一种精细化工业大麻纤维的制备方法

1.本发明属于纺织加工技术领域，具体涉及一种精细化工业大麻纤维高效环保的制备方法。


背景技术：

2.工业大麻纤维原麻手感较硬，化学成分复杂，由纤维素成分和果胶、半纤维素及木质素等非纤维素成分构成，这些非纤维素成分统称为胶质，果胶、脂蜡质等物质含量不高，木质素和半纤维素为脱胶处理的重点，胶质的含量对工业大麻后续纺织加工环节的进行有很大影响。因此，为了后续纺织环节的顺利进行，去除这些非纤维素的胶质成分是至关重要的一步，获得较纯的纤维素纤维。目前，大麻纯纺纱的产品支数都较低，为了获得高支纱以及混纺纱，需要对大麻做进一步的精细化处理。
3.大麻的精细化处理主要是对大麻进行脱胶。脱胶的方法较多。物理脱胶法主要有机械脱胶法、蒸汽爆破-闪爆脱胶法、超声波脱胶法等，主要是辅助脱胶。化学脱胶法采用比较广泛，但对环境造成污染。生物酶脱胶作用条件相比于化学脱胶温和，纤维的损伤小，出麻率高，耗能小，污染少，但存在脱胶不彻底且品质差异大的缺点。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，为此，本发明实施例提供了一种精细化工业大麻纤维高效环保的制备方法，本发明方法简单、成本低廉、处理时间短，化学试剂用量少，并且制得的精细化工业大麻纤维质量高。
5.本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
6.本发明实施例提供了一种精细化工业大麻纤维的制备方法，包括如下步骤：
7.1)将工业大麻放置在聚乙二醇与水的混和液中进行脱胶，水洗；其中，聚乙二醇与水的混和液中，聚乙二醇与水的质量比为(0.10～0.50)：1；
8.2)采用复合酶进行脱胶，水洗；
9.3)过碳酸钠漂白处理，水洗，烘干。
10.在本发明的一些实施例中，步骤1)中：大麻按1：50～150浴比放入聚乙二醇与水的混和液中，温度为20～30℃，处理时间为1～2h，水洗至ph值为中性。
11.本发明实施例中，聚乙二醇与水的质量比为(0.10～0.50)：1；发明人发现：当混合液中，聚乙二醇与水的质量比小于0.1：1时，聚乙二醇的量太少，因此对大麻纤维的脱胶作用很微小。当聚乙二醇与水的质量比大于0.5：1时，聚乙二醇浓度过高，处理后容易对纤维造成损伤。本技术中控制聚乙二醇与水的质量比为(0.10～0.50)：1之间，对半纤维素、木质素、果胶和水溶物具有更好的降解效果，尤其对木质素去除率较高，且对纤维的损伤少。
12.优选地，步骤1)中，聚乙二醇与水的混和液中，聚乙二醇与水的质量比为(0.10～0.30)：1，大麻按1：50～100浴比放入聚乙二醇与水混和液中，温度为20～30℃，处理时间为1～2h，水洗至ph值为中性。
13.在本发明的一些实施例中，步骤2)中：浴比为1：20，ph值为3.0-6.0(优选为3.5-5)，温度为35-50℃，时间为30-90min，复合酶的添加量为20g/l，水洗至ph值为中性。
14.在本发明的一些实施例中，所述复合酶为果胶酶和半纤维素酶，质量配比为：(1～2)：(1～2)。
15.在本发明的一些实施例中，步骤3)中，浴比为1:10～30，氢氧化钠为2～5g/l，过碳酸钠为10～30g/l，处理时间为30～50min，温度为60～90℃，水洗至ph值为中性；烘干到纤维干燥状态。
16.发明人发现，步骤3)中，其他条件不变的情况下，过碳酸钠的用量增加，纤维的白度会增加，残胶率会下降，但断裂强力也有所下降；当过碳酸钠为20-25g/l时白度较高，残胶率较低，断裂强力较高。综合考虑，过碳酸钠浓度优选为20-25g/l。
