孟超然， 畢雪蓉， 李佳蔚， 郁崇文(1. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 201620； 2.東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 201620； 3. 東華大學(xué) 生態(tài)紡織技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620； 4.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所， 湖南 長(zhǎng)沙 410205)

苧麻為蕁麻科，屬多年生宿根草本植物，俗稱“中國(guó)草”，是一種原產(chǎn)于中國(guó)的纖維作物[1]。苧麻對(duì)氣候和土壤的適應(yīng)性強(qiáng)，收獲期短，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2]。目前，我國(guó)苧麻產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的90%以上，是世界苧麻生產(chǎn)和出口大國(guó)[3]。從苧麻韌皮部中提取出的苧麻纖維，單纖維長(zhǎng)度高達(dá)10～15 cm，強(qiáng)力高，色澤潔白有絲光[4-5]。苧麻織物具有挺括、涼爽、吸濕散熱快、穿著不貼身等優(yōu)良的服用性能[6-7]；又因?yàn)槠渚哂心透g、絕緣和抗菌性，被廣泛應(yīng)用于高性能復(fù)合材料等前沿領(lǐng)域，成為飛機(jī)翼布、漁網(wǎng)、高級(jí)紙張、火藥、人造絲的重要原料[8-9]。

苧麻原麻的主要成分為纖維素，此外還含有半纖維素、果膠和木質(zhì)素等非纖維素物質(zhì)，紡織工業(yè)將這些非纖維素物質(zhì)統(tǒng)稱為膠質(zhì)[10-11]。將纖維素從膠質(zhì)中提取分離出來，即可得到苧麻單纖維，這一過程稱為脫膠[12-13]。目前，苧麻纖維生產(chǎn)企業(yè)所采用脫膠方法有傳統(tǒng)化學(xué)脫膠和生物脫膠[14]：傳統(tǒng)化學(xué)脫膠需要高溫煮練8 h才可完成，耗時(shí)長(zhǎng)，耗能大；生物脫膠生產(chǎn)流程長(zhǎng)，需要的設(shè)備復(fù)雜[15-16]。相比之下，耗時(shí)短、能耗低的氧化脫膠是替代傳統(tǒng)脫膠方法的可靠選擇之一。在氧化脫膠中，膠質(zhì)會(huì)在氧化劑的作用下迅速脫除，但纖維素也可能受到氧化損傷而導(dǎo)致纖維性能下降。如何降低纖維素在氧化脫膠中受到的損傷，最大程度保留纖維的可紡性是氧化脫膠面臨的主要問題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就如何提高經(jīng)氧化脫膠制得纖維的強(qiáng)伸性能這一問題進(jìn)行了大量的研究，如：有研究通過在氧化脫膠液中添加過氧化氫穩(wěn)定劑控制過氧化氫的分解速度，提高纖維的斷裂強(qiáng)度；用還原劑浸泡氧化脫膠后的纖維，將纖維中的羧基、醛基還原為羥基來提高纖維的強(qiáng)伸性能,通過控制脫膠液的氧化還原電位檢測(cè)脫膠液的氧化性，以防止纖維素受到過度氧化[17-19]。這些方法提高了纖維的強(qiáng)伸性能，但經(jīng)這些方法制得的纖維強(qiáng)伸性能仍然比不上傳統(tǒng)脫膠。

為進(jìn)一步提高氧化脫膠制得纖維的性能，本研究選用無(wú)毒廉價(jià)、環(huán)境友好型的試劑1,8-二羥基蒽醌，作為苧麻氧化脫膠的助劑。1,8-二羥基蒽醌(又稱丹蒽醌)具有絡(luò)合掩蔽鐵離子、清除過量的強(qiáng)氧化性自由基、抑制纖維素和半纖維素的剝皮反應(yīng)作用[20-21]。在氧化脫膠中，1,8-二羥基蒽醌不僅能保護(hù)纖維素，還可以通過調(diào)節(jié)纖維中殘余半纖維素的含量控制纖維的強(qiáng)伸性能和制成率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和試劑

