棉秆皮纤维脱胶的研究学位论文本科论文.doc

单位代码：10709+学位论文论文题目：棉秆皮的脱胶学科专业：作者姓名：纺织工程秦曼学号：2006013指导教师：李龙（教授）答辩委员会主任委员：薛少林（教授）完成日期：二零零八年十二月答辩时间：二零零九年三月七日分类号：TS 102.2 29摘要近年来， 环境保护”这个概念越来越受到人们的重视，天然纤维以其易于降解的优点对环境保护有着积极的意义。因此，人们对天然纤维的研究越来越深入广泛。研究棉秆皮纤维化学处理方法可增加棉秆皮资源的广泛利用，同时可以变废为宝，增加纤维材料资源。本课题按照相关标准测试了棉秆皮的成分，确定了棉秆皮成分中各物质含量的百分比，并且与其他植物纤维成分含量作比较。棉秆皮成分的特点为纤维素含量低，木质素、半纤维素、水溶物含量高，棉秆皮胶质含量比其他植物纤维高。棉秆皮化学处理工艺借鉴了麻类纤维化学脱胶工艺，分别探讨了一煮法、二煮法和二煮精炼法化学处理工艺。通过对不同方法试验结果的综合评价，确定了棉秆皮化学处理工艺方法为二煮法，具体的工艺流程为：试样准备浸酸水洗一煮水洗打纤水洗二煮水洗酸洗水洗抖松烘干。采用正交实验设计和模糊综合评价的方法对一煮法、二煮法的工艺条件进行优化，得出一煮的优化条件为：NaOH 浓度 8g/L，H2O2浓度 9g/L，浴比 1：100，时间 30min，温度 100；二煮的优化条件为：NaOH 浓度 12g/L，H2O2浓度 17g/L，温度 80,时间 60min，浴比 1：100。关键词：棉秆皮纤维，化学处理工艺，纤维性能，纤维结构“Investigation on the Property and ChemicalTreatment of Cotton-Straw Peel FiberABSTRACTRecently, people have been thinking much of importance of environmentprotection. The good degradation of natural fiber benefits environmental protection.So, people have spent more and more time on it. It is a new methodof naturalfibredevelopmenttostudyonchemical treatment of cotton-straw peel fiber .The development of cotton-straw peel fiber resources not only can recycle the waste,but increase fiber material resource as well.In this paper, the component of cotton-straw peel was tested according to therelated standards. It was got that the cellulose content compared with other vegetablefibers component, the cotton-straw peel was lower, and the content of colloid,hemi-cellulose, water soluable and the gum grease of cotton-straw peel was higherthan other vegetable fiber. The chemical degumming of Bast fiber was used asreference to investigation the chemical treatment of cotton-straw peel. The chemicaltreatments such as first boiling, second boiling and refining after second boling werestudied. Through the sythentic evaluation of peel result, it was obtained that secondboling method was regard as. The processing route was following as: sampleacidsoakwashingfirst boilingwashinghitingwashingsecond boilingwashingacidwashingwashingloosingdrying.Moreover,Orthogonalexperimental design and fuzzy evaluation method were used to optimiz. Theparameters of first boiling and second boiling. The first boiling optimization conditionwas 8g/L NaOH, 9g/L H2O2, liquor ratio 1:100, time 30min,temperature 100;Second boiling condition was:12g/LNaOH, 17g/LH2O2, liquorratio1:100, time 60min,temperature80.The properties and structure of