17.本发明的工艺流程：制备聚乙二醇与水的混和液—大麻纤维放入混和液脱胶—复合酶脱胶处理—过碳酸钠漂白—水洗—烘干。本发明针对脱胶的对象的性质，先采用聚乙二醇与水的混和液对大麻进行处理。聚乙二醇是一种高分子聚合物，化学结构式：ho(ch2ch2o)nh(例如peg200等)。无刺激性，味微苦，具有良好的水溶性，是一个环境友好的化学试剂。聚乙二醇与水的混和液在常温(20-30℃)下能溶解一部分的大麻中的胶质，且对纤维的损伤小。一般的有机溶剂(例如乙二醇、1,2-丙二醇、丙三醇/1,4-丁二醇等)需要在高温(例如180℃)下，聚乙二醇与水的混和液只需常温下进行，耗能小。然后采用复合酶的生物脱胶方法对溶解了一部分胶质的大麻纤维进行脱胶，环保。最后是漂白。相关技术中的漂白方法是用次氯酸钠等含氯试剂进行纺织纤维漂白处理，效果快且质量高，但释放的cl2对人体损伤大；氧法漂白采用过氧化氢，在碱性条件下被活化，具有较强的氧化性，而重金属离子的存在使双氧水过早催化分解，不仅造成漂白液的失效，并会使纤维损伤。所以需要加入稳定剂(如碳酸钠)，减慢双氧水分解速度。同时脱胶液ph值高对排放后的环境会造成污染；因此，本发明探寻研究新的漂白法，采用过碳酸钠漂白来漂白工业大麻，过碳酸钠是一种环保型的固体氧化剂，其分解后，可以产生过氧化氢和碳酸钠，用过碳酸钠替代双氧水进行脱胶时，可以不再添加碳酸钠，而是直接利用过碳酸钠分解得到的碳酸钠。
18.本发明具有如下有益效果：
19.(1)本发明方法与传统脱胶工艺相比，对工业大麻纤维损伤小，提高了精细化工业大麻纤维质量。
20.(2)本发明将聚乙二醇与水的混和液处理工业大麻，以及用过碳酸钠漂白处理，与传统工艺相比，聚乙二醇无毒、无刺激性；过碳酸钠漂白免去了双氧水在运输、储存过程中存在易燃易爆等风险，还不用额外添加碳酸钠。
21.(3)本发明方法生态友好、制备简便，减少了化学试剂的使用量，过程安全，更有利于环境保护和污水处理。
附图说明
22.图1为本发明实施例1处理前大麻的sem图；
23.图2为本发明实施例1方法处理后大麻纤维的sem图。
具体实施方式
24.下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
25.在本文中，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
26.在本文中，在将值描述为范围的情况下，应当理解，这种公开包括在该范围内的所有可能的子范围的公开，以及落入该范围内的具体数值，而与是否明确指出具体数值或具体子范围无关。
27.需要说明的是:下述对比例的方案并非现有技术，仅是为了与实施例的方案进行对比而设置,不作为对本发明的限制。
28.本发明中试剂来源：
29.聚乙二醇(peg200)：购自无锡市亚泰联合化工有限公司
30.果胶酶：购自苏州福莱德生物科技有限公司
31.半纤维素酶：购自宁夏夏盛实业集团有限公司
32.氢氧化钠：购自天津市凯通化学试剂有限公司
33.过碳酸钠：购自国药集团化学试剂有限公司
34.实施例1
35.一种精细化工业大麻纤维高效环保的制备方法，包括如下步骤：
36.1)聚乙二醇与水的混和液脱胶
37.条件为：聚乙二醇与水的混和液中，聚乙二醇与水的质量比为0.15：1，大麻按1：50浴比放入聚乙二醇与水混和液中，温度为25℃，处理时间为1h，水洗至ph值为中性。
38.2)复合酶进一步脱胶
39.条件为：复合酶采用质量比为1:1的果胶酶和半纤维素酶，复合酶的浓度为20g/l，酶反应温度40℃，ph为5(用柠檬酸、碳酸氢钠调节)，酶反应时间是1h，浴比采用1：20，水洗至ph值为中性。
40.3)过碳酸钠进行漂白处理
41.条件为：浴比为1:10，氢氧化钠为2g/l，过碳酸钠浓度为10g/l，处理时间为50min，温度为70℃，水洗至ph值为中性，烘干到纤维干燥状态。
42.图1为本发明实施例1处理前大麻的sem图，图2为本发明实施例1方法处理后大麻纤维的sem图，通过图1和图2对比可以看出，采用本发明实施例方法获得的大麻纤维直径小，残胶率低，大麻纤维损伤小，大麻纤维质量高。
43.实施例2
44.一种精细化工业大麻纤维高效环保的制备方法，包括如下步骤：
45.1)聚乙二醇与水的混和液脱胶
46.条件为：聚乙二醇与水的混和液中，聚乙二醇与水的质量比为0.2：1，大麻按1：50浴比放入聚乙二醇与水混和液中，温度为30℃，处理时间为1h，水洗至ph值为中性。
47.2)复合酶进一步脱胶
48.条件为：复合酶采用质量比为2:1的果胶酶和半纤维素酶，复合酶的浓度为20g/l，酶反应温度35℃，ph为4.5(用柠檬酸、碳酸氢钠调节)，酶反应时间是1h，浴比采用1：20，水
