大麻脫膠方法綜述

開吳珍

（紡織工業科學技術發展中心，北京 100020）

大麻又名漢麻、火麻，一年生草本植物，我國的大麻主要有線麻和魁麻2大類，其中線麻為早熟品種，品種優良，纖維素質量分數較高，魁麻為晚熟品種，纖維粗硬，含膠量較高[1]。大麻纖維是各種麻纖維中最細軟的一種，細度僅為苧麻的1/3，化學成分主要為纖維素，其次為木質素等。相對亞麻和苧麻，大麻纖維堅韌、耐久、耐腐蝕性強、吸/排濕快、強度高，可開發多種環保型的紡織和非紡織制品，其中紡織纖維既可以與棉、麻、絲、毛及化纖混紡，也可以純紡，所得的紡織品風格別致“挺而不硬、輕而不飄、爽而不皺”，懸垂性、抗靜電性、吸/排濕性都較好，穿著舒適。與棉織物穿著相比，體感溫度低5 ℃左右[2]。此外，大麻織物還具有抗霉抑菌、防腐防臭、防輻射、堅牢耐用等其他紡織品不可比擬的優點，而且沒有亞麻、苧麻等織物穿著時的刺癢感。作為一種生態紡織原料，大麻纖維越來越受到人們的喜愛。

然而，要將大麻作為紡織原料，必須對原麻作適度脫膠得到精麻。大麻纖維由于單纖維過短（一般為12～25 mm）、纖維整齊度差、纖維素質量分數相對于其他麻類低，木質素、果膠和半纖維素的質量分高達40%，增大了脫膠的難度，嚴重影響纖維的可紡性，可以說脫膠的好壞決定了纖維（束）的長度、細度和斷裂強度等，對穩定和提高后道工序的產品質量起著重要作用。目前業界對大麻脫膠的研究主要基于3 類方法：化學脫膠法、生物脫膠法和物理脫膠法。

1 化學脫膠法

化學脫膠的基本原理是利用原麻中纖維素和膠質成分對堿、無機酸和氧化劑作用的穩定性不同，以化學方法去除原麻中的膠質成分，保留纖維素成分。常用的工藝有：一煮法、二煮法、二煮一煉法、二煮一漂法、二煮一漂一煉法、二煮二漂法及二次打纖法等，視原麻品質采用高溫高壓或常溫常壓條件。

化學方法是目前脫膠效果相對較好的方法，應用較為廣泛，但工藝流程長，能耗高，對纖維損傷較大，污染嚴重，而且對木質素的去除效果也不是很理想。針對這種情況，一些研究工作者在化學脫膠之前采取了一些預處理方法。

東華大學楊紅穗等[3]參考了苧麻快速脫膠的一些成果，主要對應用預氧處理、預尿氧處理分別與一煮法和二煮法結合的大麻脫膠工藝進行了探索，結果表明，預尿氧處理與一煮法結合的大麻快速化學脫膠方法在降低殘膠率和殘余木質素方面非常有效。采用的脫膠工藝為：試樣預備→預處理→水洗→煮煉→水洗→酸洗→水洗→脫膠→干燥。

張誠云等[4]采用UV 輻照-冷凍-驟熱（UVFH）工藝對漢麻纖維進行預處理，通過對比UVFH處理后堿煮與直接堿煮的工業大麻纖維化學成分和殘膠率發現，UVFH 處理有利于膠質的脫除，降低了堿煮的負擔。分析認為UV 輻照處理中由于雙氧水、氫氧化鈉的作用，使膠質被氧化降解，從而使膠質層變薄并被破壞，同時紫外線對膠質層表面產生刻蝕，膠質層被破壞并產生裂紋，增加膠質層的比表面積，有利于后續堿煮處理中堿液對膠質的滲透，使膠質和堿液充分接觸反應。最佳工藝參數為雙氧水12 g/L、氫氧化鈉12 g/L、UV輻照40 min、-55 ℃冷凍、120 ℃驟熱；UV輻照-冷凍-驟熱脫膠后，工業大麻纖維殘膠率為2.95%，木質素質量分數降低到0.75%。

