竹纤维精细化加工的研究
|
摘要
我国是世界上面积最广、资源最多、利用最早的竹业国家。竹子种类、竹林面积和蓄积量均居世界之冠。竹子具有生长快、产量高、用途广、效益好、周期短的独特优势。在科技进步和科技兴竹的推动下，我国的竹业已经得到迅速发展，成为林业发展中的朝阳产业，具有广阔的发展前景。
竹纤维是一种绿色天然的资源性纤维，其应用前景十分广阔。竹纤维的开发突破了传统的竹材应用领域，符合开发绿色纺织品的潮流，提高了纺织品的档次，增加了产品在国际市场上的竞争力。
本文在对竹子的化学成分分析和物理性能分析的基础上，首次对制取竹纤维的竹种进行了分析选择，对竹纤维的精细化加工工艺流程和工艺条件进行了研究，首次将二甲基二环氧乙烷(DMD)应用于漂白工艺，并对其工艺条件进行了研究，首次将机械牵伸机应用于竹纤维的制取，得出以下结论：
(1) 通过对竹种的物理机械性能和化学成分的分析比较，得出鱼肚腩竹是较适合的竹种；
(2) 竹纤维的精细化加工工艺的基本工艺路线为：试样准备——浸碱——碾压梳理——水洗——煮练——碾压梳理——酸洗——水洗——一漂——DMD处理——碱抽提——二漂——水洗——抖松——脱水——给油——脱水——抖松——烘干；
(3) 对竹纤维的碱煮和漂白工艺的研究发现：碱液浓度、碱煮时间、双氧水浓度、双氧水处理温度对竹纤维的精细化加工影响很大；碱液浓度和时间的增加使试样的残胶率和木质素含量降低，但降低的速度逐渐变慢；双氧水浓度的增加，纤维的细度、强度、伸长率逐渐下降，白度逐渐上升，而柔软度则呈不规则变化；漂白温度提高，竹纤维的白度逐渐升高，细度、柔软度和伸长率逐渐下降，强度先上升后下降。
(4)由于双氧水不是有效的脱木素剂，因而我们采用了DMD预
处理方法。试验发现进行DMD处理后，竹纤维的白度和脱木素率都
得到了提高。我们采用现场制备DMD的方法，必须严格控制PH值
在7.0一7.5的范围内;随着丙酮和过硫酸氢钾用量、温度的增加，
DMD的氧化能力增加，脱木素率和漂白效果增加，但这种增加并不
是线性的。
(5)生物脱胶作为一种新近发展的脱胶方法，对竹纤维的细度的
减小有一定的贡献，而且它赋予纤维柔软、耐磨和耐弯曲的特点，是
一种较先进的绿色脱胶方法，在竹纤维的制取过程中是一种较好的辅
助脱胶手段。
(6)机械加工在竹纤维的制取过程中尤为重要，它是将胶质从纤
维上脱除的关键步骤，同时采用机械牵伸机对纤维细度的改进有利，
但是这种方法仍然需要进一步的改进。
通过本研究，作者发现纺织用竹纤维具有广阔的发展前景，为纺
织面料的加工提供了一种优良的原料，经过进一步的研究开发有望成
为新型的绿色环保纤维。
China is a most extensive area, most abundant resource, the earliest utilizing of bamboo country in the world. The type of bamboo, the area of bamboo forest and accumulation is in the first place in the world, the bamboo has special advantage of fast growth, high output, wide utilization, good benefit, short cycle of growing. With the impulse of progress of technology and encouraging the industry of bamboo, the industry of bamboo in china had made rapid progress and became the rising industry in the forest, it has wide foreground of the development.
The bamboo fiber is one kind of green, natural resourceful fiber. Its applied foreground is very wide. The exploitation of the bamboo fiber will break through the scopes of utilization of bamboo, accord with the world's textile current of exploiting green textile material, elevate the lever of the textile material, improve the competition force in the worldwide market.
