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菠萝叶纤维物理生物联合脱胶工艺探讨及其性能分析

更新时间:2016-07-05

菠萝叶纤维的用途有很多,在纺织方面可以与其他纤维混纺,比如和棉纤维混纺可以做成牛仔面料[1],制成的牛仔面料的性能和纯棉牛仔面料比较类同,同时还具备吸汗透气和耐磨抗菌的特点;菠萝叶纤维还可以和蚕丝混和纺织纺成高档的的西装面料;一些装饰织物和家具面料也可以用菠萝叶纤维纺的纱制成,一般由菠萝叶纤维作为纬纱,织出的面料风格性能都比较好[2];菠萝叶纤维还可以和羊毛混纺,可以用来制作西服与外套的面料。

然而,由于菠萝叶原纤中胶质含量较大,可纺性能较差,故在纤维纺纱之前都会对其做脱胶处理。本文利用物理和生物酶处理的方法从菠萝叶片中提取可纺性的菠萝纤维,并分析探讨了脱胶工艺对菠萝叶纤维性能的影响。

1 实验部分

1.1 原料及仪器

1.1.1 实验材料

干菠萝叶、半纤维素酶、木质素酶和果胶酶,1mL/L稀硫酸溶液、30%过氧化氢溶液、植物油 。

1.1.2 实验仪器

PTX-FA210电子天平,玻璃棒,橡皮锤,滤布,HH-ZK4智能数显恒温水浴锅,量筒、各种容量瓶,鼓风干燥箱,拉伸强力仪,电镜扫描仪,不同型号的烧杯。

1.2 脱胶实验

1.2.1 实验原理

由于菠萝纤维单纤长度过低,必须采用含有一部分胶质的半脱胶方式[3]来保证其可纺性。利用生物酶的专一性,分别用半纤维素酶、木质素酶、果胶酶作用于相应的成分,从而尽可能多的除去原纤表面胶质和相应成分,分离出纤维素,以提取初具可纺性的菠萝纤维。

1.2.2 工艺流程

纳入标准:①10 ~ 20岁Lenke 5型AIS;②腰椎侧凸Cobb角45° ~ 70°;③行单一后路胸腰椎三维矫形植骨融合内固定术;④术前、术后2周及术后1年有完整的站立位全脊柱正位X线片;⑤万向螺钉或单平面椎弓根螺钉使用比例> 80%。2010年1月—2013年12月,根据以上标准共纳入患者72例,其中使用万向椎弓根螺钉治疗(A组)43例,使用单平面椎弓根螺钉治疗(B组)29例。A组男6例,女37例,年龄(14.8±2.1)岁,固定融合节段(7.6±1.3)个;B组男4例,女25例,年龄(15.1±2.0)岁,固定融合节段(7.8±1.1)个。

实验步骤:试样准备→称样→预处理→水洗→酶脱胶→打纤→滤洗→漂洗→给油→烘干。

试样准备:100℃水浴干菠萝叶6个小时,用橡胶锤反复敲打、冲洗、烘干得到菠萝叶原纤。

通过对大型卧式加工中心床身铸件进行的实型消失模工艺设计、切活料填砂设计及关键过程控制等,总结了生产此类铸件的铸造工艺及质量的控制要点,得到了合格的铸件,为此类铸件的批量生产提供了技术支持。

脱胶率=(脱胶前的干重-脱胶后的干重)/脱胶前的干重×100%

预处理:将称取好的菠萝叶纤维进行预酸处理, 1.5g/L的H2SO4溶液,60℃水浴60min。目的是除去部分杂质,使纤维松散但不被破坏。注意菠萝叶纤维需完全浸泡在水中,并不时加以搅拌,使受酸均匀。

酶的用量 B(g/L):B1=10;B2=15; B3=20;

酶脱胶:根据设计的正交实验对菠萝叶纤维进行相应的处理。

处理时间 A(h):A1=1; A2=2;A3=3;

冲洗:先用热水不断的冲洗,尽可能多的洗去表面的胶质,再用冷水冲洗,避免对下道工序的实验结果造成不良影响。

漂洗:用浓度为5%的H2O2溶液水浴加热菠萝叶纤维30min,温度70℃。

给油:将漂洗好的菠萝叶纤维给少量植物油,避免纤维在烘干后相互缠结[4]

阿联酋天然气储量丰富,但因硫化氢含量高,开采技术难度大,本国天然气消费大部分依靠进口。阿联酋政府制定了大力引进国际投资和技术,开发其丰富的天然气资源的战略目标,以期在满足国内需求的基础上,建成规模性的天然气出口产能。中国石油企业应利用这一有利时机,增加对阿联酋天然气资源的勘探开发力度。此外,硫磺是阿联酋含硫石油天然气的副产品,阿联酋是世界最大的硫磺出口基地,年产量700万吨,中国每年从阿联酋进口硫磺近200万吨。因此,开发阿联酋含硫气田,副产品硫磺的处理不会成为项目负担。