歐陽兆鋒等[5]采用石墨烯溶液作為功能整理劑，通過水浴堿氧一浴法對大麻原麻進行脫膠改性整理，工藝流程為：大麻原麻→預處理（H2SO4）→水洗→堿氧一浴（用蒸餾水和石墨烯溶液作為對比）→水洗→酸洗→水洗→打纖→抖纖→烘干→大麻纖維。對比2種方法處理結果表明，石墨烯溶液處理可以降低大麻纖維的殘膠率，水浴處理大麻纖維的殘膠率8.85%，石墨烯溶液處理的殘膠率7.43%。

這些預處理方法雖然在一定程度上改善了化學脫膠的效果，但仍存在工藝參數不易控制、能耗高、環境污染嚴重、耗水量大以及對纖維損傷較大等問題。

2 生物脫膠法

生物脫膠方法分為微生物脫膠和酶生物脫膠。生物脫膠就是大麻初加工采用的天然漚制法，有冷水浸、熱水浸、露浸、堆積發酵、青莖曬等方法，主要是在纖維上培養特定的細菌，而這種細菌主要是靠纖維上的膠質進行生長繁殖，產生大量的酶，這種酶又可以使膠質發生分解，最終達到脫膠的目的。其中雨露脫膠是相對節能環保的方法，盧國超[6]對比了雨露脫膠、汽蒸脫膠（不浸水）、溫水漚麻脫膠3種方法，得出結論：雨露脫膠的出麻率最高，效果跟鋪麻、翻麻等因素息息相關。

天然雨露漚麻中起降解作用的真菌生長較慢，導致漚麻周期較長，在此過程中纖維降解菌等雜菌會共同生長從而影響纖維質量。針對這種情況，楊慶麗[7]試圖篩選一株可用于大麻雨露脫膠的微生物（鏈格孢屬），在田間實驗將此微生物直接接種到大麻莖上，并對漚麻周期、得麻率和纖維強力等進行了研究，結果表明，相比天然漚麻，周期縮短了23.07%，出麻率及纖維強力分別提高了1.73%及17.01%。

酶生物脫膠是利用生物酶對原麻進行脫膠，先在培養基中將特定細菌培養到衰老期，之后進行過濾或離心處理，得到想要的酶液，酶液既可以浸漬原麻，也可以濃縮提純。該方法無需專用設備，減少了環境污染，增加了纖維平均長度，麻粒、毛羽明顯減少，細紗品質提高，其主要影響因素是酶用量和大麻品質[8]。

微生物脫膠和生物酶脫膠的專一性強，且工藝簡單、綠色環保，是現在研究的熱點，但能夠產生酶的特定細菌種類較少，產酶量和酶活性較低，成本很高，而且脫膠不徹底，造成纖維質量不統一且不達標，所以工業上應用受限制，需與其他脫膠方法聯合使用。

3 物理脫膠法

物理脫膠主要指超聲波脫膠、蒸汽爆破脫膠、機械脫膠和等離子體等方法。此類方法簡便快捷、無污染，對纖維損傷小，但脫膠不徹底，所以一般情況下僅作為一種預處理方法，需要和其他方法配合使用。

超聲波脫膠主要是利用一定頻率的超聲波在一定溫度的水中產生特有的“空化效應”，對浸在水中的大麻表面形成強大的沖擊和破壞力，去除表面的各種雜質。蔣國華[9]通過實驗證明，水溫為50 ℃左右時，產生的“空化效應”最為強烈，對非纖維素的破壞最強，使大麻中的果膠、相對分子質量較小的半纖維素等溶解，膠質去除率高。

蒸汽爆破脫膠即閃爆法，是利用高溫高壓狀態下的液態水和水蒸氣作用于纖維原料，并通過瞬間施壓過程實現原料的組分分離和結構變化。研究表明，“閃爆”后的大麻纖維經水洗處理后，纖維素的比率顯著增加，木質素等非纖維素成分明顯減少，而且脫膠效果好，纖維的上染性能明顯改善[10]。

