对于那些不适宜种植棉花的国家来说,茎纤维或韧皮纤维就成为很重要的纤维原料,这一点己受到人们的关注。本文将介绍韧皮纤维的微生物浸解的新概念人类在许多领域使用植物纤维己经有几千年的历史了,但是自20世纪初以来,植物纤维却渐渐被从石化原料中制造出来的化学纤维所取代。
由于可利用的石油资源是有限的,又考虑到废料处理问题,以及经济方面、生态方面的原因,植物纤维又重新受到人们的关注。
植物纤维的主要组成是纤维素,还有果胶、半纤维素、木质素脂蜡质和水溶物等植物纤维在化学组成和物理性质方面的差异取决于纤维在植物中的生长部位和它们本身的性能根据纤维的生长部位不同,植物纤维分为三大类:韧皮纤维、叶纤维和种子纤维1现有脱胶方法概述与以纤维形式存在的种子纤维不同,韧皮纤维和叶纤维及多细胞纤维束形式存在于植物内部,只有提取它们才能获取纤维亚麻和大麻传统上采用浸解法提取纤维,后来又采用机械加工法。根据需要,人们不仅可以提取纤维束,还可提取单纤维人们必须把纤维束从半纤维素、果胶等组成的胶类物质中分离出来,并进一步分离成单纤维,通常采用化学处理的方法,称为韧皮纤维棉化或脱胶获取纤维束或单纤维采用的脱胶方法如表1传统脱胶方法的缺点温水浸渍法雨露浸渍法消耗能量铺放3-6周劳动密集型依赖于天气水的消耗高劳动密集型高度污染的废水纤维原料不同质,再生能力差通过牺牲纤维的模量甚至是强度性能来实现纤维模量的提高远未达到极限。
4结论经过长期的科研和产品开发,Twaron纤维在80年代实现了市场突破由于生产工艺和加工技术完善,因而PPTA纤维产品的性能将视市场的需求而日趋多样化目前,这种高性能的PPTA纤维是一种很有名、且用途十分广泛的纤维材料。
1.1传统的脱胶方法为了从麻茎中分离出纤维束(剥皮),那些脱叶和脱籽的大麻和亚麻必须经过脱胶。有两种方法可以采用,一种是通过好氧菌(雨露浸解法),一种是通过厌氧菌(温水浸解法)1.1.1雨露浸解法将麻收割后铺放在地上,潮湿温暖的环境加速了那些使纤维脱胶的真菌的繁殖由于麻茎铺放的位置、环境的潮湿程度、脱胶的阶段以及每根麻茎所处的位置的不同,脱胶的效果也不一样因此雨露脱胶法获得的纤维一般质量较差而且颜色发黑这种脱胶方法传统上需要3-6周时间1.1.2温水浸解法温水浸解法目前仍是整个东欧以及中国广泛采用的脱胶方法这种脱胶方法的条件很容易控制,并且不受时间限制,在密闭条件下任何时间都可进行将水池或沟渠内的水从28C加热到40C,微生物会加速繁殖整个脱胶过程需要3~ 5天温水浸解法获得的纤维比雨露浸解法的质量妊但是由于生态(废水)和经济等方面的原因,温水浸解法是否重新推广到西欧还是一个问题脱胶以后,麻茎经干燥、打麻,就获得了可纺的长纤维和絮纤维表1列出了传统脱胶方法的一些缺点近年来,由于这些因素的影响,以及棉化的韧皮纤维(短纤维)比长纤维更容易纺纱,人们己经开发出韧皮纤维化学脱胶法1.2机械化学脱胶法为实施机械化学脱胶法,用Hempflax收割机将麻收割下来,在此过程中,麻茎被切成约60cm长,然后在地里枢制2周时间在此期间,至少要翻动麻茎3次。脱胶后的麻茎随后被打捆、贮存和机械剥皮(德国巴登州天然纤维制造公司,BaFa)这种方法获得的麻纤维只能用在低技术领域,例如用作绝缘材料要想用在纺织上,这些纤维必须进一步加工因此,下面就介绍三种适用的化学脱胶方法1.2.1汽蒸脱胶法在德国罗伊特林根的IAF公司,为实施汽蒸脱胶法在机械剥皮后的原麻纤维被切断后放进一个气压容器内,切断长度根据纺纱工艺而定。