同寧寧，王進(jìn)美，陶 娜

（1.西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710048；2.陜西科技大學(xué) 設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院,陜西 西安 710021）

麻類纖維是人類最早用于紡織品的植物纖維，具有優(yōu)良的吸濕導(dǎo)熱性、抗菌性、吸音消波性、環(huán)保性、抗紫外性等[1]。人們對(duì)麻類植物的利用現(xiàn)已拓展至多個(gè)領(lǐng)域，包括：新材料、食品加工和醫(yī)藥保健等領(lǐng)域[2]，但是對(duì)韌皮部位的利用，目前仍是紡織品占絕大多數(shù)。籽用漢麻由漢麻結(jié)籽收割后形成，相比常規(guī)麻類纖維，木質(zhì)素含量高，纖維素含量略低，而韌皮部纖維的半纖維素、果膠、木質(zhì)素等，彼此相互連接，形成復(fù)雜的膠質(zhì)聚集體，單純采用生物酶處理，很難徹底除雜，故將生物酶和化學(xué)法聯(lián)合運(yùn)用。利用超聲波的空化作用，可將纖維中果膠緊密結(jié)合部位擊打出微小縫隙，極大地便利了草酸銨和EDTA-2Na 與膠質(zhì)聚集體中的金屬離子絡(luò)合[3-4]，形成絡(luò)合物，增加膠質(zhì)的溶解性能，如圖1 和圖2 是其化學(xué)結(jié)構(gòu)；再使用漆酶和果膠酶進(jìn)行復(fù)合處理[5-6]，增強(qiáng)復(fù)配溶液對(duì)纖維的滲透作用，有效降解膠質(zhì)復(fù)合體；最后使用以堿為主的化學(xué)試劑，進(jìn)一步對(duì)纖維進(jìn)行除雜，增強(qiáng)除雜效果。

圖1 草酸銨化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖2 EDTA-2Na 化學(xué)結(jié)構(gòu)

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

材料：籽用漢麻纖維、無水乙醇、草酸銨、EDTA-2Na、漆酶、果膠酶、冰乙酸、去離子水、氫氧化鈉、焦磷酸鈉、無水亞硫酸鈉、滲透劑。

儀器：恒溫水浴鍋、電子分析天平、鼓風(fēng)干燥箱、電熱爐、球形冷凝管、橡皮管、計(jì)時(shí)器、剪刀。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

使用自來水清洗籽用漢麻纖維，去除表面浮土及可見雜質(zhì)，并用無水乙醇擦拭剪刀，將纖維剪短至3～5cm。

在低濃度氫氧化鈉溶液中加入籽用漢麻纖維，置于超聲波中振動(dòng)，振動(dòng)結(jié)束搓洗，烘干備用。

對(duì)超聲波處理后的籽用漢麻纖維使用草酸銨或EDTA-2Na 溶液，根據(jù)表1、表2 所示的正交實(shí)驗(yàn)水平表處理。

表1 草酸銨處理正交實(shí)驗(yàn)水平表

表2 EDTA-2Na 處理正交實(shí)驗(yàn)水平表

將經(jīng)草酸銨或EDTA-2Na 最優(yōu)工藝處理后的籽用漢麻纖維置于50℃果膠酶和漆酶復(fù)配溶液中處理2h。

將生物復(fù)合酶處理后的籽用漢麻纖維稱取適量，置于由氫氧化鈉、焦磷酸鈉、亞磷酸鈉和滲透劑按照一定配比形成的溶液中進(jìn)行煮煉。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 失重率、殘膠率

根據(jù)GB 5889—1986 苧麻化學(xué)成分定量分析方法測(cè)定籽用漢麻處理后的失重率、殘膠率。

1.3.2 表面形貌

使用Quanta-450-FEG+X-MAX50 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察纖維表面形貌。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 超聲波處理對(duì)籽用漢麻除雜效果影響