洗至ph值为中性。
49.3)过碳酸钠进行漂白处理
50.条件为：浴比为1:20，氢氧化钠为5g/l，过碳酸钠浓度为15g/l，处理时间为45min，温度为60℃，水洗至ph值为中性，烘干到纤维干燥状态。
51.实施例3
52.一种精细化工业大麻纤维高效环保的制备方法，包括如下步骤：
53.1)聚乙二醇与水的混和液脱胶
54.条件为：聚乙二醇与水的混和液中，聚乙二醇与水的质量比为0.2：1，大麻按1：50浴比放入聚乙二醇与水混和液中，温度为30℃，处理时间为1h，水洗至ph值为中性。
55.2)复合酶进一步脱胶
56.条件为：复合酶采用质量比为1:2的果胶酶和半纤维素酶，复合酶的浓度为20g/l，酶反应温度40℃，ph为4(用柠檬酸、碳酸氢钠调节)，酶反应时间是1.5h，浴比采用1：20，水洗至ph值为中性。
57.3)过碳酸钠进行漂白处理
58.条件为：浴比为1:30，氢氧化钠为3g/l，过碳酸钠浓度为20g/l，处理时间为50min，温度为70℃，水洗至ph值为中性，烘干到纤维干燥状态。
59.实施例4
60.一种精细化工业大麻纤维高效环保的制备方法，包括如下步骤：
61.1)聚乙二醇与水的混和液脱胶
62.条件为：聚乙二醇与水的混和液中，聚乙二醇与水的质量比为0.25：1，大麻按1：60浴比放入聚乙二醇与水混和液中，温度为30℃，处理时间为1h，水洗至ph值为中性。
63.2)复合酶进一步脱胶
64.条件为：复合酶采用质量比为1:1的果胶酶和半纤维素酶，复合酶的浓度为20g/l，酶反应温度30℃，ph为5(用柠檬酸、碳酸氢钠调节)，酶反应时间是1.5h，浴比采用1：20，水洗至ph值为中性。
65.3)过碳酸钠进行漂白处理
66.条件为：浴比为1:20，氢氧化钠为4g/l，过碳酸钠浓度为30g/l，处理时间为35min，温度为60℃，水洗至ph值为中性，烘干到纤维干燥状态。
67.实施例5
68.一种精细化工业大麻纤维高效环保的制备方法，包括如下步骤：
69.1)聚乙二醇与水的混和液脱胶
70.条件为：聚乙二醇与水的混和液中，聚乙二醇与水的质量比为0.25：1，大麻按1：50浴比放入聚乙二醇与水混和液中，温度为30℃，处理时间为1h，水洗至ph值为中性。
71.2)复合酶进一步脱胶
72.条件为：复合酶采用质量比为2:1的果胶酶和半纤维素酶，复合酶的浓度为20g/l，酶反应温度40℃，ph为4(用柠檬酸、碳酸氢钠调节)，酶反应时间是1h，浴比采用1：20，水洗至ph值为中性。
73.3)过碳酸钠进行漂白处理
74.条件为：浴比为1:20，氢氧化钠为4g/l，过碳酸钠浓度为10g/l，处理时间为35min，
温度为80℃，水洗至ph值为中性，烘干到纤维干燥状态。
75.对比例1
76.与实施例1的区别是：步骤1)将大麻进行清水浸泡：大麻在清水浸泡1h。其他步骤同实施例1。
77.对比例2
78.与实施例1的区别是：步骤1)将大麻进行温水浸泡：将大麻用30℃温水浸泡1h，其他步骤同实施例1。
79.对比例3
80.一种精细化工业大麻纤维脱胶，包括如下步骤：
81.条件为：聚乙二醇与水的混和液中，聚乙二醇与水的质量比为0.15：1，大麻按1：50浴比放入聚乙二醇与水混和液中，温度为25℃，处理时间为1h，水洗至ph值为中性。
82.对比例4
83.与实施例1的区别是：步骤2)中复合酶采用质量比为1:1的木聚糖酶和半纤维素酶，其他步骤同实施例1。
84.对比例5
85.与实施例1的区别是：步骤1)中，聚乙二醇与水的混和液中，聚乙二醇与水的质量比为0.6：1，大麻按1：40浴比放入聚乙二醇与水混和液中，温度为35℃，处理时间为3h，水洗至ph值为中性。其他步骤同实施例1。
86.对比例6
87.与实施例1的区别是：步骤3)中，浴比为1:40，氢氧化钠为6g/l，过碳酸钠为40g/l，处理时间为60min，温度为100℃，水洗至ph值为中性；烘干到纤维干燥状态。其他步骤同实施例1。
88.对比例7
89.步骤3)过氧化氢对大麻进行漂白处理，水洗，烘干。其他步骤同实施例1。
