生物質桑皮纖維的綠色高效產業化開發途徑

李桂付+瞿才新+周彬+趙磊

摘要：結合桑枝的特點，設計開發了桑枝剝皮機進行快速剝皮，采用循環脫膠裝置對桑皮進行脫膠提取桑皮纖維和果膠，研究纖維的可紡性能，開發桑皮纖維紗線及其功能紡織品；利用成膜裝置對不完全脫膠的桑皮纖維進行成膜開發非織造產品，提升產品的附加值，具有非常廣闊的產業化和市場前景。

關鍵詞：桑枝剝皮機；循環脫膠裝置；桑皮纖維；可紡性能；成膜裝置

中圖分類號：TS102.2

文獻標志碼：A

Industrialized Development of Biomass Mulberry Fiber in a High-efficient and Green Way

Abstract： According to the characteristics of the mulberry branches， mulberry peeling machine for fast peeling was designed and developed； mulberry fiber and pectin were extracted using cycle degumming device， the fibers spinnability was studied， and mulberry fiber yarn and its functional textiles were developed； non-woven products can be developed by preparing film with incompletely-degummed mulberry fiber on film-forming apparatus， thus enhancing the added value of products. So biomass mulberry fiber has a very broad market prospect and great industrialization potential.

Key words： mulberry peeling machine； cycle degumming device； mulberry fiber； spinnability； film-forming apparatus

中國是世界上大量種桑養蠶的國家，我國目前有大約800萬畝桑田，桑樹經過夏伐、冬整，每年將產生大約4000萬t左右的桑枝。經實驗表明，桑樹皮占桑條的15%～20%，桑皮纖維占桑皮的10%～30%，廢桑枝條可產桑皮纖維近300萬t。在石油資源日益短缺和生態環保日益重要的今天，開發綠色環保的可替代石油產品的新型纖維符合紡織產業可持續發展的需求，對桑皮纖維的開發，保證蠶桑廢物減量化、資源化和無害化，符合循環經濟發展的要求。

1桑枝剝皮機快速剝皮

傳統的桑枝剝皮基本是由人工完成的，不僅工人勞動強度高，工作效率低，而且所得的桑皮完整性差，制約了桑皮纖維產品的產業化開發。因此設計開發了桑枝剝皮機對桑枝進行快速剝皮，如圖1、圖2所示，桑枝剝皮機有效地提高了工作效率，獲得的桑皮連續、完整，為桑皮纖維的制備提供了優質的桑皮原料。

1——喂入口；2——手動驅動機構；3-1——上喂入輥；3-2——下喂入輥；4-1——上碾壓輥；4-2——下碾壓輥；5-1——桑枝導向管A；5-2——桑枝導向管B；6-1——上切片砧板；6-2——下切片砧板；7-1——傳感器A；7-2——傳感器B；8-1——上去皮輥；8-2——下去皮輥；9-1——上輸出輥；9-2——下輸出輥；10-1——芯桿收集器；10-2——桑皮收集器；11——機架。

2循環脫膠裝置及其脫膠工藝

由于桑皮中纖維素含量較低，僅30%左右，如何有效地提取可紡纖維是桑皮纖維利用的關鍵所在。目前桑皮的脫膠方法主要為二次堿脫膠法，但其存在脫膠過度的弊端，破壞了桑皮纖維的結構，短絨較多，使纖維表面粗糙，可紡性差、制成率低，且工藝流程長、操作相對復雜，同時對環境也會造成嚴重污染，不符合現代紡織工業清潔化、低碳化生產的理念。

為克服現有技術的不足，設計了一種循環脫膠裝置，利用超聲波“空化”作用，分離果膠和纖維素，利用微波高頻反復“穿透”桑皮，快速打通脫膠通道，提高脫膠效率。且脫膠液經濾除果膠和木質素后可循環利用，以降低環境污染。循環脫膠裝置如圖3所示。

1——調制釜；2——pH測試儀；3——PTC加熱器；4——放料口；5

——攪拌器；6——循環泵A；7——計量泵；8——閥門A；9——脫膠釜；10——桑皮放置口；11——孔板；12——微波發生器；13——超聲波振蕩器；14——過濾器；15——循環泵B；16——閥門B；17——分離釜；18——閥門C；19——濾膠器；20——沉淀劑添加口。