In this paper, on the basis of the chemical component and physical capability analysis. Analysized and selected the appropriate bamboo type, studied the flow and conditions of the technics in the production, applied dimethyldioirane to the technics of bleaching and the technical conditions is studied, applied the mechanical extended machine to the manufacturing of bamboo fiber. The conclusion were drawn as follows:
1. Through the analysis and compare of the physical properties and chemical properties of kinds of the bamboo, Yudunan bamboo is a comfortable type;
2. kefineness of the bamboo may take such a process route: sample preparation-
immersing alkali-grinding and carding-washing-streaming-
grinding and carding - acid washing-washing-bleaching-
DMD-streaming- bleaching- washing- loosing-dehydration
- greasing- dehydration- loosing-airing;
3. In the studies of streaming and bleaching technics of bamboo, we found that the density and time of alkali treating, the density and temperature of oxygen treating can influence the experiment result obviously. The density and the time of alkali treating decrease the proportion of remnant pectin and the content of lignin, but the speed of the decreasing becomes slower gradually; with the increase of density of
H2O2, the fineness, tension and proportion of protraction decline gradually, the whiteness inclines gradually, the tenderness change anomaly; with the elevation of temperature of bleaching, the whiteness of bamboo fiber increase gradually, the fineness, tenderness and proportion of protraction decline gradually, the tension firstly ascends then descends.
4. Because H2O2 is a invalid lignin removed reagent, we adopted a method of pretreatment by DMD. Through the experiment we found that the whiteness and the proporti6n of lignin removing of bamboo fiber had improved. After treatment of DMD, in the preparation of DMD on the spot, we must control 7.0~7.5 in PH strictly; with the dosage of acetone and Oxone, the increase of temperature , the ability of oxidation of DMD improve, the proportion of lignin removing and the effect of bleaching increase, however the increase is not linear.
5. Biological degumming is a new developing way, it contribute to descending the fineness of bamboo fiber, and it endow fiber with tenderness , enduring grinding and enduring bending. So biological degumming is an advanced and green degummed method. In the process of producing bamboo fiber, it is a good assistant degummed instrument.
6. Mechanical process is very important in the manufacturing of bamboo fiber, it is a key step to degumming from the fiber. Meanwhile the treatment of mechanical extending is favorable to decline the fineness of the fiber, however this method need farther bettering.
Zhang wei (Textile material) Supervised by Professor Yu jianyong
竹纤维是一种绿色天然的资源性纤维，其应用前景十分广阔。竹纤维的开发突破了传统的竹材应用领域，符合开发绿色纺织品的潮流，提高了纺织品的档次，增加了产品在国际市场上的竞争力。
本文在对竹子的化学成分分析和物理性能分析的基础上，首次对制取竹纤维的竹种进行了分析选择，对竹纤维的精细化加工工艺流程和工艺条件进行了研究，首次将二甲基二环氧乙烷(DMD)应用于漂白工艺，并对其工艺条件进行了研究，首次将机械牵伸机应用于竹纤维的制取，得出以下结论：
(1) 通过对竹种的物理机械性能和化学成分的分析比较，得出鱼肚腩竹是较适合的竹种；
(2) 竹纤维的精细化加工工艺的基本工艺路线为：试样准备——浸碱——碾压梳理——水洗——煮练——碾压梳理——酸洗——水洗——一漂——DMD处理——碱抽提——二漂——水洗——抖松——脱水——给油——脱水——抖松——烘干；
(3) 对竹纤维的碱煮和漂白工艺的研究发现：碱液浓度、碱煮时间、双氧水浓度、双氧水处理温度对竹纤维的精细化加工影响很大；碱液浓度和时间的增加使试样的残胶率和木质素含量降低，但降低的速度逐渐变慢；双氧水浓度的增加，纤维的细度、强度、伸长率逐渐下降，白度逐渐上升，而柔软度则呈不规则变化；漂白温度提高，竹纤维的白度逐渐升高，细度、柔软度和伸长率逐渐下降，强度先上升后下降。
(4)由于双氧水不是有效的脱木素剂，因而我们采用了DMD预
处理方法。试验发现进行DMD处理后，竹纤维的白度和脱木素率都
得到了提高。我们采用现场制备DMD的方法，必须严格控制PH值
在7.0一7.5的范围内;随着丙酮和过硫酸氢钾用量、温度的增加，
DMD的氧化能力增加，脱木素率和漂白效果增加，但这种增加并不
是线性的。
(5)生物脱胶作为一种新近发展的脱胶方法，对竹纤维的细度的
减小有一定的贡献，而且它赋予纤维柔软、耐磨和耐弯曲的特点，是
一种较先进的绿色脱胶方法，在竹纤维的制取过程中是一种较好的辅
助脱胶手段。
(6)机械加工在竹纤维的制取过程中尤为重要，它是将胶质从纤
维上脱除的关键步骤，同时采用机械牵伸机对纤维细度的改进有利，
但是这种方法仍然需要进一步的改进。
通过本研究，作者发现纺织用竹纤维具有广阔的发展前景，为纺
织面料的加工提供了一种优良的原料，经过进一步的研究开发有望成
为新型的绿色环保纤维。
China is a most extensive area, most abundant resource, the earliest utilizing of bamboo country in the world. The type of bamboo, the area of bamboo forest and accumulation is in the first place in the world, the bamboo has special advantage of fast growth, high output, wide utilization, good benefit, short cycle of growing. With the impulse of progress of technology and encouraging the industry of bamboo, the industry of bamboo in china had made rapid progress and became the rising industry in the forest, it has wide foreground of the development.
