黄麻纤维木质素去除的影响范文

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《中国麻业科学杂志》2014年第三期

1实验方法

1.1黄麻机织布化学成分含量测定参照国家标准GB5889－86《苎麻化学成分定量分析方法》对黄麻机织布各化学成分进行定量分析测试。

1.2黄麻机织布处理工艺①漆酶单独处理:反应体系为0.1M磷酸盐缓冲液(pH5)，浴比20∶1，漆酶5g/L，50℃下恒温震荡反应并维持浴比，8h后取出布样，水洗晾干。②木聚糖酶、漆酶联合处理:先进行木聚糖酶处理，反应体系为0.1M醋酸缓冲液(pH5)，浴比20∶1，木聚糖酶5g/L，50℃下恒温震荡反应8h并维持浴比，然后经①步骤漆酶处理。③草酸铵、木聚糖酶、漆酶联合处理:先进行草酸铵处理，浴比20∶1，草酸铵5g/L，沸煮2h，而后再经②步骤木聚糖酶、漆酶联合处理。

1.3木质素去除率测定参照国家标准GB5889－86《苎麻化学成分定量分析方法》对不同处理后黄麻机织布中的木质素含量进行测试，木质素去除率为处理织物样与对照织物样木质素含量之比。

1.4红外光谱(FT－IR)测试对处理前后黄麻机织布进行衰减全反射(ATR)红外光谱扫描。扫描范围4000cm－1－650cm－1，扫描次数32次，分辨率4cm－1。

1.5织物褶皱性能测试对处理前后黄麻机织布褶皱性能进行测试，具体方法参照国家标准GB/T3819－1997《纺织品织物折痕回复性的测定回复角法》。

1.6织物力学性能测试对处理前后黄麻机织布力学性能进行测试，具体方法参照国家标准GB/T3923.1－1997《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长率条样法》。

2结果与讨论

2.1纯黄麻机织布纤维化学成分分析纯黄麻机织布纤维主要化学成分含量测定结果如表1所示。由表1可知，黄麻纤维机织布中的非纤维素杂质主要有脂蜡质、水溶性物质、果胶、半纤维素、木质素等。织物中残留果胶的含量并不高，影响纤维性能的非纤维素杂质主要是半纤维素和木质素，各占15%左右。为改善黄麻纤维性能，扩展其应用领域，这些杂质的去除很有必要。生物精炼的主要原理就是利用酶作用的专一性，使酶只与纤维中某一化学组分作用，并使其从混合物中脱离，而保留纤维中有用的组分［3］。

2.2木质素去除效果分析参考GB5889－86，以72%浓硫酸水解法对不同处理后黄麻机织布中的木质素进行定量测定，并计算其木质素去除率，结果见表2。漆酶能够降解木质素而生成木质素的低聚物，黄麻机织布经漆酶处理后，部分木质素可被降解而去除。木聚糖酶能够水解黄麻纤维中的半纤维素，草酸铵能够去除残留的果胶，与半纤维素和果胶结合的木质素也随之从纤维上脱落下来，从而起到去木质素作用，同时使更多的木质素暴露在纤维表面，有利于漆酶的催化降解。由表2可知，漆酶单独处理时木质素的去除程度并不高，仅有8%。联合处理可提高木质素的去除效率，其中木聚糖酶、漆酶联合处理可去除约20%木质素，草酸铵、木聚糖酶、漆酶联合处理木质素去除率可达30%。但总体来讲，两种生物酶对黄麻机织布上木质素的去除作用并不显著，这可能是由于生物酶只能作用到纤维的表面，即胞间层及初生层，对次生层无效的缘故。黄麻纤维中分布在次生层的木质素约为70%，胞间层的木质素仅占30%左右，生物酶仅能对胞间层的30%木质素起作用。SenGupta和Callow报道了黄麻沤麻亦只能去除初生胞壁中的木质素，并指出次生细胞壁的木质素即使是在强有机酸的作用下也不会膨胀［8］。因此，若要更大程度地去除木质素，仍需与作用强烈的物理法(蒸汽爆破，等离子体处理等)或化学法(强碱、氧化剂处理等)联合处理。与纤维素酶进行联合处理也是一种可行的方法，纤维素酶能够水解黄麻中的纤维素，使木质素更多地暴露出来，这些裸露的木质素便可被漆酶催化降解进而去除［9］，但应同时控制纤维素酶的用量和作用时间，以防止纤维素过度水解，造成纤维强力严重损失。