苧麻原麻由四川省金橋麻業(yè)有限公司提供，長(zhǎng)度為60～120 cm，密度為1.5 g/cm3，其化學(xué)成分為：纖維素74.10%，半纖維素13.53%，果膠5.16%，木質(zhì)素1.3%，脂蠟質(zhì)1.02%，灰分1.07%，水溶物3.8%。

本文所使用的化學(xué)試劑包括過氧化氫、氫氧化鈉、三聚磷酸鈉、1,8-二羥基蒽醌、亞硫酸氫鈉、苯、無(wú)水乙醇、草酸銨、高錳酸鉀、草酸鈉、硫酸銀、硫酸、銅乙二胺、硝酸、乙二胺、銅粒，均為分析級(jí)，由國(guó)藥集團(tuán)提供。

1.2 苧麻脫膠方法

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的過氧化氫、3%的氫氧化鈉、4%的三聚磷酸鈉及一定用量(每個(gè)試樣的用量分別為1%、2%、3%、4%、5%)的1,8-二羥基蒽醌加入200 mL水中，配成脫膠液。將20 g原麻加入脫膠液中，升溫至85 ℃保溫1 h；再向脫膠液中加入7%的氫氧化鈉升溫至100 ℃，保溫1 h。取出苧麻并用清水洗滌后，浸入含有200 mL 5%亞硫酸氫鈉的溶液中，在90 ℃下保溫50 min，制得苧麻纖維。將苧麻纖維在苧麻給油專用油劑中浸泡1 h后，取出烘干待用。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1纖維成分分析

根據(jù)GB 5889—1986《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》分析纖維成分，每組實(shí)驗(yàn)測(cè)試3次，結(jié)果取平均值。

1.3.2苧麻金屬含量測(cè)試

參照J(rèn)Y/T 015—1996《感耦等離子體原子發(fā)射光譜方法通則》，采用電感耦合等離子體發(fā)光光譜儀(Prodigy, Leeman Teledyne, 美國(guó))測(cè)試樣品的金屬離子含量。

苧麻樣品準(zhǔn)備的方法為：將10 g苧麻原麻在馬弗爐中灰化(逐步升溫至540 ℃，保溫7 h)，將殘?jiān)? mL濃硝酸溶解后，用去離子水稀釋至1 L后進(jìn)行測(cè)試。

1.3.3脫膠液中殘余過氧化氫含量測(cè)試

按照 GB 1616—2003《工業(yè)過氧化氫》，測(cè)試脫膠液中殘余過氧化氫含量。

1.3.4氧化還原電位值測(cè)試

苧麻脫膠過程中反應(yīng)體系的氧化還原電位值(ORP)變化用氧化還原電位計(jì)來進(jìn)行在線測(cè)試。測(cè)試之前，復(fù)合電極用蒸餾水清洗，放置空氣中干燥，然后將電極插入被測(cè)溶液中直接測(cè)試。使用前，復(fù)合電極的精度用3 mol/L KCl進(jìn)行調(diào)試。脫膠反應(yīng)溶液中的pH值用酸度計(jì)(型號(hào)MODEL PHS-3C，上海大普儀器有限公司)來進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試。

1.3.5結(jié)晶度測(cè)試

用D/Max-2550 PC (Rigaku，日本) 型XRD測(cè)試儀測(cè)試?yán)w維結(jié)晶度。樣品制成粉末安放在玻璃的樣品架上，在穩(wěn)定條件下分析。銅靶的加速電壓為40 kV，電流為40 mA，2θ范圍5°～55°，掃描速度為0.08°/s。

1.3.6纖維聚合度測(cè)試

根據(jù)GB 5889—1986《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》去除苧麻纖維中的膠質(zhì)成分，得到苧麻纖維素；然后按照GB 5888—1986《苧麻纖維素聚合度測(cè)定方法》對(duì)苧麻纖維進(jìn)行聚合度測(cè)試。每組試樣測(cè)試 3 次，結(jié)果取平均值。