The bamboo fiber is one kind of green, natural resourceful fiber. Its applied foreground is very wide. The exploitation of the bamboo fiber will break through the scopes of utilization of bamboo, accord with the world's textile current of exploiting green textile material, elevate the lever of the textile material, improve the competition force in the worldwide market.
In this paper, on the basis of the chemical component and physical capability analysis. Analysized and selected the appropriate bamboo type, studied the flow and conditions of the technics in the production, applied dimethyldioirane to the technics of bleaching and the technical conditions is studied, applied the mechanical extended machine to the manufacturing of bamboo fiber. The conclusion were drawn as follows:
1. Through the analysis and compare of the physical properties and chemical properties of kinds of the bamboo, Yudunan bamboo is a comfortable type;
2. kefineness of the bamboo may take such a process route: sample preparation-
immersing alkali-grinding and carding-washing-streaming-
grinding and carding - acid washing-washing-bleaching-
DMD-streaming- bleaching- washing- loosing-dehydration
- greasing- dehydration- loosing-airing;
3. In the studies of streaming and bleaching technics of bamboo, we found that the density and time of alkali treating, the density and temperature of oxygen treating can influence the experiment result obviously. The density and the time of alkali treating decrease the proportion of remnant pectin and the content of lignin, but the speed of the decreasing becomes slower gradually; with the increase of density of
H2O2, the fineness, tension and proportion of protraction decline gradually, the whiteness inclines gradually, the tenderness change anomaly; with the elevation of temperature of bleaching, the whiteness of bamboo fiber increase gradually, the fineness, tenderness and proportion of protraction decline gradually, the tension firstly ascends then descends.
4. Because H2O2 is a invalid lignin removed reagent, we adopted a method of pretreatment by DMD. Through the experiment we found that the whiteness and the proporti6n of lignin removing of bamboo fiber had improved. After treatment of DMD, in the preparation of DMD on the spot, we must control 7.0~7.5 in PH strictly; with the dosage of acetone and Oxone, the increase of temperature , the ability of oxidation of DMD improve, the proportion of lignin removing and the effect of bleaching increase, however the increase is not linear.
5. Biological degumming is a new developing way, it contribute to descending the fineness of bamboo fiber, and it endow fiber with tenderness , enduring grinding and enduring bending. So biological degumming is an advanced and green degummed method. In the process of producing bamboo fiber, it is a good assistant degummed instrument.
6. Mechanical process is very important in the manufacturing of bamboo fiber, it is a key step to degumming from the fiber. Meanwhile the treatment of mechanical extending is favorable to decline the fineness of the fiber, however this method need farther bettering.