2.1.1 超聲波處理時(shí)間對(duì)籽用漢麻除雜效果影響

超聲波處理過程中，設(shè)置振動(dòng)時(shí)間梯度20～100min，浴比1∶40，對(duì)處理后的籽用漢麻纖維測(cè)試失重率和殘膠率，如圖3 所示。

圖3 超聲波處理時(shí)間除雜效果影響

當(dāng)NaOH 溶液濃度為8g/L 時(shí)，隨著振動(dòng)時(shí)間增加，纖維失重率總體呈上升趨勢(shì)，且40～60min 區(qū)間失重率變化最大，再延長(zhǎng)振動(dòng)時(shí)間，對(duì)纖維除雜效果影響較?。浑S著振動(dòng)時(shí)間增加，纖維殘膠率在60min 時(shí)達(dá)到最低。

綜合考慮，籽用漢麻纖維在超聲波振動(dòng)時(shí)間為60min 時(shí)除雜效果最好。

2.1.2 超聲波處理NaOH 濃度對(duì)籽用漢麻除雜效果影響

超聲波處理過程中，設(shè)置NaOH 溶液濃度梯度4～12g/L，浴比1∶40，對(duì)處理后的籽用漢麻纖維測(cè)試失重率和殘膠率，如圖4 所示。

圖4 NaOH 濃度除雜效果影響

當(dāng)超聲波振動(dòng)時(shí)間為60min 時(shí)，隨著NaOH 溶液濃度增加，殘膠率波動(dòng)較為明顯；隨著NaOH 溶液濃度增加，失重率呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，后期增加NaOH 溶液濃度則變化平緩。

綜合考慮，籽用漢麻纖維在NaOH 溶液濃度為8g/L時(shí)除雜效果最好。

2.2 草酸銨或EDTA-2Na 溶液對(duì)籽用漢麻除雜效果影響

準(zhǔn)確稱量經(jīng)超聲波處理后的籽用漢麻纖維90g 并平均分成18 份，保持浴比1∶40，根據(jù)表1 和表2 列出的正交實(shí)驗(yàn)分析表處理籽用漢麻纖維，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。

表3 草酸銨處理正交實(shí)驗(yàn)分析表

表4 EDTA-2Na 處理正交實(shí)驗(yàn)分析表

由表3 可知，對(duì)籽用漢麻纖維經(jīng)過草酸銨處理后殘膠率影響次序?yàn)椋篈＞C＞B，即溶液濃度影響最大，處理溫度影響最小，最優(yōu)的工藝為A1B2C1。因此殘膠率最低的最佳工藝條件為：草酸銨溶液濃度3g/L、處理溫度90℃、處理時(shí)間50min。

由表4 可知，對(duì)籽用漢麻纖維經(jīng)過EDTA-2Na 處理后殘膠率影響次序?yàn)椋篈＞B＞C，即溶液濃度影響最大，處理時(shí)間影響最小，最優(yōu)工藝為A2B2C3。因此殘膠率最低的最佳工藝條件為：EDTA-2Na 溶液濃度6g/L、處理溫度90℃、處理時(shí)間120min。

2.3 復(fù)合酶溶液對(duì)籽用漢麻除雜效果影響

2.3.1 果膠酶對(duì)草酸銨（或EDTA-2Na）處理后籽用漢麻除雜效果影響

設(shè)置果膠酶濃度梯度0～60g/L，漆酶8g/L，浴比1∶40，溶液pH=9,將草酸銨（或EDTA-2Na）處理過的纖維置于50℃復(fù)配溶液中保溫2h，計(jì)算失重率和殘膠率，相關(guān)的效果影響見圖5、圖6。

由圖5 可知，隨著果膠酶濃度的上升，經(jīng)草酸銨-酶處理后的纖維在24g/L 濃度下殘膠率達(dá)到最小，為20.89%，失重率達(dá)到最大，為12.84%，所以果膠酶最適濃度為24g/L。