機械脫膠即利用大麻的特殊結構，采用旋輥或羅拉等方法對原麻麻片進行加工，原麻中的脆性膠質受到施加的載荷時會發生破碎，使膠質脫離纖維，可有效去除大麻原麻中30%的膠質。該工藝流程短、實驗條件簡單、無廢水廢氣、清潔環保、成本低[11]。

業界對于超聲波法、閃爆法和機械法的研究相對較多，而等離子體氧化法在大麻纖維脫膠方面的報道則較少。王迎等[12]首先把大麻纖維切碎，基于水溶液輝光放電等離子體的氧化性和酸性，通過正交實驗得到等離子體降解大麻的最佳條件：大麻210 mg/L、功率100 W、時間20 min，可使大麻纖維中的膠質去除，木質素降解，半纖維素水解，效果很好。實驗結果見表1。

表1 等離子體處理前后大麻纖維主要化學成分

大麻脫膠殘液的COD 值為1 500～2 000 mg/L，是目前工業排放廢水的1/6，表明水溶液輝光放電是一種環保的大麻脫膠方法。

3 類脫膠技術都有自身的優點，但同時還存在各自的問題。化學脫膠工藝復雜，因使用了大量的化學試劑，環境污染嚴重；生物法雖然減少了化學品和水的用量，降低了環境污染，工藝也簡單方便，但存在產品質量不穩定、脫膠不徹底和成本高等問題；物理脫膠方法具有化學試劑用量少、環保、對纖維損傷小的特點，但不能有效地去除雜質，其中，閃爆法和等離子體氧化法目前還基本處在研發階段，超聲法和機械法主要作為輔助手段，應用不多。許多研究人員根據每種方法的特點，將不同脫膠方法相結合，揚長避短，相互補充，進行了各種探索和嘗試。

4 不同脫膠方法結合

4.1 機械法+化學法

曲麗君博士[13]在機械脫膠方法的基礎上，輔以化學脫膠法，得到品質優良的精干麻。研究表明，采用旋輥式物理機械脫膠法，大麻的脫膠效果與彈性模量的大小有直接關系，彈性模量越小，去除的膠質越多，脫膠效果越好；施加在大麻上的外力應小于大麻纖維的斷裂應力，保證纖維不受損傷；原麻麻片在橫向拉伸和單次剪切作用時效果不理想，在縱向拉伸力或重復碾壓作用下去除膠質的效果較理想。

所采用的化學脫膠法將傳統的煮煉、漂白2 道工序結合在一起，利用堿和雙氧水相互作用（堿既起到去除大麻中的膠質、半纖維素、木質素及其他雜質的作用，又為雙氧水的分解提供了有利環境），使堿與雙氧水的作用達到最大功效。雙氧水在酸性介質中很穩定，而在堿性介質中可以被堿活化，雙氧水分子發生離解，可以漂白大麻纖維，尤為重要的是可以氧化木質素，木質素被氧化后可以溶解于堿氧一浴中，從而有助于去除木質素和其他雜質。同時采用了新的脫膠助劑硫酸鎂和強堿浴雙氧水穩定劑，對堿氧一浴脫膠反應起到了很好的穩定和保護纖維素的作用，需要對升溫速度和升溫過程進行控制。實驗表明：NaOH 質量濃度為10.5 g/L，H2O2用量為9.8 g/L，處理127 min 時，大麻精干麻的脫膠效果相對最優。此大麻脫膠漂白工藝流程短、工序少、成本低；制成的精干麻殘膠和木質素較少；麻纖維長、整齊度好、手感柔軟、色澤好、無刺癢感，適合做中高檔麻紡織品；在后整理中可以無需精煉、漂白工序，節約成本，提高了產品穩定性。

4.2 化學法+閃爆法

郝新敏等[14]進行了大麻纖維高溫蒸煮-閃爆聯合脫膠新工藝研究，討論了高溫蒸煮-閃爆聯合處理條件對漢麻纖維性能及組分分離效果的影響。用SEM、FTIR對大麻纖維脫膠前后的表面形態結構、化學成分進行了分析，實驗結果發現：漢麻纖維經高溫蒸煮-閃爆聯合處理后，半纖維素和木質素的質量分數相對原麻分別下降了81.18%和86.68%，纖維素質量分數提高至93.26%，達到漢麻纖維脫膠的目的；工藝中高溫蒸煮溫度、堿用量、閃爆前處理、閃爆壓力及溫度、保壓時間及閃爆次數等是影響漢麻纖維分離的重要因素，并且高溫蒸煮及預浸處理對漢麻纖維的溶脹作用有利于降低閃爆條件。