90.以下对使用本发明实施例及对比例方法制备的精细化工业大麻纤维进行物性检测，得到如下检测数据：
91.断裂强力通过lly-06e型电子单纤维强力仪测试，拉伸隔距20mm/min，拉伸次数为20次，取平均值；
92.残胶率的检测参考标准gb/t18147.2-2008；
93.白度的检测参考标准gb/t17644-2008；
94.精细化工业大麻纤维直径通过ygb-002型纤维细度仪测试，不同部位测试20次，取平均值。
95.表1精细化工业大麻纤维检测数据
[0096][0097]
本发明的处理对象是工业大麻，通过本发明的方法脱胶获取的工业大麻纤维其直径为17-28μm，残胶率为4.2-6.0％，断裂强力为35-44cn，白度为24-27％。可见，采用本发明方法获得的精细化工业大麻纤维直径小，残胶率低，环境污染小，对大麻纤维损伤小，精细化工业大麻纤维质量高。
[0098]
通过实施例1和对比例1的数据对比可以看出：精细化工业大麻纤维直径方面对比例1较粗(实施例1为20.543μm，对比例1为37.935μm)、残胶率方面对比例1高(实施例为5.01％，对比例1为10.92％)、断裂强力方面对比例1高(实施例1为36.95cn，对比例1为48.87cn)、白度方面对比例1较差(实施例1为26.91％，对比例1为24.89％)。这也证明了在预处理阶段，采用聚乙二醇与水的混和液比仅采用清水浸泡的脱胶效果好，也证明了聚乙二醇与水的混和液是有脱胶作用的。
[0099]
通过实施例1和对比例2的数据对比可以看出：精细化工业大麻纤维直径方面对比例1较粗(实施例1为20.543μm，对比例2为34.587μm)、残胶率方面对比例2高(实施例为5.01％，对比例2为8.07％)、断裂强力方面对比例2高(实施例1为36.95cn，对比例2为44.98cn)、白度方面对比例2较差(实施例1为26.91％，对比例2为25.91％)，但相近。这也证明了在预处理阶段，采用聚乙二醇与水的混和液比采用温水浸泡的脱胶效果好，也证明了聚乙二醇与水的混和液是有脱胶作用的。
[0100]
通过实施例1和对比例3的数据对比可以看出：只用聚乙二醇与水的混和液脱胶(对比例3)与实施例1相比，精细化工业大麻纤维直径方面对比例3较粗(实施例1为20.543μm，对比例3为27.896μm)、但相差不大，说明聚乙二醇与水的混和液这一步的脱胶效果比较好；残胶率方面与对比例3略高(实施例为5.01％，对比例3为7.89％)、断裂强力方面对比例3略高(实施例1为36.95cn，对比例3为40.15cn)；白度方面相差大(实施例1为26.91％，对比例3为18.98％)。说明聚乙二醇与水的混和液对漂白作用不大。
[0101]
通过实施例1和对比例4的数据对比可以看出：改变复合酶的种类为木聚糖酶和半纤维素酶，其他条件不变的情况下，精细化工业大麻纤维直径方面对比例4稍粗(实施例1为
20.543μm，对比例4为23.142μm)、残胶率方面对比例4稍高(实施例为5.01％，对比例4为6.12％)、断裂强力方面对比例4略高(实施例1为36.95cn，对比例4为36.98cn)、白度方面相近(实施例1为26.91％，对比例4为26.12％)。这是由于聚乙二醇与水的混和液对木质素的分解效果较好，在实施例1中复合酶采用果胶酶和半纤维素酶有利于去除大麻中的果胶和半纤维素；对比例中复合酶采用木聚糖酶和半纤维素酶，两种酶均对半纤维素的去除有作用，但对果胶的去除没有效果，所以整体胶质的去除没有实施例1好。但大麻中果胶含量没有半纤维素含量多，所以相差不大。
[0102]
通过实施例1和对比例5的数据对比可以看出：精细化工业大麻纤维直径方面对比例5略细(实施例1为20.543μm，对比例5为19.218μm)、残胶率方面对比例5较低(实施例为5.01％，对比例5为4.91％)、断裂强力方面对比例5较低(实施例1为36.95cn，对比例5为33.25cn)、白度方面相接近(实施例1为26.91％，对比例5为26.41％)。对比例5中，对于步骤1)中与实施例1相比聚乙二醇与水的质量比增加，大麻按1：40浴比降低，温度高，处理时间长，其他步骤同实施例1。这些反应条件使得对纤维的作用增强，但对纤维的损伤更大，所以直径方面对比差异不大，但断裂强力的差异相对而言就大。