1.3.7制成率測(cè)試

苧麻纖維制成率

式中：m0為苧麻纖維的質(zhì)量，g;m1為苧麻原麻質(zhì)量，g。

1.3.8纖維力學(xué)性能測(cè)試

參照GB/T 5884—1986《苧麻纖維支數(shù)試驗(yàn)方法》以及GB/T 5881—1986《苧麻理化性能試驗(yàn)取樣方法》，對(duì)苧麻纖維的線密度進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試條件為濕度(65±2)%、溫度(20±1) ℃，測(cè)試前纖維在該條件下平衡48 h以上。利用切斷稱量法測(cè)試處理后苧麻纖維的線密度，將纖維用鋼梳梳理整齊平行，在Y171B型 (刀口寬度40 mm) 切斷器上切斷，在HG214-JN-B型扭力天平上稱量束纖維的質(zhì)量并將其換算到公定質(zhì)量m，并計(jì)算束纖維根數(shù)n，按下式計(jì)算其線密度：

(2)

式中：Nt為麻纖維的線密度， tex；m為束纖維的公定質(zhì)量，g；n為束纖維的根數(shù)。

參照GB/T 5886—1986《苧麻單纖維斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)方法》以及GB/T 5881—1986《苧麻理化性能試驗(yàn)取樣方法》對(duì)苧麻纖維的斷裂強(qiáng)力以及斷裂伸長(zhǎng)率進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試條件為溫度(65±2)%、溫度(20±1)℃，測(cè)試前纖維在該條件下平衡48 h以上。處理后的苧麻纖維在YG003 A型電子單纖強(qiáng)力儀上測(cè)試斷裂強(qiáng)力以及斷裂伸長(zhǎng)率，預(yù)加張力為0.3 cN，夾持隔距為20 mm，拉伸速度為 20 mm/min。每個(gè)試樣測(cè)試200次，取其平均值。

1.3.9廢水化學(xué)需氧量測(cè)試

脫膠原液及脫膠廢液的化學(xué)需氧量按照 GB/T 15456—2008《工業(yè)循環(huán)冷卻水中化學(xué)需氧量(COD)的測(cè)定高錳酸鉀法》規(guī)定進(jìn)行。

1.3.10紅外光譜測(cè)試

用Nicolet 6700 紅外光譜測(cè)試儀 (Thermo Fisher，美國(guó))，測(cè)試脫膠前后纖維含有的基團(tuán)。使用KBr壓片法制備纖維樣品，波數(shù)范圍為4 000～400 cm-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 丹蒽醌調(diào)節(jié)纖維理化性能的方式

2.1.1丹蒽醌對(duì)剝皮反應(yīng)的抑制

圖1 剝皮反應(yīng)過程Fig.1 Process of peeling reaction

在氧化脫膠過程中，纖維素和半纖維素主要發(fā)生2類纖維素的反應(yīng)：第一，分子鏈被氧化而斷裂；第二，在堿性條件下，纖維素及半纖維素的堿性降解和剝皮反應(yīng)。在150 ℃以上，主要發(fā)生堿性水解反應(yīng)；在150 ℃以下，主要發(fā)生剝皮反應(yīng)[24]。氧化脫膠為常壓煮練，因此，發(fā)生的主要是剝皮反應(yīng)，其反應(yīng)過程如圖1所示。剝皮反應(yīng)會(huì)一直進(jìn)行到纖維素末端的還原性醛基消失發(fā)生終止反應(yīng)為止，其反應(yīng)的過程如圖2所示。若在氧化脫膠液中添加1,8-二羥基蒽醌，纖維素及半纖維素末端的還原性醛基則會(huì)迅速被它氧化為羧基，使終止反應(yīng)提前發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)纖維素及半纖維素的保護(hù)，而這必然會(huì)導(dǎo)致纖維化學(xué)成分的變化。