cotton-straw peel fiber were tested. It wasshowed that cotton-straw peel fibres length is shorter than that of flax,but longer thanthe hemp and jute. Its fineness was close to that of flax and jute,but bigger than thehemp; Iits strength was higher than that of jute, but was close to flax; Its breakelongation rate was higher than that of flax and jute fiber. By SEM observation, it wasshowed that its surface had some scoop channels and fissures, and were the same asthe hemps surface. Through infrared spectrogram test, it was showed that the specialchemical groups of cotton-straw peel fiber was similar to that of other cellulose fibre,and the crystallinity index was 99.8% and 99.9% respectively by using the NOKImethod and OKI method.Through X-diffraction analysis, it was got that thecrystallinity degree and crystallinity index of cotton-strae peel fibres were 51.6%and75.79%, respectively by using Gause function treatment method.Sheng Guan-zhong (Textile Engineering)Directed by Professor Li LongKey Words: cotton-straw peel fiber, chemical treatment processing, property of fiber,structure of fiber目录1绪论 .11.1 棉秆皮纤维开发的目的与意义.11.1.1 棉秆皮纤维开发的目的.11.1.2 棉秆皮纤维开发的意义.11.2 棉秆皮纤维开发与利用现状.21.2.1 国外研究现状.21.2.2 研究背景及国内研究现状.21.3 棉秆皮纤维与其他一些天然纤维的性能比较.61.3.1 棉秆纤维的特性.71.3.2 棉秆的化学成分.71.4 本课题研究的内容及前景.81.4.1 研究内容.81.4.2 课题前景.81.4.3 本课题创新点.82棉秆皮成分分析及其处理原理 .92.1 实验原料选取.92.2 棉秆成分定量分析.92.2.1 实验目的.92.2.2 实验内容.92.2.3 实验仪器及化学药品.92.2.4 试样准备.92.2.5 实验方法与步骤.92.2.6 实验结果与分析.122.3 与其他一些植物纤维原料成分的比较.122.4 棉秆皮主要成分特征及处理机理.132.4.1 棉秆皮主要成分及其特征.132.4.2 棉秆皮化学处理机理.182.5 助剂选择.202.6 本章小结.203棉秆皮化学处理工艺研究 .213.1 工艺流程设计.213.1.1 试样准备.213.1.2 浸酸.213.1.3 水洗.223.1.4 碱煮.223.1.5 精炼.223.1.6 打纤.223.1.7 酸洗.223.2 制取棉秆皮纤维工艺探索.233.2.1 一煮法工艺探索.233.2.2 二煮法工艺探索.243.2.3 二煮精炼法工艺探索.263.2.4 小结.283.3 棉秆皮化学处理一煮工艺优化设计.283.3.1 正交试验.293.3.2 正交试验结果分析.303.3.3 验证试验.313.3.4 结论.313.4 棉秆皮化学处理二煮工艺优化设计.323.4.1 正交试验.333.4.2 试验结果分析.343.4.3 结论.353.5 基于模糊综合评价的正交试验结果分析.363.5.1 模糊综合评价参数的建立.363.5.2 正交试验结果的模糊分析.383.5.3 验证试验.393.5 本章小结.404棉秆皮纤维结构与性能研究.424.1 基本的物理性能.424.1.1 测试方法.424.1.2 测试结果及分析.434.2 棉秆皮纤维形态结构.444.3 棉秆皮纤维微细结构.464.3.1 棉秆皮纤维的红外光谱分析.464.3.2 棉秆皮纤维的 X 射线衍射分析.504.3 本章小结.535结论 .555.1 结论.555.2 不足之处.56参考文献 .57攻读学位期间发表文章西安工程大学学位论文知识产权声明西安工程大学学位论文独创性声明致谢1绪论1绪论1.1 棉秆皮纤维开发的目的与意义1.1.1 棉秆皮纤维开发的目的近年来，“环境保护”这个概念越来越受到人们的重视。随着生活水平的提升，人们对自己的衣着要求也在不断的提高。在科技发达化纤产量逐年增高的今天，人们崇尚自然的意识日益增强，越来越趋向于喜欢天然纤维的服饰，同时天然纤维以其易于降解的优点对环境保护有着积极的意义。因此，对天然纤维的开发利用也具有了迫切的需要，从而吸引越来越多的人对天然纤维的资源进行研究。