2.3黄麻机织布红外分析对草酸铵、木聚糖酶、漆酶联合处理和未经处理的黄麻机织布进行衰减全反射红外光谱扫描，谱图如图1所示。参考相关文献［10］，确定了黄麻机织布红外光谱特征峰及归属，见表3。1731cm－1和1646cm－1处为黄麻纤维中木质素羰基伸缩振动吸收峰，1594cm－1和1506cm－1处为木质素芳香族骨架振动，由图1可以看到处理后黄麻机织布吸收峰的强度均有所降低，表明经处理后黄麻机织布中木质素含量降低，这和前面木质素去除率的数据及分析结果一致。纤维素和半纤维素中的单糖单元含有醚键，位于1242cm－1－1031cm－1处的C－O伸缩振动吸收峰为黄麻纤维中纤维素和半纤维素的特征吸收峰。由图1可以看到黄麻机织布经处理后此吸收峰的强度亦有微量降低，说明在处理过程中有部分半纤维素同时被除去，这是由于木聚糖酶对黄麻纤维中的半纤维素水解造成的。

2.4黄麻机织布性能分析对不同处理后黄麻机织布的褶皱性进行了测试，结果如图2所示。由图2可知，未经处理的黄麻机织布褶皱性较差，经不同处理后其折皱回复角均有不同程度的提高，其中以草酸铵、木聚糖酶、漆酶联合处理效果最好。对不同处理后黄麻机织布的力学性能进行了测试，结果如图3和图4所示。由图3和图4可知，未经处理的黄麻机织布断裂强力高，纤维模量大，且断裂伸长率低，弹性差。经漆酶单独处理后，织物断裂强力有微量增加，断裂伸长率显著提高，在未降低纤维强力的情况下改善了其柔韧性。这可能是由于漆酶对木质素的降解聚合两方面作用引起的，纤维上未被漆酶去除掉的木质素其聚合度得到进一步提高，从而使纤维强力、弹性同时提升。木聚糖酶、漆酶联合处理和草酸铵、木聚糖酶、漆酶联合处理因对木质素和半纤维素等杂质去除较多，导致纤维强力下降，草酸铵、木聚糖酶、漆酶联合处理的黄麻机织布断裂强力已不足原麻一半。两种联合处理的黄麻机织布在强力下降的同时，断裂伸长有所增加，但不及漆酶单独处理的效果。

3结论

漆酶单一处理仅能去除少量的木质素，联合处理可提高木质素的去除效率，以草酸铵、木聚糖酶、漆酶联合处理效果最好，去除率可达30%。在ATR红外谱图中，草酸铵、木聚糖酶、漆酶联合处理后的黄麻机织布较未处理织物在1594cm－1、1506cm－1和1424cm－1处的木质素芳香族特征吸收峰，1731cm－1和1646cm－1处的木质素羰基特征吸收峰以及1242cm－1－1031cm－1处的半纤维素醚键特征吸收峰均有减弱，说明经草酸铵、木聚糖酶、漆酶联合处理后黄麻织物纤维表面木质素和半纤维素含量降低。经处理后黄麻机织布折皱回复角提高，其中草酸铵、木聚糖酶、漆酶联合处理褶皱回复性最佳。漆酶单独处理后黄麻机织布断裂强力和断裂延伸率均提高，联合处理后断裂强力降低，断裂延伸率提高。

作者：董爱学钱柿汝范雪荣单位：江南大学生态纺织教育部重点实验