[0103]
通过实施例1和对比例6的数据对比可以看出：精细化工业大麻纤维直径方面对比例6偏细(实施例1为20.543μm，对比例6为18.845μm)、残胶率方面对比例6较低(实施例为5.01％，对比例6为4.35％)、断裂强力方面对比例6较低(实施例1为36.95cn，对比例6为31.41cn)、白度方面对比例6较好(实施例1为26.91％，对比例6为27.12％)。对比例6中，对于步骤3)中与实施例1相比氢氧化钠和过碳酸钠用量增大，处理时间加长，温度增加，其他步骤同实施例1。这些反应条件使得对纤维的作用增强，特别是氢氧化钠和过碳酸钠用量增大，对纤维的损伤很明显，断裂强力较低，但白度较好。
[0104]
通过实施例1和对比例7的数据对比可以看出：对于步骤3)中与实施例1相比将过碳酸钠换成了过氧化氢，其他步骤同实施例1。各项指标相差不大，但断裂强力损失较大。且本发明过碳酸钠漂白免去了双氧水在运输、储存过程中存在易燃易爆等风险。
[0105]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术方案作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种精细化工业大麻纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将工业大麻放置在聚乙二醇与水的混和液中进行脱胶，水洗；其中，聚乙二醇与水的混和液中，聚乙二醇与水的质量比为(0.10～0.50)：1；2)采用复合酶进行脱胶，水洗；3)过碳酸钠漂白处理，水洗，烘干。2.根据权利要求1所述一种精细化工业大麻纤维的制备方法，其特征在于，步骤1)中：大麻按1：50～150浴比放入聚乙二醇与水的混和液中，温度为20～30℃，处理时间为1～2h，水洗至ph值为中性。3.根据权利要求2所述一种精细化工业大麻纤维的制备方法，其特征在于，步骤1)中，聚乙二醇与水的混和液中，聚乙二醇与水的质量比为(0.10～0.30)：1，大麻按1：50～100浴比放入聚乙二醇与水混和液中，温度为20～30℃，处理时间为1～2h，水洗至ph值为中性。4.根据权利要求1-3中任一项所述一种精细化工业大麻纤维的制备方法，其特征在于，步骤2)中：浴比为1：20，ph值为3.0-6.0，温度为35-50℃，时间为30-90min，复合酶的添加量为20g/l，水洗至ph值为中性。5.根据权利要求4所述一种精细化工业大麻纤维的制备方法，其特征在于，所述复合酶为果胶酶和半纤维素酶，质量配比为(1～2)：(1～2)。6.根据权利要求1所述一种精细化工业大麻纤维的制备方法，其特征在于，步骤3)中，浴比为1:10～30，氢氧化钠为2～5g/l，过碳酸钠为10～30g/l，处理时间为30～50min，温度为60～90℃，水洗至ph值为中性，然后烘干到纤维干燥状态。7.根据权利要求6所述一种精细化工业大麻纤维的制备方法，其特征在于，所述过碳酸钠浓度为20-25g/l。

技术总结
本发明公开了一种精细化工业大麻纤维的制备方法，包括：1)将工业大麻放置在聚乙二醇与水的混和液中进行脱胶；其中，聚乙二醇与水的混和液中，聚乙二醇与水的质量比为(0.10～0.50)：1；2)采用复合酶进行脱胶，水洗；3)过碳酸钠漂白处理，水洗，烘干。本发明方法与传统脱胶工艺相比，对工业大麻纤维损伤小，提高了精细化工业大麻纤维质量。本发明将聚乙二醇与水的混和液处理工业大麻，以及用过碳酸钠漂白处理，与传统工艺相比，聚乙二醇无毒、无刺激性；过碳酸钠漂白免去了双氧水在运输、储存过程中存在易燃易爆等风险，还不用添加碳酸钠；该方法生态友好、制备简便，减少了化学试剂的使用量。量。量。


技术研发人员：孙颖 李端鑫 李宇 郑永杰 王佳怡 孔伟帅
受保护的技术使用者：齐齐哈尔大学
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/7/20