表1示出是否使用1,8-二羥基蒽醌的情況下，纖維化學(xué)成分的異同?？芍?，使用1,8-二羥基蒽醌時(shí)，半纖維素的含量提高了19%，纖維素含量提高了1.58%，其余化學(xué)成分變化不大，這表明1,8-二羥基蒽醌在氧化脫膠中可以起到保護(hù)纖維素和半纖維素的作用，與已有的研究相符[25]。雖然1,8-二羥基蒽醌還具有促進(jìn)脫除木質(zhì)素的作用[26]，但這一點(diǎn)在苧麻的氧化脫膠中沒有明顯的體現(xiàn)，這是因?yàn)槠r麻原麻本身木質(zhì)素的含量極少，僅有1%左右。

圖2 終止反應(yīng)的過程Fig.2 Process of stopping reaction

表1 使用1,8-二羥基蒽醌前后纖維化學(xué)成分的含量Tab.1 Chemical components of ramie fiber treated with and without 1, 8-dihydroxyanthraquinone %

注：1,8-二羥基蒽醌用量為2%。

2.1.2丹蒽醌絡(luò)合金屬

苧麻原麻中含有大量的金屬元素，脫膠過程中，這些金屬元素對(duì)過氧化氫有強(qiáng)烈的催化作用，如果在脫膠過程中不對(duì)金屬元素做適當(dāng)?shù)慕j(luò)合掩蔽處理，會(huì)造成纖維素的大量降解，而破壞纖維的性能。

為檢測(cè)1,8-二羥基蒽醌是否具有金屬掩蔽的效果，本研究對(duì)苧麻原麻進(jìn)行1,8-二羥基蒽醌預(yù)絡(luò)合處理，處理前后麻樣中金屬含量明顯降低，如表2所示。1,8-二羥基蒽醌能夠絡(luò)合金屬是因?yàn)楹蟹恿u基和羰基，分子結(jié)構(gòu)有完整的大π鍵共軛體系，較強(qiáng)的配位能力及合適的平面結(jié)構(gòu)[27]。

表2 預(yù)絡(luò)合前后苧麻樣品中金屬的含量Tab.2 Metal element in ramie before and after complexation pretreatment ug/g

2.1.3丹蒽醌控制過氧化氫分解速度

在脫膠的初始階段，纖維素被膠質(zhì)包裹在內(nèi)，過氧化氫主要和膠質(zhì)反應(yīng)，基本不會(huì)對(duì)纖維素造成破壞；而在脫膠后期，膠質(zhì)基本去除，纖維素暴露在脫膠液中，易發(fā)生氧化損傷。過氧化氫分解得過快或過慢都易使苧麻纖維受到損傷，而強(qiáng)伸性能下降。

使用1,8-二羥基蒽醌后，在脫膠進(jìn)程中脫膠液中殘余的過氧化氫質(zhì)量濃度如圖3所示。由圖可知，使用1,8-二羥基蒽醌后，在整個(gè)脫膠過程中，分解速度減緩，脫膠液中殘余的過氧化氫含量平均提高了11%，這是因?yàn)?,8-二羥基蒽醌可絡(luò)合掩蔽有害金屬離子，減少由金屬離子催化引發(fā)的過氧化氫分解。

圖3 1,8-二羥基蒽醌對(duì)脫膠液中殘余過氧化氫的含量的影響(用量2%)Fig.3 Effect of 1, 8-dihydroxyanthraquinone on residual H2O2 contents in degumming solution (dosage 2%)

2.1.4丹蒽醌控制脫膠液氧化還原電位值

氧化還原電位 (ORP)反映水溶液中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來的宏觀氧化還原性，是氧化還原反應(yīng)定量分析的基本依據(jù)。電位為正表示溶液顯示出一定的氧化性；電位為負(fù)則說明溶液顯示出還原性。氧化還原電位越高，氧化性越強(qiáng)；電位越低，氧化性越弱[28]。過氧化氫的ORP值為正，氫氧化鈉的ORP值為負(fù)，因此氧化脫膠ORP值可能表現(xiàn)為正值，也可能表現(xiàn)為負(fù)值。