Zhang wei (Textile material) Supervised by Professor Yu jianyong
引文
[1] 谢朝柱，加快竹林大开发，发展竹子大产业，竹子研究汇刊，1997，16，3，1～4；
[2] 王树东，中国竹业的回顾、展望与思考，竹子研究汇刊，2002，21，4，5～11；
[3] 周芳纯，张春霞，竹材的构造，竹类研究，1990，9，1，83～106；
[4] 郭起荣等，厚皮毛竹纤维形态研究，江西农业大学学报，1999，21，2，223～225；
[5] 陈国符，邬文明，植物纤维化学，北京轻工业出版社，1980，46～51；
[6] 马灵飞，马乃训，毛竹材材性变异的研究，林业科学，1997，4，356～364；
[7] W. Liese and D. Grosser, Holzforchung, 1972, 6, 202～211；
[8] Volgelesang L B, Gunnik J W, Materials and Design, 1986, 7, 6；
[9] 姚穆等，纺织材料学，中国纺织出版社，1980，65；
[10] Marianne Leupin, Bast Fibers: Fiber Substitute or Raw-Material Base of the Future, International Textile Bulletin, 2000, 1, 22～26;
[11] 王德骥，阎萝坤，罗和柏，湖北苎麻快速脱胶新工艺的研究，纺织学报，1983，4，83～86；
[12] 高月琴，大麻脱胶及助剂选用，印染助剂，1992，4，23～25；
[13] 王德骥，苎麻纤维素化学与工艺学——脱胶和改性，科学出版社，2001，2，1415～149；
[14] 杨红穗，张元明，大麻快速化学脱胶工艺初探，中国纺织大学学报，1999，25，5，83～86；
[15] 李伟如等，剥制苎麻的高效煮练脱胶，广东化纤，1992，3，15～19；
[16] 刘小霞，苎麻脱胶快速预氧处理工艺，麻纺织技术，1997，20，4，7～9；
[17] 孙小寅，王惠民，R Kessler，K Nebel，苎麻无浸酸常压碱煮脱胶工艺，麻纺织技术，1999，22，2，18～22；
[18] K．A．Thakore等，陈水林译，超声波在纺织品湿加工过程的应用，国外纺织技术，1991，6，28～33；
[19] 万震等，超声波在纺织品加工中的应用，纺织导报，2001，2，22～24；
[20] 卢士森等，我国红麻纤维厌氧微生物脱胶研究现状，中国纺织大学学报，1999，25，6，107～110；
[21] 孙进昌，高效清洁型红麻生物脱胶技术，中国农村科技，2002，3，39；
[22] 卢士森，陈季华，含氮添加剂对红麻好氧物生物脱胶的影响，中国纺织大学学报，2000，26，1，70～73；
[23] 管映亭，苎麻酶法脱胶的研究，上海纺织科技，1999，27，4，4～6；
[24] 汪测生，苎麻生物脱胶工艺技术的创新，四川纺织科技，2001，1，4～6；
[25] 马灵飞等，丛生竹纤维形态圾主要理化性能，浙江林学院学报，1994，11，3，274～280；
[26] Mackawa E, Wood Research, 1976, 59, 153～179；
[27] 陶用珍，管映亭，木质素的化学结构及其应用，纤维素科学与技术，2003，11，1，42～55；
[28] 孙小寅，管映亭，韧皮纤维胶质的研究，陕西纺织，2001，2，13～161
[29] 党敏，黄麻精细化加工的研究，东华大学2003年硕士研究生毕业论文；
[30] 管映亭，苎麻给油的效果分析，麻纺织技术，1998，21，3，36～37；
[31] 秦文娟，崔谷，桉木硫酸盐DMD漂白工艺条件的研究，纤维素科学与技术，1999，7，2，16～21；
[32] Mcdonough Thonmas J., Marquis Amaud and Ragouskas Arthur J. 1994 INTL. PULP BLEACHING CONF. -PAPERS, 47;
[33] LACHENAL D, et al. Improvement of hydrogen peroxide delignification [J]. Cellulose Chen. Tech., 1988, 22, 537;
[34] LACHENAL D, et al. Lignin activation improves oxygen and peroxide delignification J. Cellulose Chem. Tech., 1990, 24, 593;
[35] 秦文娟等，DMD的活化预处理及其全无氯漂序的研究，林产化学与工业，1999，19，3，11～15；
[36] 黄干强，韩克涛，两段氧脱木素的段间DMD活化处理，中国造纸，1999，18，2，5～9；
[37] C-L. Lee, K. Hunt and R. W Murry, JIPPS, 1994, 20, 6, 125;
[38] 仇如全，黄干强，二甲基二环氧乙烷脱木素性能的研究，广东造纸，1997，5，7～10；
[39] Montgomery R E. J Amer Chem Soc, 1979, 96; 7820;
[40] Waldemar Adam et al. Acc Chem Res, 1989, 22, 6, 205;