烘干:在给风烘干机中进行,温度设定为60℃,时间24小时。

1.2.3 正交实验

根据E· 杰克逊· 鲍尔于1960年提出的舆论形成的七个步骤,江苏卫视《非诚勿扰》的舆论形成过程可分为如下几步:(1)来自社会各界的男女嘉宾秉持着共同的目标——寻找异性伴侣,来到江苏卫视《非诚勿扰》的舞台;(2)舞台上,男女嘉宾提出各自观点,产生冲突、争论;(3)主持人从中调和,专家做出分析;(4)主持人做出总结,可作为节目制播方的权威性决定,形成场内舆论;(5)舆论话题延伸到场外,形成场外舆论,持续时间长;(6)场内舆论和场外舆论相结合,形成《非诚勿扰》舆论网络。如图3。

通过初步脱胶预试验,发现脱胶情况良好,具备可行性,进而采用L9(3^4)正交试验来分别探究酶的用量、水浴时间及水浴温度对菠萝叶纤维脱胶的影响,各因素水平选取见表l。

表1 三因素三水平正交实验表

因素水平 A时间/hB酶用量/%C温度/℃111040221550332060

注:浴比均为1:100

三因素三水平正交试验组:

今年的金樽奖大师班以“新西兰,何止长相思”展开探讨学习。大师班选用的10款新西兰葡萄酒均由David Allen 大师亲自挑选,从声名远扬的马尔堡长相思、马丁堡黑皮诺,再到梅洛,甚至晚收甜酒、波特酒等,全面展现个性新西兰的独特魅力。去年作为酒商代表参加金樽奖大师班时,David对主宾国风土的讲解让我印象颇深,更重要的是联系他所结合的行业数据分析,也让我在往后的葡萄酒销售中掌握了不少话术技巧。而今年作为《葡萄酒》杂志的一员参与跟David对接大师班的细节,更是了解到举办这样一场大师班,整个团队所需要付出的努力有多少。

水洗:用纯水反复洗涤,除去残留在菠萝叶纤维上的酸液和杂质,使菠萝叶纤维的pH接近中性,以免影响下道工序的实验结果。

处理温度 C(℃): C1=40;C2=50; C3=60;

(1) A1B1C1; (2)A2B1C2; (3)A3B1C3;

(4) A1B2C2; (5) A2B2C3; (6)A3B2C1;

(7) A1B3C1; (8)A2B3C1; (9)A3B3C2;

1.3 数据计算与测试分析

1.3.1 脱胶率的计算

氯化铁加入水中分解为三价铁离子及氯离子[见(1)式],使部分水分解为氢及氢氧根离子[见(2)式],两者结合后使溶液含有氢氧化铁和少量盐酸[见(3)式],溶液呈弱酸性。其对金属的腐蚀是氧化—还原反应,如对铜的腐蚀为:

称样:称取适量的菠萝叶纤维,记重。

实验仪器:171B型纤维切断器,电子分析天平。

该功能记录机械部件各种临界状态的参数。这些数据记录用于确定机械部件和液体的情况或状态,并提供其退化或故障之前的警告。

1.3.2 菠萝叶纤维细度测试

上文的分析得到了统计学范畴内的最优值域,而实际情况中存在诸多限制因素,应上述范围为参考,联系现实需求,从定性定量结合的角度对城市天际线进行调控。就研究区域而言,各街区的开发程度差异造成部分地带天际线层次单一。同时,区域内以办公类建筑及居住类建筑为主,建筑形式简单,天际线的趣味性与细节性不足。

实验方法:中端切断称重法,其中T为纤维细度,G为纤维干重,W为回潮率,L为中长,n为纤维根数。

1.3.3 断裂强度测试

少数民族连片特困乡村属于在全国范围内社会发展最为滞后的区域,财政收入与我国西部平均水平相对比,仅占其50%左右,可见促使少数民族连片特困乡村的经济水平得到提高具有重要的意义。但是该区域普遍存在的生态系统脆弱的情况,不利于该区域进行可持续发展,导致经济发展与环境保护之间出现了十分尖锐的矛盾。

实验仪器:LLY-16ED电子单纤维强力仪

实验条件:夹持的距离为20mm,拉伸的速度为5mm/min,温度在25℃±2℃,湿度在65%±2%。

1.3.4 热重分析

实验仪器:TG209.F1热重分析仪

实验条件:温度范围从室温到700℃,升温速率10℃/min,环境气氛为氮气(N2),气流速度50mL/min。

一组学生观察图片新闻“北京市2012年7月21日遭遇特大暴雨水灾”,思考:在灾难面前,人们怎么办?灾难来临之前我们能做什么准备?