1,8-二羥基蒽醌對(duì)脫膠液ORP值的影響如圖4所示?？煽闯觯涸诿撃z過程中，隨著過氧化氫的分解，脫膠液中的強(qiáng)氧化性自由基含量升高，脫膠液的ORP值隨之升高，脫膠液氧化性逐漸變強(qiáng)。不使用1,8-二羥基蒽醌時(shí)，脫膠液的ORP值200 mV上升到300 mV；當(dāng)在脫膠液中添加了2%的1,8-二羥基蒽醌后，脫膠液的ORP 從-50 mV上升到100 mV，即使用了2%的1,8-二羥基蒽醌后，在脫膠的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)脫膠液的ORP值平均下降了250 mV，這是因?yàn)?,8-二羥基蒽醌可以清除自由基?？赏茰y(cè)，將脫膠液的初始ORP設(shè)定為-50 mV，并在脫膠過程中控制其增長(zhǎng)速度，使ORP值處于-50 mV到100 mV 之間，對(duì)氧化脫膠最有利。

圖4 1,8-二羥基蒽醌對(duì)脫膠液ORP值的影響(用量2%)Fig.4 Effect of 1, 8-dihydroxyanthraquinone on ORP value of degumming solution (dosage 2%)

2.2 丹蒽醌用量對(duì)纖維性能的影響

2.2.1對(duì)纖維成分和結(jié)晶度的影響

圖5示出1,8-二羥基蒽醌用量對(duì)纖維半纖維素含量、結(jié)晶度的影響?？芍?，苧麻纖維中半纖維素含量隨著1,8-二羥基蒽醌用量的增加逐漸上升：當(dāng)1,8-二羥基蒽醌用量為2%時(shí)，纖維中半纖維素的含量為8.26%，比不使用1,8-二羥基蒽醌時(shí)提高了16.71%；當(dāng)1,8-二羥基蒽醌用量為4%時(shí)，纖維中半纖維素的含量可達(dá)到9.78%，比不使用1,8-二羥基蒽醌時(shí)提高了29.65%?？梢姰?dāng)1,8-二羥基蒽醌用量處于1%～4%之間時(shí)，1,8-二羥基蒽醌用量越高，半纖維素受到保護(hù)越多，殘余半纖維素含量越高。

圖5 1,8-二羥基蒽醌用量對(duì)纖維半纖維素含量和結(jié)晶度的影響Fig.5 Effect of 1, 8-dihydroxyanthraquinone hemicellulose contents and crystallinity of fiber

纖維素的結(jié)晶度會(huì)影響纖維的許多性能，包括物理機(jī)械性能等。一般纖維的強(qiáng)度、初始模量和剛度隨結(jié)晶度的增加而增加，柔軟度和彎曲性隨結(jié)晶度的增加而降低。從圖5可知，苧麻纖維的結(jié)晶度隨著半纖維素含量的上升而下降，這是因?yàn)榘肜w維素的結(jié)晶度低于纖維素。

圖6示出不同蒽醌用量下制得的苧麻纖維的XRD圖譜。2θ在22°～23°是纖維素Ⅰ的特征吸收峰，屬于(002)晶面,2θ在14.8°～16.7°間是纖維素Ⅱ的特征吸收峰，屬于(101)晶面[29-30]。當(dāng)纖維素含量高(例如傳統(tǒng)脫膠的纖維)時(shí)，可以在2θ為15.1°和16.8°處觀察到特征吸收峰，但當(dāng)纖維中含有大量無(wú)定型物質(zhì)，例如木質(zhì)素、半纖維素和無(wú)定型纖維素時(shí)，這2個(gè)峰重疊為一個(gè)寬闊的峰。由圖可知，蒽醌的添加不會(huì)導(dǎo)致纖維素晶型的轉(zhuǎn)變。

圖6 不同1,8-二羥基蒽醌用量下制得苧麻纖維的XRD圖譜Fig.6 XRD spectra of ramie fiber degummed under various 1, 8-dihydroxyanthraquinone dosage

