微波预处理辅助超声波罗布麻纤维脱胶技术及机理研究

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罗布麻是一种理想的天然纺织纤维原料,具有吸湿性好、柔软度高、纤维细长等优点。随着人们对生态、健康、环保纺织品的追求逐步提高,罗布麻纤维因可再生、储量丰富、抗菌保健等优异的性能愈发受到人们的青睐。然而,传统的化学脱胶技术生产流程长、化学药品用量大、废水排放量高、且纤维易受损伤、整齐度偏低,限制了罗布麻纤维进一步的开发利用,因此亟需开发一种绿色高效的新型脱胶技术。在进行植物纤维分离研究的过程中,对纤维在天然状态下的集聚规律进行解析,掌握脱胶过程中不同尺度纤维的长度和细度的变化规律,可有效指导高质量纤维的制备。此外,微波、超声波等物理脱胶方法近年来已证明具有高效、节能、绿色等优点,有望减少传统化学脱胶技术的弊端。因此,本课题设计了一种微波预处理辅助超声波脱胶技术,并系统研究了不同处理条件对罗布麻纤维脱胶效果的影响。研究内容和结果分为如下几个方面:1.研究了纤维在植物韧皮内的天然集聚状态,以罗布麻韧皮作为研究对象,同时引入红麻进行对比分析。麻韧皮切片后利用显微红外成像技术(Micro-FTIR)原位观测韧皮内部化学成分分布,结合SEM图像,可发现罗布麻纤维在韧皮中分布较为松散,而红麻单纤维相互聚集结合成致密的束纤维且与胶质结合紧密,从天然结构上解释了罗布麻纤维应用于纺织加工的优势。2.分别对罗布麻和红麻进行多尺度纤维制备,并对纤维形态进行分析。韧皮经机械或手工剥离出的罗布麻和红麻粗束纤维平均直径在100120μm内;经脱胶后可以得到平均直径在20μm以下的罗布麻束纤维或者平均直径50μm左右的红麻束纤维;在酸性氧化条件可以得到平均直径10μm左右的罗布麻或红麻单纤维。研究发现,两种麻纤维的长度和直径整体呈正态分布,但罗布麻纤维分布更加集中,且罗布麻纤维的长度和直径存在较密切的相关性。3.研究了不同微波预处理条件对罗布麻纤维微观结构、化学成分、纤维直径等性能的影响。在一定范围内,微波预处理强度越大,罗布麻纤维中纤维素含量越高,木质素、半纤维素等胶质含量越低,且纤维表面更加光滑。同时,此过程中纤维平均直径逐渐变低且纤维直径主体占比变大,代表纤维整齐度提升。在此基础上确定了最佳微波预处理工艺参数:脱胶液NaOH浓度1%,处理温度120℃,处理时间15 min。4.本课题开发出一种微波预处理辅助超声波脱胶技术,与传统化学二煮法相比具有明显优势。脱胶过程中化学药品的使用量减少到44.8%,仅需要31.2%的处理时间。同时,采用新方法获取的罗布麻纤维平均细度为3100 Nm,平均长度26.54 mm,断裂强度7.67 c N/dex,白度超过80%,均优于传统化学法,且纤维整齐度高,可纺性更好。
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