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我国每年棉花进口量很大且逐年增加,而我国每年的棉秆皮废弃量均在400万吨以上,要充分利用棉秆皮这一丰富的自然资源就必须对棉秆皮进行脱胶处理。棉秆皮纤维是一种优良的韧皮纤维,但棉秆皮中的半纤维素和木质素含量较高,传统的水沤棉秆皮和化学脱胶方法均存在着产量低、质量不稳定和环境污染严重等弊端。酶法脱胶虽然能耗低,对环境的污染少,但存在脱胶不彻底的缺点。为了克服现有技术中单一化学法脱胶污染环境严重和单一的生物酶脱胶率低的缺点,本课题探讨了棉秆皮高温快速脱胶技术,研究了高温蒸煮处理对棉秆皮纤维脱胶效果、结晶结构和热分解性能的影响,为棉秆皮高温快速这一绿色环保的脱胶技术提供理论依据。
本文的主要工作内容和结论如下:
1.测试原棉秆皮和脱胶后的棉秆皮纤维化学成分。经过三种不同脱胶方法(常温水沤、常压脱胶、高压120℃脱胶)处理后,测试棉秆皮纤维的基本物理性能。高压120℃脱胶处理后,棉秆皮纤维纤维素含量最高达90.23%,平均长度22.78mm,平均线密度0.90tex,断裂强度为20.4.cN/tex,断裂伸长率为4.95%。
2.研究高温蒸煮条件对棉秆皮脱胶效果的影响。实验表明:通过正交实验,对比纤维长度、细度、纤维素含量、胶质去除率及纤维强伸性能后,得出在温度150℃,氢氧化钠用量12%,硫化度20%,浴比1:15,保温时间30min蒸煮条件下得到的棉秆皮纤维素含量最高,纤维表面最光洁。温度过高或碱量过大都会使部分纤维素降解,对纤维造成损伤。实验测试得到的胶质去除率达到90.48%,纤维平均长度为24.83mm,平均细度为0.90tex,断裂强度为22.61cN/tex,断裂伸长率为5.06%。
3.采用XRD技术分析棉秆皮纤维的结晶结构,运用高斯近似函数分峰法计算棉秆皮纤维的结晶度和微晶尺寸。结果表明,棉秆皮纤维的结晶度和微晶尺寸随NaOH质量分数的增加而增加,在碱量达到11%后其结晶度和微晶尺寸开始下降;而在不损伤纤维的条件下,棉秆皮纤维的结晶度和微晶尺寸随处理温度的提高而增加,在150℃后结晶度和微晶尺寸开始下降。
4.采用TG技术分析棉秆皮纤维的热降解性能。结果表明,随着棉秆皮脱胶处理温度的增加,棉秆皮纤维的最大速率分解温度从100℃处理至150℃处理逐渐增加,但170℃处理的棉秆皮纤维的DTG最大速率分解温度有下降趋势。从原棉秆皮纤维至11%碱用量处理后的棉秆皮纤维,起始分解温度不断提高。从11%至17%,起始温度有些缓慢下降。高温蒸煮处理增强了棉秆皮纤维的热稳定性能,棉秆皮纤维的热稳定性能与晶体结构有关。