竹原纤维精细化技术研究

论文摘要

我国具有丰富的竹材资源,现有竹子种类500余种,竹林面积有484.26万公顷,总蓄积量达11,492万吨。因此,充分利用竹材资源提取竹原纤维对我国的林业和纺织业都具有大的价值。从竹材中经过脱胶处理制取的竹原纤维,属于天然纤维素纤维,具有吸放湿速度快、天然抗菌和抗紫外线等特性,不仅可以部分替代化学纤维的使用,还可以满足人们追求自然的心理。本文对竹材和竹原纤维进行化学成分的定量分析,并与麻类纤维比较,为其精细化加工工艺奠定基础。由于生物精细化方法对环境的污染小,且具有专一性强、催化效率高和反应条件温和等显著特点,本为探讨了生物酶在不同工艺下对竹原纤维精细化的效果。借鉴麻类纤维化学脱胶方法,探讨了化学法对竹原纤维的精细化效果。并充分利用化学法和生物酶法的优势,探索出了适合竹原纤维的精细化工艺。另外,本文还对竹原纤维的结构形态和性能进行了研究。得出结论如下:（1）竹材和竹原纤维的化学成分与麻类纤维基本相似,只是具体成分的含量有所差异,竹材中纤维素含量低于45%,竹原纤维中纤维素含量不到70%,低于苎麻、亚麻等麻类纤维。（2）采用三种酶:木聚糖酶、漆酶和纤维素酶对竹原纤维进行精细化处理。首先,单独使用一种酶对竹原纤维进行处理,探讨温度、酶用量和时间三个因素对竹原纤维成分和性能影响,选出最佳工艺:木聚糖酶:温度60℃,用量0.5%,时间4h;漆酶:温度60℃,用量2.0%,时间4h;纤维素酶:温度55℃,用量1.5%,时间3h。然后采用木聚糖酶+漆酶+纤维素酶流程,进行三步处理,制得竹原纤维的残胶率13.32%,降低了38.7%,线密度降至4.55tex,降低了55.4%。（3）采用化学法对竹原纤维进行精细化处理。研究了助剂对竹原纤维精细化的效果,优化选择助剂分别为:多聚磷酸钠浓度、Na2SO3、渗透剂PST三种较好,其浓度分别为:3g/L、5g/L、3g/L。采用单因子试验对碱的浓度、时间和温度这三个因素进行优化,得出最佳参数为:NaOH浓度:10g/L,时间:120min,温度95℃。制得竹原纤维的残胶率降至11.84%,比处理前降低了45.5%,线密度降至3.95tex,降低了61.3%。（4）采用生物酶-化学法联合的方法对竹原纤维进行精细化处理,通过正交试验优化工艺参数。可使碱的用量减少30%,同时生化联合精细化处理制取的竹原纤维残胶率降至11.01%,比处理前降低了49.3%;线密度降至3.54tex,降低了65.3%。（5）对竹原纤维的形态结构和微细结构进行了分析研究。竹原纤维维表面有沟槽,无天然转曲,具有麻类纤维的形态特征:具有纤维素纤维的特征基团,但纤维中仍然存留半纤维素、木质素等胶质;计算出竹原纤维的结晶度为70.37%,取向度为82.5%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 竹材资源及其基本构造
• 1.2 国内外竹原纤维的开发现状
• 1.2.1 国内竹原纤维的开发现状
• 1.2.2 国外竹原纤维的开发现状
• 1.3 本文的研究内容和意义
• 第二章 竹原纤维精细化机理
• 2.1 竹原纤维的化学组成
• 2.1.1 纤维素
• 2.1.2 半纤维素
• 2.1.3 木质素
• 2.1.4 果胶及脂蜡质
• 2.2 生物酶的基本理论
• 2.2.1 酶的本质
• 2.2.2 酶的催化特性
• 2.2.3 酶的活性部位
• 2.2.4 酶的作用机理
• 2.2.5 纺织用酶制剂的特点
• 2.3 脱胶的基本原理
• 2.3.1 生物酶脱胶的基本原理
• 2.3.2 化学脱胶的基本原理
• 第三章 竹材和竹原纤维的化学成分分析
• 3.1 竹原纤维的化学成分定量分析
• 3.1.1 试验目的与依据
• 3.1.2 试验材料
• 3.1.3 试验结果与分析
• 3.2 与其它韧皮纤维的对比
• 3.3 本章小结
• 第四章 竹原纤维生物法精细化研究
• 4.1 试验材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验方法
• 4.1.3 主要指标的测试方法
• 4.2 木聚糖酶处理对竹原纤维的精细化效果
• 4.2.1 处理温度对竹原纤维性能的影响
• 4.2.2 木聚糖酶用量对竹原纤维性能的影响
• 4.2.3 处理时间对竹原纤维性能的影响
• 4.3 漆酶处理对竹原纤维的精细化效果
• 4.3.1 处理温度对竹原纤维性能的影响
• 4.3.2 漆酶用量对竹原纤维性能的影响
• 4.3.3 处理时间对竹原纤维性能的影响
• 4.4 纤维素酶处理对竹原纤维的精细化效果
• 4.4.1 处理温度对竹原纤维性能的影响
• 4.4.2 纤维素酶用量对竹原纤维性能的影响
• 4.4.3 处理时间对竹原纤维性能的影响
• 4.4 生物酶多步法处理对竹原纤维的精细化效果
• 4.5 本章小结
• 第五章 竹原纤维化学法精细化研究
• 5.1 试验原料和方法
• 5.1.1 试验原料
• 5.1.2 试验方法
• 5.2 助剂对化学精细化效果的影响
• 5.2.1 助剂概述
• 5.2.2 助剂的选择
• 5.2.3 助剂的复配
• 5.3 化学精细化工艺参数优化
• 5.3.1 氢氧化钠浓度对竹原纤维性能的影响
• 5.3.2 处理时间对竹原纤维性能的影响
• 5.3.3 处理温度对竹原纤维性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 竹原纤维生化联合精细化研究
• 6.1 试验方法
• 6.2 试验结果与分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 竹原纤维的结构性能研究
• 7.1 竹原纤维的形态结构
• 7.1.1 单纤维的形态结构
• 7.1.2 束纤维的表面形态
• 7.2 竹原纤维的X射线衍射分析
• 7.2.1 测试方法
• 7.2.2 测试结果与分析
• 7.3 竹原纤维的红外光谱分析
• 7.3.1 测试方法
• 7.3.2 测试结果与分析
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