香蕉纤维的制取及其结构理化性能研究

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我国是世界香蕉主产国之一,每年可产香蕉五六百万吨供人们享用。然而,伴随产生的几乎等量的香蕉韧皮、香蕉叶、香蕉假茎等副产品却没有得到应有的开发应用,只有少部分被加工成绳索、麻袋、手提包及其他花式品,绝大部分被当作垃圾丢弃掉了,这不仅浪费了资源,还污染了环境。作为一种天然纤维素纤维资源,香蕉纤维的开发不仅可以部分替代化学纤维的使用,同时也迎合了人们追求自然、返璞归真的心理。本文所采用的香蕉纤维原料是经过一定前处理的香蕉韧皮纤维。在对香蕉韧皮化学成分定量分析的基础上,将其与苎麻等麻类纤维的成分作了比较,为纤维的顺利制取奠定了基础;借鉴麻类纤维的制取方法,并充分的利用化学脱胶和生物酶脱胶的优势,探索出了适合香蕉纤维制取的生物酶—化学联合脱胶工艺;另外,本文还对香蕉纤维的物理机械性能和结构形态进行了研究。得出的结论如下:(1)通过对香蕉韧皮的化学成分定量分析发现:香焦韧皮中的半纤维素含量和木质素含量都比较高,分别达到了23.52~25.04%和13~14%。尤其是木质素的高含量,给纤维的顺利制取带来很大的难度。(2)在所选择的预水、预酸(H2SO4)、预超声波、预水和预超声波联合四种预处理方式中,预酸对胶质的去除效果较好,效率较高。较佳的处理工艺参数为:浓度2g/L,浴比1:20,水浴加热50℃,时间2h,常压。(3)在化学脱胶工艺初探中,采用的工艺为:试样准备?预酸?水洗?碱氧一浴(NaOH和H2O2)?酸洗(H2SO4)?水洗?脱水?抖松?给油?脱水?抖松?干燥?香蕉工艺纤维。各工序的工艺参数为:预酸:H2SO4浓度2g/L,浴比1:20,水浴加热50℃,时间2h,常压;碱氧一浴:NaOH 8g/L,H2O26g/L,Na2SiO33%,常压沸煮,浴比1:20,时间3 h,升温时间35~40min:酸洗:H2SO4浓度1g/L,浴比1:20,时间2-3min,常温常压;给油:BSK1.5%,10min,常温。所制得的香蕉工艺纤维的残胶率和木质素残余率分别为6.94%和3.93%。(4)本文在化学脱胶的基础上,探索得出了如下的生物化学脱胶工艺:试样准备?预酸?水洗?生物酶处理?热水失活?碱氧一浴?水洗?打纤?酸洗?水洗?脱水?抖松?给油?脱水?抖松?干燥?香蕉工艺纤维。最佳的工艺参数为:生物酶处理:生物酶用量owf10%,处理时间8 h,pH值8,温度55℃,浴比1:20;其余工序参数同化学脱胶工艺。(5)在最佳工艺条件下,香蕉工艺纤维的主要物理机械性能为:强力88.63cN、伸长3.11%、细度3.13tex。由此可知,香蕉工艺纤维具有初步的纺纱能力。(6)通过对香蕉纤维的形态结构的测试发现,香蕉纤维表面光泽柔和且有转曲,部分纤维还有横节,说明其兼有棉和麻类纤维的形态特征。(7)通过对香蕉韧皮的红外光谱和X射线衍射分析发现,香蕉纤维具有纤维素纤维的特征基团,其结晶度和取向度分别为61.55%和0.8690。通过本课题的研究,作者认为香蕉纤维作为一种新型的生态友好纤维原料具有较大的开发利用加值,经过进一步的研究开发可有望成为一种实用的绿色环保纤维。
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