圖3循環脫膠裝置結構圖

采用循環脫膠裝置的脫膠工藝為：桑皮自然、機械處理→調濕→微波處理→機械捶打除雜→浸酸預處理→（循環脫膠裝置：超聲波和微波輔助）堿煮→酶處理→水洗→打纖→水洗→脫水→給油→抖松→干燥→桑皮纖維開松。在桑皮纖維脫膠過程中，也對桑皮果膠進行提取，利用桑皮脫膠產生的果膠對織物進行涂層處理，開發防紫外線功能保健產品，并確保其耐用性及其抗紫外線的功能性（圖4）。

圖5為桑皮果膠整理平紋棉織物防輻射性能測試結果，空腔體時功率指無屏蔽材料時接收到的功率。SE為屏蔽效能，指在同一激勵電平下，有屏蔽材料（平紋棉織物）與無屏蔽材料時所接收到的功率之比，并以對數表示。計算可得，SE>90%主要出現1200～1300MHz頻段。

3桑皮纖維的可紡性分析

由表1可知，桑皮纖維的平均長度為18～22mm，線密度為2.3dtex，比棉纖維短，纖維的長度差異大，長度整齊度差；桑皮纖維的強度為4.5～6.5cN/dtex，好于棉，斷裂伸長率為7%～13%，亦好于棉、麻。

4桑皮纖維產品的開發

4.1桑皮纖維系列混紡紗線和面料的開發

采用傳統環錠紡開發桑皮/棉混紡低支紗（30S），紗線條干不勻接近18%，強力不勻達到16%。于是采用雙梳工藝（將精梳棉網和桑皮纖維在梳棉機上再梳理成條），解決了桑皮纖維無法單獨成網的問題。

同時利用所紡紗線開發了系列色織物，并對織物的物理機械性能及保健性能進行測試。利用桑皮纖維混紡紗線進行針織產品的加工，開發保健內衣、抗菌襪等產品。圖6為桑皮/棉混紡紗與超細柔仿棉長絲交織的漿印家紡面料，經紗采用上漿后印有顏色、圖案的超細柔仿棉長絲，緯紗采用桑皮纖維質量占比不低于30%的桑皮/棉混紡紗線。圖7為“SaSock”品牌抗菌襪。

4.2桑皮纖維非織造產品開發

設計開發了桑皮纖維超聲振蕩成膜（非織造產品）裝置，利用不完全脫膠的桑皮纖維開發桑皮纖維非織造功能產品（圖8）。裝置采用超聲波振蕩保證成膜均勻一致，紅外快速烘干避免成膜內外產生皮芯結構，保證成膜結構穩定，強力高。開發出的桑皮纖維非織造產品可生產創可貼或者面膜等功能保健產品。

5結束語

結合桑皮及桑枝的特點，開發桑枝自動剝皮機及用于桑皮脫膠的循環脫膠裝置，形成桑皮纖維的可行的高效環保生產路線，對其可紡性進行研究，并結合纖維的特點開發系列色紡紗及色織產品，為紡織纖維及織物增添新的品種，并研究色織面料的保健性能。同時設計開發了利用超聲波和紅外發生器的桑皮纖維成膜裝置，利用未完全脫膠的桑皮纖維進行成膜，開發桑皮纖維非織造產品；同時回收桑皮脫膠后的副產物——桑枝果膠，研究其結構及性能，開發抗紫外線保健產品。桑皮剝皮機的開發節約了勞動力，使桑皮纖維的產業化開發真正變為現實，解決了目前廢棄桑枝難以有效處理的問題，解決了桑枝燃燒帶來的環境污染問題，為農民增收及紡織產業發展提供了新的途徑，會產生較大的經濟效益和社會效益，因此具有較好的產業化前景。

參考文獻

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作者簡介：李桂付，男，1968年生，院長、副教授，主要研究領域為紡織新材料及其性能研究。

通訊作者：周彬，講師，15949149207@126.com。

作者單位：李桂付、瞿才新、周彬、趙磊，鹽城工業職業技術學院；周彬，江蘇省生態紡織工程技術研發中心。

基金項目：江蘇省產學研聯合創新資金——前瞻性聯合研究項目（BY2010129，BY2013059）；江蘇省第五批省級科技創新與成果轉化（重大科技支撐與自主創新）項目（BE2012429）。