天然纤维的研究主要有两个方面一是改良己开发的天然纤维，二是开发新的天然纤维。一些常规的天然纤维如棉、毛、丝、麻等已经在纺织领域得到了广泛的应用。近年来，人们越来越重视对新型天然纤维的开发利用。因为这不仅丰富了纺织品的种类，利用了资源，还与国家所提倡的可持续发展战略相吻合。本课题的研究对象棉秆皮，它来自于棉秆，属于韧皮纤维类。我国是农业大国，棉花是重要的经济作物，棉花栽培有着悠久的历史。自从人类开始栽培棉花以来，对棉花培植的主要目的一直是为了获取棉花，而对棉花副产品棉秆的利用极少。随着科技的进步，目前除了较少用棉秆制浆造纸外,大部分棉秆用作柴烧或作为无用物废弃在田里1。本文的研究目的是利用棉秆皮为原料，首先对其化学成分进行定量分析找出其特性；其次制定合理的化学处理工艺制取棉秆皮纤维；最后研究制取的棉秆皮纤维的各种基本性能及其微细结构，从而对棉秆皮纤维有全面的认识和了解。另外，开发利用棉秆皮纤维不仅可以丰富纺织原料资源，还可以满足人们对新型纺织材料和天然纤维的需求。1.1.2 棉秆皮纤维开发的意义目前在一些常规纤维（如棉、麻、丝、毛等）不断开发新产品的同时，又有越来越多的天然植物纤维被人们加以开发利用如竹纤维、菠萝纤维、椰壳纤维、月桃纤维、香蕉纤维等2。虽然有些纤维还不能进行工业化地用于纺织生产加工，但通过这些研究可以看出人们对新型天然纤维的开发有浓厚兴趣，也反映出人们对新型天然纤维开发利用的重视程度。我国是农业大国，棉花是重要的经济作物。全国各省除青海、西藏外都产棉,尤以新疆、湖北、河南、山东、陕西、河北、江苏等省为著名产棉区。棉秆是棉花的副产品,2004 年我国棉花产量创历史新高,达 632 万吨,按 1 吨棉花 3 吨棉秆11绪论推算,2004 年我国棉秆产量约 1900 万吨。每年摘完棉花后，都会有大量的棉秆产生，如果可以开发利用这些棉秆，这将会给棉农带来额外的收入，具有良好的经济和社会效益。因此，开发利用棉秆资源具有重要的意义。开发利用棉秆皮纤维，属于对新型天然纤维的开发利用。它与其他天然纤维的开发利用有着相似的特点，具体如下：a.开发利用棉秆皮纤维实际上是对棉花副产品资源的再利用我国棉花副产品资源的利用率很低，且多数是初级利用，资源浪费相当严重。开发棉花副产品资源，向精深加工、多高级利用发展，对棉花产业的发展有着重要作用，有利于从单纯的棉花纤维的利用转向棉花综合开发，有利于从单纯的追求棉花产量向棉花生产的优质高产型转变。开发利用棉秆纤维、菠萝纤维、椰壳纤维等纤维，都是对植物韧皮或果实外壳韧皮的开发利用35工艺达到制取纺织用纤维的目的，与制取麻类纤维相似。同时，开发利用棉秆皮纤维也为纺织纤维家族增添一种新型的天然纤维。b.棉秆皮纤维的开发利用是对天然资源的开发利用与开发利用菠萝纤维、椰壳纤维等纤维一样，开发利用棉秆皮纤维也是对天然资源的开发利用，对一些本没有用或用处不大的资源，开发出新的更有价值的资源是一种变废为宝节约资源的过程。天然纤维素纤维具有易降解的优点，减少了对环境的污染，在人们日益重视环境保护的今天，具有极其重要的意义。同时也符合对资源可持续利用的目的，在一些资源面临枯竭的今天也有着很重要的意义6。c.有一定的经济、社会效益这些天然资源都分布在广大的农村，在开发新型纺织原料的同时，在一定程度上增加了农民的经济收入。这与国家千方百计提高农民收入的政策相一致。1.2 棉秆皮纤维开发与利用现状1.2.1 国外研究现状棉秆皮纤维的开发利用属于一个全新的课题。在论文开展之前查阅了大量的外文资料，没有发现国外在利用棉秆皮进行制取棉秆皮纤维的相关研究。1.2.2 研究背景及国内研究现状a.研究背景50 年代至 60 年代，由于合成高分子材料的兴起，纤维素资源的开发研究受到极大的影响。70 年代初期，由于国际上出现了石油危机，人们意识到合成高分子材料的主要原料石油的储量越来越少。根据专家估计，目前石油的储量只够人类使用二、三十年7。而纤维素是自然界广泛存在的可再生的天然资源，2。通过一定的脱胶1绪论它以各种形式广泛存在于自然界中如常见的棉秆、稻草秸秆、麦秸秆、甘蔗渣、玉米秸秆以及林产废弃物如木屑、锯末等，它们的主要成分就是纤维素，据统计，全球每年经过光合作用产生的有机物以干重计约 16.41010 吨8。因此，这种曾被忽视的可再生资源，又再次被重视起来，使得纤维素的研究得到很大发展。另外，由于纤维素参与地球生态大循环，其本身不存在环保问题，随着人们越来越重视自己周围的生存环境，对环境保护的意识越来越强，也加速了纤维素研究的发展。目前，传统的纺织、制浆造纸行业仍是天然植物纤维素利用的主要行业。例如植物纤维(如棉花和一些麻类纤维等)经过机械或化学处理就可以用于纺织生产；木材纤维或草类纤维（比棉麻短小，纤维素含量适中），可以用于制浆造纸工业9；农作物废料如秸秆、稻草、玉米芯等植物纤维不仅可以通过生产转化为沼气、酒精、单细胞蛋白等，变废为宝，还可以增加农民的收入，减轻农民负担；秸秆、稻草、人畜粪便是沼气发酵的原料，发酵过程中不仅能使废物得到处理获得廉价的能源，还能减少对环境的污染10；玉米芯等农业废料，水解后的水解液中含有大量戊糖，可以用来培养假丝酵母，生产大量单细胞蛋白，供饲料用；纤维素深度水解反应后可制得葡萄糖，乙酞丙酸(又叫果糖酸)，甲酸等，其中乙酞丙酸是合成各种轻化工产品的基本原料，具有广泛的使用价值11。因此，转化利用植物纤维素这种巨大的可再生资源以使其提供人们所需的能源及其它化工产品，成为世界上许多国家正在积极探索的重要课题。棉花种植业在我国具有悠久的历史和相当的规模，2005 年我国已跃居美国之前成为世界第一产棉大国12。棉秆是棉花生产造成的主要农业废弃物，棉秆的合理利用是各产棉地