欧洲产大麻的脱胶工艺研究

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大麻作为天然纤维素纤维,具有优异的强度以及良好的抗菌、抑菌、吸湿透气等性能,在工业、造纸、服装以及医用等领域应用广泛。但由于其所含的四氢大麻酚(THC)曾被用作毒品的原料,造成种植和研究出现了停滞,直到1988年《联合国禁止非法贩运麻醉药品和精神药物公约》的确立,才宣告大麻的工业开发利用进入了新时期。在倡导可持续发展的形势下,大麻因为在种植过程中不施用任何化学药剂、生长过程还能吸收土壤中的重金属元素等系列优点而使它成为众多纤维中的佼佼者。但是为了得到品质优良的精干麻,必须首先对其进行脱胶处理,那么如何把控脱胶过程中的“度”,使得大麻纤维在满足纺纱要求的同时,亦能最大程度地减少对环境的污染,这是广大科研人员一直在不断追求的。
  本课题主要采用超声波、微波与碱联合的方法对欧洲产大麻进行脱胶,主要目的是为了降低大麻纤维脱胶时的碱用量和温度,并缩短时间。首先,为有针对性地探索不同地区大麻原麻脱胶工艺,选取四个不同产地的大麻原麻纤维(欧洲、黑龙江、六安和东营),通过化学成分定量分析、表面形貌观测、红外光谱以及 X 射线衍射等对纤维进行测试和分析;其次,利用正交试验设计对欧洲产大麻的超声波-碱协同预处理工艺进行了探讨;接着,分别选择超声波和微波对预处理后的欧洲产大麻纤维进行二次碱煮,以胶质去除率为指标,比较两种工艺的脱胶效果;此外,选取乙二醇与1,4-丁二醇两种有机溶剂对欧洲产大麻纤维的脱胶做了初步探索。同时在各章节分别对处理后的纤维进行长度、细度、强度等物理机械性能测试,并与企业所使用的进行比较,证实本文所提出脱胶工艺的可行性。主要的研究结论如下:
  不同地域大麻原麻纤维的组成及结构研究结果发现,欧洲和东营产大麻的纤维素含量较高,六安产大麻的木质素含量最高,纤维素含量最低,而黑龙江产大麻木质素中愈创木基木质素与紫丁香基木质素含量之比最高。
  超声波联合碱煮预处理发现,影响欧洲产大麻超声波联合碱煮工艺的因素主要有碱液浓度、温度和处理时间等,正交试验分析结果显示,最佳脱胶预处理工艺为:碱液浓度4g/L,超声波处理温度60℃,处理时间90min。在该条件下,大麻纤维的胶质去除率为36.91%。同课题组前期实验相比,碱液浓度降低 1g/L,时间缩短 30min 后胶质去除率提升了约15%。
  分别对超声波-碱煮工艺中的碱液浓度、超声时间、超声频率和微波-碱煮工艺中的碱液浓度、微波时间进行了单因素研究,结果发现超声波-碱煮工艺的最佳条件为:碱液浓度12g/L,超声时间90min,超声频率80kHz,在该条件下,欧洲产大麻的胶质去除率和残胶率分别为67.04%和10.95%;而微波-碱煮的最佳条件为:碱液浓度10g/L,微波时间50min,所得的胶质去除率和残胶率分别为77.45%和7.50%。可见,微波-碱煮工艺对欧洲产大麻具有更好的脱胶效果。
  选取乙二醇与1,4-丁二醇处理欧洲产大麻原麻,分别对其温度与时间采取单因素研究,结果显示:乙二醇的最优方案为:油浴温度170℃,处理时间2.5h,最终的胶质去除率为47.46%;而1,4-丁二醇的最优方案为:油浴温度200℃,处理时间2.5h,最终的胶质去除率为 67.73%。对比发现,利用 1,4-丁二醇脱胶处理后所获大麻纤维,可更好地达到纺纱要求,且该工艺流程简单。
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