圖5 草酸銨處理后果膠酶除雜效果影響

由圖6 可知，隨著果膠酶濃度的上升，經(jīng)EDTA-2Na-酶處理后的纖維殘膠率剛開始總體呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)，在48g/L 這一濃度下，殘膠率相對(duì)較低為22.26%，失重率達(dá)到最大12.38%，所以果膠酶最適濃度為48g/L。

圖6 EDTA-2Na 處理后果膠酶除雜效果影響

2.3.2 漆酶對(duì)草酸銨（或EDTA-2Na）處理后籽用漢麻除雜效果影響

設(shè)置漆酶濃度梯度0～20g/L，采用殘膠率最低的果膠酶濃度，浴比1∶40，溶液pH=9,50℃保溫2h，計(jì)算對(duì)應(yīng)的失重率和殘膠率，相關(guān)的效果影響見圖7、圖8。

由圖7 可知，纖維的失重率總體先增高后降低，在漆酶濃度為12g/L 時(shí)達(dá)到最大值15.50%，同時(shí)殘膠率達(dá)到最小值20.15%，所以草酸銨-酶處理最適漆酶濃度為12g/L。

圖7 草酸銨處理后漆酶除雜效果影響

圖8 中纖維的殘膠率在漆酶濃度為4g/L 時(shí)達(dá)到最小值18.67%，雖此處失重率并不是最優(yōu)，但是相對(duì)于失重率最大時(shí)的漆酶濃度16g/L，明顯節(jié)省酶用料，所以EDTA-2Na-酶最適漆酶濃度為4g/L。

圖8 EDTA-2Na 處理后漆酶除雜效果影響

2.4 生物復(fù)合酶-化學(xué)除雜對(duì)籽用漢麻除雜效果影響

保持浴比1∶40，NaOH 溶液濃度20g/L，多聚磷酸鈉2.5g/L，亞硫酸鈉2.5g/L，滲透劑JFC2.5g/L，將草酸銨（或EDTA-2Na）-生物復(fù)合酶處理后的籽用漢麻置于100℃溶液中煮煉3h，測(cè)得前者失重率20.56%、殘膠率5.56%，后者失重率22.24%、殘膠率6.54%。

2.5 表面形貌

對(duì)籽用漢麻纖維原麻以及草酸銨-復(fù)合酶、EDTA-2Na-復(fù)合酶、草酸銨-復(fù)合酶-化學(xué)法、EDTA-2Na-復(fù)合酶-化學(xué)法處理后的纖維采用掃描電鏡進(jìn)行觀察，見圖9。

圖9a 原麻纖維明顯含有許多膠質(zhì)，表面成束狀，且膠質(zhì)內(nèi)嵌于纖維之間，形成膠質(zhì)聚集體。圖9b、圖9c分別是草酸銨-復(fù)合酶和EDTA-2Na—復(fù)合酶處理后的纖維表面形貌，可以看到纖維之間結(jié)合松散，且膠質(zhì)明顯減少。圖9d、圖9e 分別是草酸銨—復(fù)合酶—化學(xué)法和EDTA-2Na—復(fù)合酶—化學(xué)法處理后的纖維形貌，表面無明顯膠質(zhì)，光潔度、松散度提高?？梢娐?lián)合除雜法效果更好，除雜徹底。

3 結(jié)語

籽用漢麻纖維除雜過程中，得到超聲波處理最優(yōu)工藝：時(shí)間60min、NaOH 溶液濃度8g/L；草酸銨處理時(shí)最優(yōu)工藝：溶液濃度3g/L、處理溫度90℃、處理時(shí)間50min、果膠酶24g/L、漆酶12g/L；EDTA-2Na 處理時(shí)最優(yōu)工藝：溶液濃度6g/L、處理溫度90℃、處理時(shí)間120min、果膠酶48g/L、漆酶4g/L。最終得到前者殘膠率5.56%、失重率20.56%，后者殘膠率6.54%、失重率22.24%。通過對(duì)比可知草酸銨—酶—化學(xué)法除雜效果更好。