不同提取方式對棉稈皮纖維性能的影響

摘要：

本文采用堿處理和蒸汽閃爆兩種方式提取棉稈皮纖維，通過研究不同方式制備的棉稈皮纖維的纖維素含量、纖維長度、細度、表面形態(tài)，對兩種提取棉稈皮纖維的方法進行了比較。結(jié)果表明：堿處理棉稈皮纖維長度為48.6mm，纖維素含量為76.53%，并且表面形態(tài)較蒸汽閃爆處理的清晰，但堿處理對環(huán)境有一定污染。

關(guān)鍵詞：棉稈皮纖維；堿處理；蒸汽閃爆

1 引言

我國的棉花產(chǎn)量居世界前位，新疆的棉花產(chǎn)量又占全國的半壁江山，因此新疆地區(qū)棉秸稈資源也相當豐富，現(xiàn)階段最常用的處理棉秸稈方式是焚燒和粉碎后作為動物飼料等[1]，但是棉秸稈中含有大量的纖維素，焚燒和粉碎都不能使其得到充分的利用，因此可通過堿處理[2-3]或者蒸汽閃爆[4]的方式將棉秸稈中的纖維提取出來，實現(xiàn)農(nóng)作物副產(chǎn)品的充分利用。本文主要通過對比兩種方式得到的纖維各性能的差異來比較分析兩種提取方法的優(yōu)劣。

2 試驗部分

2.1 材料

試驗所用棉稈皮購于鹽城種植農(nóng)戶，對棉稈皮去皮去節(jié)處理。堿處理所用氫氧化鈉（NaOH）、冰醋酸（CH3COOH）、分析純、硫酸（H2SO4）、無水乙醇（C2H6O），以上試劑均由國藥集團化學試劑有限公司提供。

2.2 制備方法

堿處理提取工藝：棉稈皮→切斷→堿煮→過濾→水洗→酸中和→水洗→烘燥至略干→梳理→烘干→干燥的棉稈皮纖維。堿處理在Rapid L-12/24A型常溫振蕩式染色小樣機上進行，烘干在101A-1B電熱鼓風干燥箱內(nèi)進行。

蒸汽閃爆處理提取工藝：棉稈皮→切斷→水中浸泡24h→蒸汽閃爆→水煮→清洗→烘燥至略干→梳理→烘干→干燥的棉稈皮纖維。采用QBS-80系列蒸汽閃爆工藝試驗臺（河南鶴壁正道重機），將棉稈皮在水中浸泡24h后進行蒸汽閃爆試驗，蒸汽壓力為1.5MPa，保壓時間為120s，閃爆后的棉稈皮纖維在80℃的熱水中煮2h，浴比為30：1。

2.3 測試

2.3.1 纖維成分測試

所測樣品采用賽默飛世爾科技（中國）Nicolet iS10傅里葉紅外變換光譜儀（FT-IR），ATR全反射方法進行測試，掃描16次，分辨率為4cm-1，樣品圖譜采用吸光度模式，測試范圍為700cm-1～4000cm-1。

2.3.2 纖維長度、細度測試

用刻度尺測量單根纖維的長度，采用中段切斷稱重法測量纖維細度。

2.3.3 顯微鏡觀察表面形態(tài)

用日本日立公司HITACH-SU1510掃描電子顯微鏡觀察樣品表面形態(tài)，加速電壓10kV，樣品在室溫20℃、相對濕度65%條件下經(jīng)噴金處理后置于電鏡下觀察。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同提取方式對棉稈皮纖維纖維素含量的影響

由表1可以看出，堿處理方法雜質(zhì)去除較干凈，可以得到纖維素含量為76.53%左右的纖維，而蒸汽閃爆方法得到的纖維雜質(zhì)較多，非纖維素類物質(zhì)占到了33.54%左右，因此堿處理能更有效去除非纖維素類雜質(zhì)，從而得到纖維素含量較高的纖維。

3.2 不同提取方式對棉稈皮纖維長度、細度[5]的影響

由表2可以看出，堿處理的棉稈皮纖維長度較蒸汽閃爆的長7.1mm左右，且細度較細，約為69dtex，可能是由于閃爆高溫高壓對纖維長度破壞較嚴重。但根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，蒸汽閃爆處理雜質(zhì)剩余較多，導致纖維較粗，約為91dtex。兩種提取方式得到的棉稈皮纖維和常用的天然纖維比，細度略粗，手感較硬，實際應(yīng)用時還需進行柔軟處理等。

由圖1可以看出，經(jīng)過處理后的棉稈皮纖維外觀形態(tài)類似于麻[6]，麻纖維是常用的天然纖維，近些年在材料領(lǐng)域也有一定范圍的應(yīng)用，作為熱塑性復(fù)合材料的基體[7]，因此棉稈皮纖維的應(yīng)用前景也比較樂觀。

3.3 不同提取方式對棉稈皮纖維表面形態(tài)[7]的影響

由圖2可以看出，堿處理后的棉稈皮呈現(xiàn)明顯的纖維特性，得到的棉稈皮纖維的表面雜質(zhì)較少，纖維之間分離度較好，細度比蒸汽閃爆處理的略細，蒸汽閃爆處理后表面雜質(zhì)還比較明顯，分離度也沒有堿處理的好。

4 結(jié)論

對比兩種處理方式，堿處理的棉稈皮纖維性能較蒸汽閃爆好，但是堿處理的過程設(shè)計化學藥品會產(chǎn)生有害液體，同時中和清洗過程會有大量水資源的浪費；蒸汽閃爆屬于物理處理法，雖然纖維性能略差，但經(jīng)過后期工藝改進以及后處理方式的改進，也可以達到同堿處理基本相同的纖維性能。

參考文獻：

[1] 韓魯佳， 閆巧娟， 劉向陽， 等. 中國農(nóng)作物秸稈資源及其利用現(xiàn)狀[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報， 2002， 18（3）： 87-91.

[2] 李龍， 盛冠忠， 吳 磊. 棉稈皮資源利用開發(fā)研究[J]. 中國麻業(yè)科學， 2008， 30（4）：205.

[3] 顏丹丹， 侯秀良， 朱澍. 堿處理制備棉稈皮纖維及其結(jié)構(gòu)、性能研究[J]. 材料導報， 2013，27（6）： 102-106.

[4] 孫芳芳， 侯秀良， 張莉， 等. 蒸汽閃爆與堿處理結(jié)合制備棉稈皮纖維[J]. 化工新型材料，2015， 43（10）： 76-78.

[5] 于偉東，紡織材料學[M]. 北京： 中國紡織出版社， 2006.

[6] 劉麗妍， 王 瑞. 麻纖維復(fù)合材料及其應(yīng)用[J]. 產(chǎn)業(yè)用紡織品， 2004， 2：37-40.

[7] 甘應(yīng)進， 袁小紅， 王建剛， 等. 蓮纖維微觀結(jié)構(gòu)分析[J]. 紡織學報， 2009（11）：14-17.