原麻纤维在容器内被含有多种化学物质(主要是含有还原剂的腐蚀性碱)的溶液充分浸透,然后在12bar气压的饱和蒸汽中处理1min~至8bar后将压力突然释放,蒸汽将纤维喷出然后纤维经水洗、干燥和打包1.2.2化学脱胶控制法瑞士苏黎士的FAL公司采用化学脱胶控制法将麻剥皮后,把原麻纤维浸入一种强碱溶液中,在12C条件下高温高压蒸煮30min,当高压加热器冷却至100C时,将其打开。然后,纤维经水洗、中和、洗涤、干燥,*后将纤维打包1.2.3超声波脱胶法由德国ECCO公司拥有专利权的超声波脱胶法,是在麻经过机械剥皮后,将原麻纤维放入有助剂或无助剂的水中预处理,然后再将其放入有助剂的水中进行超声波处理,接着将麻水洗干燥和打包虽然这些新的脱胶方法都己应用在工业生产中,但还是要尽力估计一下它们的商业价值与棉的价格相比(每公斤2 5瑞士法郎),韧皮纤维是**适合做纺织原料的纤维(表2)表中的价格是由许多生产商和开发商估计出来的。从表中可以看出,由汽蒸法和超声法脱胶的纤维的价格明显比棉要高。因此,用近年来开发的化学脱胶法处理的麻纤维不可能获得跟棉相似的价格表2每公斤纤维的价格(瑞士法郎)脱胶方法机械脱胶法汽蒸法超声波法价格2生物脱胶法为了获得跟棉的价格相近的麻纤维,FAL公司开发出一种新的环保的脱胶方法,这种方法要求:经过剥皮的麻纤维在选好的微生物组成的细菌环境中被脱胶(生物脱胶)21剥皮和前面讲过的脱胶方法形成对比的是,实施生物脱胶法之前,必须将麻纤维从麻茎上分离下来这样就减少了许多不利因素和缺点剥皮是由提取机来完成的,这种提取机是为了从鲜大麻植物中提取纤维而专门开发的这个过程如由人工完成则是劳动密集型的工作但是,从技术上来讲,人们应该有能力开发出一种收割机,这种收割机结合了纤维提取机的功能,用它能够收割麻茎、剥皮、单独收集落麻,并能将纤维捆绑成束22生物脱胶初期的试验表明,在35C的碱条件下,供给氧气,纤维中自然产生的微生物能够使刚剥皮的原麻纤维脱胶(纤维的化学组成见表3,纤维长度分布情况见)人们发现这种脱胶方法不会损伤纤维(指纤维中纤维素分子量的减少),因此FAL公司设置了一个生产能力为几公斤的小型试验厂,通过这个试验厂,他们进一步改善了生物脱胶法,并能生产出用于可能的*终用途试验的纤维原料表3不同脱胶方法获得的原麻纤维的化学组成纤维和脱胶方法果胶含量(%)半纤维素含量(%)纤维含量(%)纤维素分子量FAL4.345.5467. 471379'126化学脱胶的大麻纤维超声波法1.793. 551419487汽蒸法0.101.251404261生物脱胶的大麻纤维0.与化学脱胶法相比使用微生物减少了能量消耗和对化学品的需要由于生物脱胶法使用的是在纤维中自然产生的微生物,脱胶可以在不经消毒的环境中进行,这就是说不需要建立造价昂贵的生物技术工厂了。
通过调整脱胶时间能够控制纤维的长度。
3韧皮纤维成为未来的纤维代替物或基本纤维原料的可能性纤维长度分布3生物脱胶法的评估目前,只能粗略地估计一下它的经济可行性和生态优越丨性与前面提到的其他脱胶方法相比,这种新的脱胶方法的优越性表现在以下几个方面:露天剥皮意味着将纤维和落麻直接从田间运输到进一步加工的工厂,这不但降低了运输费用,还省去建立不必要的剥皮工厂。
与温水脱胶法相比,使用剥了皮的原纤维,减少了水的消耗,而且氧气的提供在很大程度上减少了水污染我们的目的不是要用韧皮纤维来取代其他常用的纺织纤维,而是在世界范围内对纺织品日益长的需求中,使韧皮纤维能够发挥更大的作用。
另外,由于韧皮纤维具有较高的断裂强力,人们会逐渐开发出它们的一些新的应用领域因此,开发韧皮纤维用做附加的纺织原料是合理的如果能够成功开发出高质量低成本的麻纤维,就可能在那些不宜种植棉花的国家的纺织品中大量使用韧皮纤居为了通过新的生物脱胶来达到这一目的,首先,必须引入雨露浸解法;第二,生物脱胶必须达到工业化水平(达到一定规模);第三,必须与纺织工业紧密合作。