2.2.2對(duì)聚合度的影響

1,8-二羥基蒽醌用量對(duì)苧麻纖維中纖維素聚合度(DP)的影響如圖7所示?？梢姡豪w維素聚合度隨1,8-二羥基蒽醌用量升高而升高，在用量達(dá)到2%后趨于穩(wěn)定。而纖維的聚合度隨1,8-二羥基蒽醌用量的升高先提高后降低，在1,8-二羥基蒽醌用量為2%時(shí)，達(dá)到最大值，比不使用1,8-二羥基蒽醌時(shí)提高了13.9%。這是因?yàn)槠r麻纖維的聚合度主要受到纖維素聚合度和半纖維素聚合度的影響。纖維素受到保護(hù)導(dǎo)致纖維聚合度的提高；而半纖維素受到保護(hù)則可能導(dǎo)致纖維聚合度的降低，這是因?yàn)榘肜w維素的聚合度低 (200～300)[31]。

圖7 1,8-二羥基蒽醌用量對(duì)纖維及纖維素聚合度的影響Fig.7 Effect of 1, 8-dihydroxyanthraquinone dosage on DP value of fiber and cellulose

2.2.3對(duì)纖維制成率及線密度的影響

1,8-二羥基蒽醌用量對(duì)纖維制成率、纖維線密度的影響如圖8所示。制成率隨1,8-二羥基蒽醌用量的上升而升高，當(dāng)蒽醌用量為2%時(shí)，纖維制成率為77%，比不使用1,8-二羥基蒽醌時(shí)提高了7.8%；當(dāng)1,8-二羥基蒽醌用量為4%時(shí)，纖維制成率為83.8%，比不使用1,8-二羥基蒽醌時(shí)提高了15.27%。制成率的升高主要是由于纖維中殘余半纖維素含量升高導(dǎo)致的，而纖維的半纖維素含量的上升也導(dǎo)致了纖維線密度的提高。

圖8 1,8-二羥基蒽醌用量對(duì)纖維制成率及線密度的影響Fig.8 Effect of 1, 8-dihydroxyanthraquinone dosage on yield and density DP of fiber

2.2.4對(duì)力學(xué)性能的影響

1,8-二羥基蒽醌用量與纖維拉伸性能的關(guān)系如圖9所示。當(dāng)1,8-二羥基蒽醌用量低于2%時(shí)，纖維的拉伸性能隨1,8-二羥基蒽醌用量增加而提高，當(dāng)1,8-二羥基蒽醌用量低于2%時(shí)，纖維的拉伸性能隨1,8-二羥基蒽醌用量增加而降低，這與上述的研究結(jié)論相符。

圖9 1,8-二羥基蒽醌用量對(duì)苧麻拉伸性能的影響Fig.9 Effect of 1, 8-dihydroxyanthraquinone dosage on tensile properties of fiber

2.3 化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

圖10示出苧麻原麻及苧麻纖維(使用或不使用1,8-二羥基蒽醌2種情況)的FT-IR圖譜。

注：a—氧化脫膠液中添加1,8-二羥基蒽醌；b—氧化脫膠液中不添加1,8-二羥基蒽醌；c—苧麻原麻。圖10 苧麻纖維FT-IR圖譜Fig.10 FT-IR spectra of ramie fiber. (a) prepared in degumming solution with 1, 8-dihydroxyanthraquinone; (b) Prepared in degumming solution without 1, 8-dihydroxyanthraquinone; (c) Raw ramie

苧麻原麻及苧麻纖維的FT-IR圖譜上都存在典型的纖維素特征峰，包括3 200 cm-1處—OH的伸縮振動(dòng)峰，1630到1 640 cm-1處的C—H的伸縮振動(dòng)峰，1 320 cm-1處的CH2的對(duì)稱彎曲振動(dòng)峰，1 064 cm-1處的C—O—C的伸縮振動(dòng)峰[31]。脫膠后這些峰值的強(qiáng)度與原麻相比，吸收強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，這表明原麻中大部分的膠質(zhì)成分被去除，纖維素大分子上的官能團(tuán)暴露出來，導(dǎo)致紅外光譜圖的吸收峰更加明顯[28]。