[41] (英)弗斯塔，酶的结构和作用机理，北京大学出版社，1991，6；
[42] 李宗道等，麻类生物工程进展，中国农业出版社，1999，10。
[2] 王树东，中国竹业的回顾、展望与思考，竹子研究汇刊，2002，21，4，5～11；
[3] 周芳纯，张春霞，竹材的构造，竹类研究，1990，9，1，83～106；
[4] 郭起荣等，厚皮毛竹纤维形态研究，江西农业大学学报，1999，21，2，223～225；
[5] 陈国符，邬文明，植物纤维化学，北京轻工业出版社，1980，46～51；
[6] 马灵飞，马乃训，毛竹材材性变异的研究，林业科学，1997，4，356～364；
[7] W. Liese and D. Grosser, Holzforchung, 1972, 6, 202～211；
[8] Volgelesang L B, Gunnik J W, Materials and Design, 1986, 7, 6；
[9] 姚穆等，纺织材料学，中国纺织出版社，1980，65；
[10] Marianne Leupin, Bast Fibers: Fiber Substitute or Raw-Material Base of the Future, International Textile Bulletin, 2000, 1, 22～26;
[11] 王德骥，阎萝坤，罗和柏，湖北苎麻快速脱胶新工艺的研究，纺织学报，1983，4，83～86；
[12] 高月琴，大麻脱胶及助剂选用，印染助剂，1992，4，23～25；
[13] 王德骥，苎麻纤维素化学与工艺学——脱胶和改性，科学出版社，2001，2，1415～149；
[14] 杨红穗，张元明，大麻快速化学脱胶工艺初探，中国纺织大学学报，1999，25，5，83～86；
[15] 李伟如等，剥制苎麻的高效煮练脱胶，广东化纤，1992，3，15～19；
[16] 刘小霞，苎麻脱胶快速预氧处理工艺，麻纺织技术，1997，20，4，7～9；
[17] 孙小寅，王惠民，R Kessler，K Nebel，苎麻无浸酸常压碱煮脱胶工艺，麻纺织技术，1999，22，2，18～22；
[18] K．A．Thakore等，陈水林译，超声波在纺织品湿加工过程的应用，国外纺织技术，1991，6，28～33；
[19] 万震等，超声波在纺织品加工中的应用，纺织导报，2001，2，22～24；
[20] 卢士森等，我国红麻纤维厌氧微生物脱胶研究现状，中国纺织大学学报，1999，25，6，107～110；
[21] 孙进昌，高效清洁型红麻生物脱胶技术，中国农村科技，2002，3，39；
[22] 卢士森，陈季华，含氮添加剂对红麻好氧物生物脱胶的影响，中国纺织大学学报，2000，26，1，70～73；
[23] 管映亭，苎麻酶法脱胶的研究，上海纺织科技，1999，27，4，4～6；
[24] 汪测生，苎麻生物脱胶工艺技术的创新，四川纺织科技，2001，1，4～6；
[25] 马灵飞等，丛生竹纤维形态圾主要理化性能，浙江林学院学报，1994，11，3，274～280；
[26] Mackawa E, Wood Research, 1976, 59, 153～179；
[27] 陶用珍，管映亭，木质素的化学结构及其应用，纤维素科学与技术，2003，11，1，42～55；
[28] 孙小寅，管映亭，韧皮纤维胶质的研究，陕西纺织，2001，2，13～161
[29] 党敏，黄麻精细化加工的研究，东华大学2003年硕士研究生毕业论文；
[30] 管映亭，苎麻给油的效果分析，麻纺织技术，1998，21，3，36～37；
[31] 秦文娟，崔谷，桉木硫酸盐DMD漂白工艺条件的研究，纤维素科学与技术，1999，7，2，16～21；
[32] Mcdonough Thonmas J., Marquis Amaud and Ragouskas Arthur J. 1994 INTL. PULP BLEACHING CONF. -PAPERS, 47;
[33] LACHENAL D, et al. Improvement of hydrogen peroxide delignification [J]. Cellulose Chen. Tech., 1988, 22, 537;
[34] LACHENAL D, et al. Lignin activation improves oxygen and peroxide delignification J. Cellulose Chem. Tech., 1990, 24, 593;
[35] 秦文娟等，DMD的活化预处理及其全无氯漂序的研究，林产化学与工业，1999，19，3，11～15；
[36] 黄干强，韩克涛，两段氧脱木素的段间DMD活化处理，中国造纸，1999，18，2，5～9；
[37] C-L. Lee, K. Hunt and R. W Murry, JIPPS, 1994, 20, 6, 125;
[38] 仇如全，黄干强，二甲基二环氧乙烷脱木素性能的研究，广东造纸，1997，5，7～10；
[39] Montgomery R E. J Amer Chem Soc, 1979, 96; 7820;
[40] Waldemar Adam et al. Acc Chem Res, 1989, 22, 6, 205;
[41] (英)弗斯塔，酶的结构和作用机理，北京大学出版社，1991，6；
[42] 李宗道等，麻类生物工程进展，中国农业出版社，1999，10。