4.3 微生物法+蒸汽爆破法

蔡俠等[15]研究了微生物和蒸汽爆破聯合脫膠技術，縮短了大麻的脫膠時間，提高了纖維質量。在原有的微生物脫膠工藝和預設蒸汽爆破參數條件下，對蒸汽爆破階段的不同參數進行單因子和正交實驗。脫膠后大麻纖維的組分測定和性能檢測結果顯示，微生物蒸汽爆破聯合脫膠技術較好的工藝參數為：脫膠微生物對大麻在35 ℃、180 r/min下振蕩培養6 h；蒸汽爆破壓力2.5 MPa，保壓120 s。經此工藝處理后的大麻纖維素質量分數為77.01%，果膠、半纖維素和木質素的質量分數比原麻分別降低了89.15%、33.75%和30.64%，膠質去除效果較好，纖維分裂度和斷裂強力分別達到689 m/g和80 N。

4.4 微生物法+化學法

微生物脫膠技術可以降低大麻的殘膠率，但是難以達到紡織要求。譚曉明[16]認為結合一定的化學處理工藝能夠進一步提高大麻的脫膠效果，其研究的微生物-化學聯合脫膠工藝的關鍵環節：（1）預處理工藝，主要作用是去除部分果膠質，減輕后續脫膠工藝的負擔；（2）潤濕纖維，使原麻纖維溶脹而變得較松散，在之后的煮煉工藝中提高煮煉劑的滲透作用；（3）在后處理工藝中選擇合適的助劑以及堿用量。脫膠工藝流程為：試樣準備→預酸處理（硫酸2.0 g/L，50 ℃預酸2 h，浴比1∶25）→微生物脫膠（高效脫膠菌株接種量10%，浴比1∶25，35 ℃脫膠48 h）→化學煮煉（NaOH 3%，Na2SiO33%，Na3PO40.3%，Na2SO32%，常壓，浴比1∶25，100 ℃，1.5 h）。通過上述聯合脫膠，大麻的失重率、殘膠率和木質素的質量分數分別為32.6%、2.5%和4.74%，具有較好的脫膠效果，而且COD 值比化學脫膠法降低了83.5%，在一定程度上減輕了對水質的污染。

4.5 多種聯合脫膠法

李閑閑[17]將幾種脫膠方法聯合使用（具體見如下實驗流程圖），首先以超聲波+水煮和浸酸進行預處理，以確保脫膠質量，然后使用紫外輻射和冷凍驟熱聯合預脫膠，此階段纖維表面仍然有較為頑固的膠質存在，但明顯減少，且纖維表面已出現細微溝槽，有利于功能助劑的附著；在此基礎上采用木質素酶和高溫高壓法處理大麻纖維，與一般的化學工藝相比，H2O2和NaOH的用量減少了36%，節約了成本，減少了對環境的污染。

經上述工藝處理后的纖維：（1）表面膠質和雜質基本去除，纖維的白度和柔軟性都有了極大的改善，表面有較深的溝壑，增加了纖維表面積，有利于染色助劑的附著及染色牢度的提高；（2）纖維素質量分數達到97.5%，木質素質量分數由14.32%降到0.71%，殘膠率由43.12%降到2.26%，白度由16.4增加到76.3，熱穩定性提高了48 ℃，大麻纖維柔性大大提高，斷裂強力也符合可紡要求。此外，這種方法不僅可以處理河南固始麻，對東北粗麻和細麻都有理想的脫膠效果。

5 結語

業界對大麻脫膠技術的研究還在不斷地實驗和探索當中，期待工藝流程更短、環境更友好、脫膠效果更佳的成熟技術誕生，以推動大麻行業的快速發展。