1 620 cm-1處吸收峰為半纖維素中糖醛酸中的羧基的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生[31]，苧麻纖維中此峰的強(qiáng)度低于原麻，這是因?yàn)椴糠职肜w維素被脫除了。與不使用1,8-二羥基蒽醌制得的纖維相比，在脫膠中使用了 1,8-二羥基蒽醌制得的苧麻纖維，在1 620 cm-1處的吸收峰更高，這是因?yàn)槠錃堄嗟陌肜w維素含量高。

2.4 丹蒽醌對(duì)脫膠廢水化學(xué)需氧量的影響

廢水的化學(xué)需氧量(COD)值越高，廢水對(duì)環(huán)境的污染越大。使用1,8-二羥基蒽醌和不使用1,8-二羥基蒽醌時(shí)，氧化脫膠的廢水COD值分別為 20 000 mg/L 和21 847 mg/L，可見使用2%的1,8-二羥基蒽醌后，氧化脫膠中氧化和堿煮一步的廢水COD值降低了9.3%。傳統(tǒng)脫膠氧化脫膠的廢水COD值為28 000 mg/L，比氧化脫膠的 28 000 mg/L 降低了40%。

2.5 丹蒽醌在氧化段和堿煮段作用機(jī)制

1,8-二羥基蒽醌在氧化脫膠中有螯合掩蔽鐵離子、清除自由基、抑制剝皮反應(yīng)等多種作用，為研究其在氧化脫膠中的作用機(jī)制，本研究將氧化脫膠過程分為高過氧化氫含量段 (在脫膠的 0～80 min) 和低過氧化氫含量段 (80～120 min)，分別將1,8-二羥基蒽醌添加到高過氧化氫含量段。

當(dāng)1,8-二羥基蒽醌在脫膠的不同階段加入脫膠液時(shí)，纖維的成分和性能發(fā)生了很大變化，結(jié)果如表3所示。與不使用1,8-二羥基蒽醌相比，當(dāng)在 0～80 min 時(shí)使用1,8-二羥基蒽醌，半纖維素含量提高了3.77%，這表明只有少量的半纖維素受到了蒽醌的保護(hù)，即在氧化階段，1,8-二羥基蒽醌只起到調(diào)節(jié)脫膠液OPR值和控制過氧化氫分解的作用，而對(duì)調(diào)節(jié)苧麻纖維中半纖維素含量的作用很小。當(dāng) 1,8-二羥基蒽醌加入的時(shí)間為80～150 min時(shí)，與不使用1,8-二羥基蒽醌的情況相比，半纖維素含量提高了22.47%，這表明低過氧化氫含量段是1,8-二羥基蒽醌發(fā)揮調(diào)節(jié)苧麻纖維中半纖維素保留量的主要階段。

表3 1,8-二羥基蒽醌加入時(shí)間對(duì)纖維性能的影響Tab. 3 Effect of 1, 8-dihydroxyanthraquinone adding time during degumming process on fiber properties

3 結(jié) 論

本研究在氧化脫膠中使用了具有纖維素和半纖維素保護(hù)效果的試劑1,8-二羥基蒽醌，并通過調(diào)節(jié)1,8-二羥基蒽醌用量實(shí)現(xiàn)了對(duì)苧麻纖維理化性能(強(qiáng)伸性能、聚合度、半纖維素含量、制成率等)的調(diào)控。結(jié)果表明：1,8-二羥基蒽醌用量越高，纖維中半纖維素含量、制成率越高；但纖維強(qiáng)伸性能隨蒽醌含量先升高后降低。當(dāng)1,8-二羥基蒽醌的用量為2%時(shí)，脫膠綜合效果最佳，此時(shí)纖維的斷裂功、聚合度、半纖維素含量、制成率含量比不使用蒽醌時(shí)分別提高了41.0%、2.0%、17.3%、7.0%。此外，使用1,8-二羥基蒽醌后，脫膠廢水的COD值降低了40%，大幅度提高了氧化脫膠工藝的環(huán)保性。

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