苎麻是中国的特产,被称为“中国草”。苎麻纤维坚韧,吸湿散湿快,是纺织加工的重要纤维原料。从苎麻植物获得纤维,需要除去苎麻韧皮中统称为胶质的非纤维素成分,苎麻工业生产中称为脱胶。胶质包括半纤维素、果胶、木质素、脂蜡质和水溶物等成分,脱胶工艺一般针对上述胶质成分的性质制定。苎麻胶质的半纤维素和果胶为多糖组分。半纤维素约占胶质含量的50%,是苎麻胶质的重要组成部分。在脱胶过程中,半纤维素一直被当做一个整体进行研究。实际上,半纤维素是几种多糖的混合物,各种多糖含量和性质上的差异会影响半纤维素的性质。分析半纤维素的多糖组成及结构,可以从机理上了解半纤维素的性能并进一步研究多糖对纤维性能的影响,将有助于合理去除半纤维素多糖组分,为脱胶工艺的合理制定提供参考。本课题首先分析苎麻胶质组分对纤维性能的影响,接着重点研究苎麻半纤维素组成和结构,然后分析半纤维素多糖对纤维性能的影响,最后研究化学试剂对苎麻胶质多糖组分的去除效果,并探索开发草酸铵-氢氧化钠脱胶工艺。本课题研究了不同胶质对纤维性能的影响,从而探究苎麻脱胶的重点。研究结果表明,脂蜡质和水溶物存在对纤维分离影响不明显,果胶和半纤维素的存在对纤维分离影响很大。果胶和半纤维素去除后,纤维线密度明显降低。半纤维素去除后,纤维断裂强度和断裂伸长率提高。因此,苎麻胶质中的多糖组分特别是半纤维素对纤维性能影响很大,是苎麻脱胶的主攻对象。本课题重点分析了半纤维素的组成。首先研究了苎麻半纤维素抽提工艺,研究得到苎麻半纤维素最佳抽提工艺为使用浓度为24%(w/w)氢氧化钾溶液室温(25℃)抽提48小时(重复3次),接着用17.5%(w/w)氢氧化钠+4%(w/w)硼酸溶液室温(25℃)抽提48小时(重复3次),得到半纤维素得率为14.43%,气相色谱分析表明经过优化工艺提取的苎麻残渣不含半纤维素,表明苎麻中半纤维素已经全部提取出来。然后,用气相色谱、红外光谱、裂解气相色谱等方法研究了苎麻半纤维素的组成。气相色谱分析表明,苎麻半纤维素含有鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、半乳糖、葡萄糖和甘露糖六种糖基。其中,半乳糖、葡萄糖和甘露糖三种糖基含量最多。红外分析表明组成苎麻半纤维素的糖单元是以β-苷键连接起来的。苎麻半纤维素的裂解产物主要是二氧化碳、小分子有机物和脱水吡喃型葡萄糖。最后采用浓碱溶解硼酸络合分级分离法分离了苎麻半纤维素的聚木糖、聚葡萄糖甘露糖和聚半乳糖葡萄糖甘露糖。聚木糖、聚葡萄糖甘露糖和聚半乳糖葡萄糖甘露糖三种聚糖占半纤维素总量的79%,是苎麻半纤维素的主体组成部分。三种多糖中,聚木糖含量最低,聚半乳糖葡萄糖甘露糖含量最高。红外分析表明苎麻聚木糖组成为聚阿拉伯糖葡萄糖醛酸木糖。半纤维素的含量对纤维性能的影响分析表明,随着半纤维素含量的减少,纤维的线密度降低,断裂伸长率和断裂强度逐渐增加。综合断裂强度、断裂伸长率和线密度三项指标,并考虑脱胶成本等因素,苎麻中半纤维素含量少于1.22%即可。半纤维素中三种多糖(聚木糖、聚葡萄糖甘露糖和聚半乳糖葡萄糖甘露糖)对纤维性能的影响的研究结果表明,随着聚木糖、聚葡萄糖甘露糖和聚半乳糖葡萄糖甘露糖含量增加,纤维线密度和并丝率增加,纤维断裂强度降低,纤维弹性、摩擦系数、初始模量和断裂伸长率没有显著变化。传统化学脱胶过程中,化学试剂对苎麻胶质多糖组分的去除效果的研究结果表明,酸、碱和氧化剂对果胶的去除效果优于半纤维素。半纤维素中三种多糖在氢氧化钠溶液中的溶解性能有差异,与聚葡萄糖甘露糖和聚木糖相比,聚半乳糖葡萄糖甘露糖容易溶解于10g/L氢氧化钠溶液中。采用逐步去除苎麻胶质组分的方法来探究苎麻胶质组分对氢氧化钠去除苎麻胶质多糖组分的影响。脂蜡质、水溶物和果胶的存在对于氢氧化钠去除半纤维素有阻碍作用。脂蜡质和水溶物的存在对氢氧化钠溶液去除果胶有阻碍作用。上述研究提供了一个新的脱胶思路,即可以先针对性的去除果胶和水溶物等胶质,然后用低浓度的氢氧化钠来处理去除半纤维素,从而来达到脱胶效果。本文探索了先用草酸铵处理再用氢氧化钠处理的苎麻脱胶工艺流程,经过单因子和正交优化后得到优化工艺为:第一步草酸铵处理:草酸铵8g/L、处理时间1.5h、浴比1:10、温度100℃;第二步氢氧化钠处理:氢氧化钠10g/L、处理时间3h、浴比1:10、温度100℃。经过优化工艺处理后,苎麻的半纤维素含量和纤维性能接近传统脱胶工艺的水平,而且草酸铵优化工艺降低了氢氧化钠用量和脱胶时间,一定程度上达到了节能环保的目的。