香蕉纖維的堿法脫膠工藝

劉 杰，田 雨，孫聆芳，祖 彬，韓 雪，何秋月，徐逸坤，高 潔

（齊齊哈爾大學輕工與紡織學院，黑龍江齊齊哈爾 161006）

從香蕉莖稈上獲取的香蕉纖維與亞麻、黃麻等麻類纖維相似，單纖維長度較短，且含有半纖維素、木質素、果膠、灰分、蠟質、色素等雜質，尤其半纖維素和木質素含量較高［1-3］。因而，香蕉纖維不能直接用于紡紗織造，必須經過半脫膠方式保留部分膠質，使單纖維相互粘連，形成具有一定長度且可用于紡紗織造的工藝纖維。由此可見，香蕉纖維的前處理對可紡性至關重要［4-6］。

本實驗借鑒麻類纖維的前處理方法對香蕉纖維進行化學脫膠，以堿劑為主，輔以其他助劑，不僅提升了脫膠效果，而且能夠加快脫膠進程，脫膠后的香蕉纖維具有可紡性。

1 實驗

1.1 材料

香蕉纖維（中國熱帶農業科學院海口實驗站），碳酸鈉（Na2CO3）、亞硫酸鈉（Na2SO3）、多聚磷酸鈉［（NaPO3）n］（分析純，天津市凱通化學試劑有限公司），滲透劑JFC（上海九潔實業有限公司）。

1.2 儀器

FA1004 電子天平（北京賽多利斯儀器系統有限公司），HH-S 型恒溫電子水浴鍋（鞏義市予華儀器有限責任公司），YQ-Z-48A 白度顏色測定儀（杭州輕通博科自動化技術有限公司），LLY-06ED 型電子單纖維強力儀（萊州市電子儀器有限公司）。

1.3 香蕉纖維的堿法煮練工藝

1.3.1 工藝配方

Na2CO3用量1～5 g/L，Na2SO3用量1～5 g/L，（NaPO3）n用量1～5 g/L，JFC 用量2 g/L，溫度60～100 ℃，時間30～150 min，浴比1∶30。

1.3.2 工藝流程

預酸處理→冷水洗→堿煮→熱水洗→冷水洗。

1.4 測試

1.4.1 白度

參照GB/T 17644—2008《紡織纖維白度色度試驗方法》測定［7］。

1.4.2 斷裂強度

參照GB/T 5886—1986《苧麻單纖維斷裂強度試驗方法》測定。

1.4.3 失重率

參照GB/T 5889—1986《苧麻化學成分定量分析方法》測定。

2 結果與討論

2.1 影響香蕉纖維脫膠效果的因素

2.1.1 堿劑用量

堿劑選用碳酸鈉。由表1 可知，香蕉纖維的白度隨著堿劑用量的增加先下降后提高，斷裂強度則呈現下降趨勢。因為香蕉纖維中的大部分雜質可以被堿去除，但當堿劑用量過大時，香蕉纖維會在高濃度堿液中發生水解，導致斷裂強度顯著下降。當堿劑用量在1 g/L 時，失重率為15.36%，雜質大部分被去除，脫膠效果較好；5 g/L 時，失重率達到15.65%，但斷裂強度卻下降到10.06 cN/dtex，表明纖維損傷比較嚴重。綜合考慮白度、失重率及斷裂強度，堿劑用量選擇1 g/L 左右。

表1 堿劑用量對香蕉纖維脫膠效果的影響

2.1.2 亞硫酸鈉用量

具有還原性的亞硫酸鈉有利于木質素的去除，并且能夠保護纖維素，避免纖維被氧化而受損。由表2 可以看出，隨著亞硫酸鈉用量的增加，香蕉纖維的白度先提高后下降，而斷裂強度則呈現下降趨勢。這是因為亞硫酸鈉可以與木質素發生反應從而生成易溶于堿的磺化木質素，有利于木質素的去除；亞硫酸鈉還具有還原性，可以防止香蕉纖維在高溫堿液中被空氣中的氧氣氧化而脆損。但是亞硫酸鈉用量過大時，其強堿弱酸鹽性質也會對香蕉纖維造成損傷，導致纖維斷裂強度下降，不利于后續的紡紗加工。綜合考慮白度、失重率及斷裂強度，亞硫酸鈉的適宜用量為2 g/L。

