一種綠色高效的脫膠手段具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。