1.3.5 扫描电镜分析

在小学阶段的音乐教学中,之所以要培养学生的节奏感,就是为了让学生在听音乐中,更好的感知、判断音乐中节拍强弱的转换等,使其能更加准确的体会到音乐表达的思想情感,使其的音乐能力、素养得到逐步的提升。

实验仪器:JSM-6510LV电子显微镜

4.从社会发展的大背景出发,社会经济的发展、国家地位的提升、人们丰富多彩的日常生活情景都是小学生学习英语、学好英语的催化剂。国家教育部门在制定小学英语教材的时候,应该以国家政治、经济的发展状况为基础。因此,在教材的编写方面,内容要时刻与时事对接。与此同时,教材选题内容也要贴近实际生活,例如,选择小学生日常生活对话,能够让学生在课堂中轻松熟悉基本交际用语,以此培养学生用英语进行日常交流的兴趣。

2 实验结果及讨论

2.1 脱胶实验

表2 正交实验数据表

项目编号时间(h)酶量(g/L)温度(℃)脱胶前干重(g)脱胶后干重(g)脱去胶质质量(g)脱胶率(%)1110400690560131884%2115501151010141228%3120600910760151648%4210500980820161633%5215600970800171753%6220400730600131781%7310601070970131215%8315400800700101250%9320500910670242637%

经研究,纤维化学组成方面,纤维素56.0%~62.0%[5],半纤维素16.0%~19.0%,木质素9.0%~13.0%,果胶2.0%~2.5%,灰分2.0%~3.0%,水溶物1.0%~1.5%,脂腊质3.8%~7.2%。本实验使用等量的半纤维素酶,木质素酶和果胶酶三种酶复合脱胶,所以根据菠萝纤维中各组分的含量可知,其最大脱胶率在27.0%~33.5%之间。通过正交实验,对菠萝叶纤维脱胶前后的重量变化进行了称量并计算其脱胶率,脱胶效果最好的是第9组,最佳工艺条件:酶用量:20g/L,温度:50℃,时间:3h,脱胶率为26.37%。

从上表可以看出 ,在处理时间都为1h时,酶量和温度对脱胶率影响结果IJ=(0.13+0.14+0.15)÷3=0.14;在处理时间都为2h时,酶量和温度对脱胶率影响结果ⅡJ=0.153;在处理时间都为3h时,酶量和温度对脱胶率影响结果ⅢJ=0.157;结果的极差RJ=0.017。在酶的含量都为10g/L的时候,温度和时间对脱胶率的影响ⅠA=0.140;在酶的含量都为15g/L时,温度和时间对脱胶率的影响ⅡA=0.137;在酶的含量都为20g/L时,温度和时间对脱胶率的影响ⅢA=0.173;结果的极差RA=0.036;在温度均为40℃的时候,时间和酶的用量对脱胶率的影响ⅠB=0.12;在温度都为50℃时,时间和酶的用量对脱胶率的影响ⅡB=0.18;在温度都为60℃时,时间和酶量对脱胶率的影响ⅢB=0.15;结果的极差RB=0.06。由数据可以知道,对菠萝叶生物酶纤维脱胶影响最大的是温度,其次是酶的含量,最后是处理的时间。这是因为温度会极大地影响酶的活性,从而严重影响脱胶效率,同时此项探究实验也可表明,生物酶脱胶的最佳温度为50℃左右。

2.2 细度测定

表3 纤维细度测定结果表

项目编号中段纤维重量(mg)中段纤维根数(根)纤维细度(tex)117303202182836331728343419303575202840461729331718283638172636991630301

对9组脱胶后的菠萝叶纤维进行纤维细度的测试,发现纤维细度变化不大,对比脱胶率的实验结果可以发现,随着脱胶率的变化,纤维细度略有变化。脱胶率越高,纤维细度降低,但降低的幅度也很低,说明用生物酶脱胶,对纤维的细度影响不大。同时,对比麻类纤维传统单一的物理、化学或者生物酶脱胶,采用物理生物联合脱胶不仅耗水少、无化学污染、而且还具有高效短流程的优点。

民宿发展通常具有地方性与集群性两个特征.地方性主要体现在民宿的建筑风格及内部装饰上,而集群性则强调其在空间布局上的特征.从图1中可看出厦门民宿在各区均有分布,又在各区内形成若干发展集群,呈现“大分散、小集中”的特点.