表2 亞硫酸鈉用量對香蕉纖維脫膠效果的影響

2.1.3 多聚磷酸鈉用量

多聚磷酸鈉具有吸附脫膠堿液中金屬離子雜質的作用，可防止產生銹漬或雜質沉淀，有助于提高白度和吸水性。由表3 可以看出，香蕉纖維的白度隨著多聚磷酸鈉用量的增加先升高后下降，但是斷裂強度卻呈現下降趨勢。原因是多聚磷酸鈉能夠有效吸附工作液中的金屬雜質，防止生成鐵漬或雜質沉淀，有助于提高白度和吸水性；但是當多聚磷酸鈉用量過多時纖維受到損傷，導致斷裂強度降低。綜合考慮白度、失重率及斷裂強度，多聚磷酸鈉的適宜用量為2 g/L 左右。

表3 多聚磷酸鈉用量對香蕉纖維脫膠效果的影響

2.1.4 脫膠時間

從表4 中可以看出，脫膠時間從30 min 延長到60 min，白度顯著提高，斷裂強度有所下降；脫膠時間從60 min 延長到150 min，白度變化不大但斷裂強度下降明顯。原因是脫膠時間過短，工作液與纖維中的雜質反應不充分，雜質不能被完全去除；脫膠時間過長，纖維中的雜質已經基本去除，但纖維受到損傷，斷裂強度降低。綜合考慮纖維的各項性能，脫膠時間選擇60～90 min。

表4 脫膠時間對香蕉纖維脫膠效果的影響

2.1.5 脫膠溫度

由表5 可知，香蕉纖維的白度隨著脫膠溫度的升高而提高，80 ℃后趨于平穩（略有下降）；斷裂強度則呈現下降趨勢。原因在于高溫有利于工作液向纖維內部滲透，可以更好地去除雜質；但溫度過高又會引起香蕉纖維受損，導致斷裂強度顯著下降，影響香蕉纖維的可紡性。綜合考慮纖維的各項性能，脫膠的適宜溫度為80 ℃左右。

表5 脫膠溫度對香蕉纖維脫膠效果的影響

2.2 香蕉纖維脫膠工藝正交實驗優化

以白度和斷裂強度為指標，設計L16（45）正交實驗對香蕉纖維的堿法脫膠工藝進行優化。由表6 可以看出，影響香蕉纖維斷裂強度的因素從大到小為A、B、D、C、E，優化工藝方案為A2B4C1D2E3；影響香蕉纖維白度的因素從大到小為D、E、B、C、A，優化工藝方案為A3B1C3D1E4。由斷裂強度和白度兩項指標得出的優化工藝方案有差異，結合后續紡紗對纖維白度及斷裂強度的要求，確定優化的香蕉纖維脫膠工藝為A2B3C3D2E3，即堿劑1.5 g/L，多聚磷酸鈉2.5 g/L，亞硫酸鈉2.0 g/L，時間70 min，溫度85 ℃。

表6 L16（45）正交實驗結果及極差分析

針對香蕉纖維脫膠的優化工藝進行多組驗證實驗，脫膠后香蕉纖維的白度為25.79%，斷裂強度為21.03 cN/dtex，失重率為15.62%，滿足可紡性要求。

3 結論

（1）香蕉纖維的堿法脫膠優化工藝：堿劑1.5 g/L，多聚磷酸鈉2.5 g/L，亞硫酸鈉2.0 g/L，JFC 2.0 g/L，脫膠時間70 min，脫膠溫度85 ℃。

（2）脫膠后的香蕉纖維具有可紡性。今后將進一步研究香蕉纖維的生物酶法脫膠工藝，以更好地滿足紡織行業清潔生產的要求。