2.3 断裂强度测试

表4 正交实验断裂强度结果表

项目编号时间(h)酶量(g/L)温度(℃)断裂强度(cN/dtex)111040184421155019193120601886421050185452156018216220401747731060207383154020629320501740

由表4可以知道,经过不同的脱胶工艺处理后,菠萝叶纤维的强力变化不大,都在较小的方围内波动,比较正交实验脱胶率的结果可以知道,随着脱胶率的上升,菠萝叶纤维的强力略有下降,但变化不大,说明用生物酶脱胶对纤维的损伤不大,能够有效地保护纤维不被破坏。

2.4 热重分析

图1 菠萝叶纤维脱胶前在N2中的TG和DTG曲线

图2 菠萝叶纤维脱胶后在N2中的TG和DTG曲线

菠萝叶纤维脱胶处理前后在N2中的TG和DTG曲线如图1、图2所示。在100℃左右时,脱胶前后质量变化不大,质量损失主要是由于纤维中吸附水的蒸发以及少量葡萄糖单元的脱水所引起。再通过脱胶前后DTG曲线的峰值对比可以发现,脱胶后菠萝叶纤维的分解温度提高了7.2℃,但最大失重速率却几乎相等,这是因为脱胶后纤维中的纤维素含量提高,而纤维素的分解温度要大于半纤维素、木质素、果胶等成分,且达到最大失重速率时,都主要是纤维素的热分解,所以才导致脱胶后菠萝叶纤维的分解温度提高的同时失重速率几乎不变。当温度升高到550℃时,脱胶后纤维的剩余残渣质量为7.01%,明显低于脱胶前的16.96,这是因为脱去胶质的同时也除去了一些附着在胶质上的其他纤维杂质成分,从而使同一温度下的残渣质量减少。

通过热重分析实验,从脱胶前后菠萝叶纤维分解温度的升高和最后残渣质量的减少,恰好证明了生物酶脱胶的高效性,同时高达359.9℃的分解温度也远大于织物或面料在牛仔产业后加工处理中可能遇到的高温[6]

2.5 扫描电镜分析

(a)

(b)

(c)

(d)

图3 菠萝叶纤维原纤维a与脱胶后b、c、d的电镜纵向形貌对比(1000倍)

从电镜图中可以看出,未脱胶的菠萝叶原纤维a表面胶质覆盖面较大,纤维集合束较紧密,且表面有较浅沟槽,并有明显胶质物附着。图b、c、d分别是脱胶率为12.28%、18.84%、26.37%的菠萝叶纤维,从扫描电镜图像可以明显看出,随着脱胶率的提高,纤维束间间隙不断增大,胶质变少,沟壑变深,纤维逐渐由束状分离成单纤状态,虽仍有少量胶质附着,但单纤分离状态良好,表面光滑,这表明生物酶能有效去除菠萝叶原纤维中的大量胶质,同时采用半脱胶的方式也不至于造成纤维明显损伤。

3 结论

采用物理生物联合脱胶的方法提取可纺性菠萝叶纤维,对比传统脱胶工艺,具有环保、高效、短流程的优点。同时,对比将脱胶前后的纤维细度、纤维表面形态、断裂强度及热分解性能,结果显示:生物酶脱胶对菠萝叶纤维的细度、断裂强度影响不大,但生物酶脱胶后菠萝叶纤维的热分解温度升高,随着脱胶率的提高,纤维的纵向形态由束状变成单纤维状态,且最佳脱胶工艺条件下的纤维各项性能均已达到纺纱工艺所需的基本条件。

参考文献

[1] 刘恩平,郭安平,郭运玲,等.菠萝叶纤维的开发与应用现状及前景[J].纺织导报,2006(2):32-35.

[2] 王红,邢声远.菠萝叶纤维的开发及应用[J].纺织导报,2010(3):52-54.

[3] 汪泽,魏晓奕,崔丽虹,等.菠萝叶纤维脱胶工艺研究进展[J].广东化工,2016,43(21):102-103.

[4] 刘喜群,刘晓兰,江洁.亚麻生物脱胶新方法以及其比较[J].纺织学报,2001,22(4):31-33.

[5] 熊刚,李济群,高金花,等.菠萝叶纤维的性能与纺纱分析研究[J].毛纺科技,2007(1):34-37.

[6] 黄涛,张劲,刘恩平,等.菠萝叶纤维生化脱胶纤维性质研究[J].江苏农业科学,2011,39(4):329-331.

汪乐,高可,刘雪婷,易长海
《纺织科学与工程学报》2018年第02期文献

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