呂澤瑞黎征帆江惠林孫澤宇

（1.武漢紡織大學，湖北武漢，430073；2.生物質纖維與生態(tài)染整湖北省重點實驗室，湖北武漢，430073）

苧麻纖維具有抗菌、吸濕排汗等優(yōu)良性能，是重要的紡織原料。開發(fā)好苧麻資源對于提高農(nóng)民收入和發(fā)展紡織原料都有重要意義。苧麻在紡紗之前，需要從苧麻植物中提取出苧麻纖維。脫膠是苧麻纖維提取的關鍵步驟，脫膠質量的好壞直接影響苧麻纖維性能。本文總結近幾年的脫膠技術進展，探討脫膠技術的發(fā)展趨勢。

1 苧麻纖維制備的歷史、現(xiàn)狀和問題

苧麻脫膠歷史悠久，我國古代苧麻布的制作由種麻、浸麻、剝麻、漂洗、績麻、成線、絞團、梳麻、上漿、紡織等12道工序組成［1］。其中浸麻工序又叫漚麻，就是將苧麻浸漬在水中進行天然微生物脫膠，這種方法漚麻時間長，產(chǎn)品質量不穩(wěn)定，容易受到天氣狀況的影響，已經(jīng)不能適應高效率大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)要求。20世紀40年代，酆云鶴博士發(fā)明了“先酸后堿，兩煮一漂”的傳統(tǒng)化學脫膠法［2］，從而實現(xiàn)了苧麻脫膠的工業(yè)化生產(chǎn)，脫膠品質均勻穩(wěn)定，該方法一直沿用至今。

傳統(tǒng)化學脫膠采用強酸強堿進行脫膠，化學試劑使用多，能耗污染大，脫膠后還需要進行拷麻、水洗、漂白、酸洗、給油等步驟，流程長、工人勞動強度大，已經(jīng)不符合當前節(jié)能減排和自動化生產(chǎn)的趨勢。苧麻初加工中存在的脫膠污染大、生產(chǎn)流程長的現(xiàn)狀已經(jīng)成為制約苧麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題［3］。

2 苧麻纖維制備技術研究進展

近年來研究者對傳統(tǒng)化學脫膠進行工藝改良，進一步研究了生物脫膠和生物化學聯(lián)合脫膠技術，開發(fā)了物理化學聯(lián)合脫膠技術和新型脫膠后處理技術。

2.1 化學脫膠

研究人員致力于對傳統(tǒng)化學脫膠工藝進行改進，以減少化學試劑用量和污染，其中氧化脫膠技術的開發(fā)是代表性研究成果。

氧化脫膠主要原理是采用氧化劑降解膠質，而且氧化劑有漂白效果，分解產(chǎn)物污染小。楊濤等初步探索了過氧化氫在苧麻脫膠中的應用［4］，研究得到的最優(yōu)工藝能夠實現(xiàn)一步脫膠。相對傳統(tǒng)化學脫膠，該工藝節(jié)約脫膠時間一半以上，脫膠后精干麻制成率和白度明顯提高，脫膠廢液COD值、pH值及色度降低，缺點是脫膠后纖維號數(shù)和斷裂強度比傳統(tǒng)化學脫膠法制備的纖維略差。這是因為氧化脫膠過程中，過氧化氫將纖維素氧化，導致纖維的斷裂強度和斷裂伸長率降低［5-6］。

研究者在氧化脫膠中添加穩(wěn)定劑和纖維素保護劑來改善精干麻纖維性能。氧化脫膠中有效 的 纖 維 素 保 護 劑 有 蒽 醌［7］和1，8-二 羥 基 蒽醌［8］，當保護劑的用量為2%時，脫膠后苧麻精干麻纖維質量最佳，脫膠廢水的COD值降低。劉鳳明等在氧化脫膠過程中加入F107穩(wěn)定劑取得良好的脫膠效果［9］。MENG Chaoran等用氫氧化鎂作為緩釋堿源來調整和緩沖脫膠溶液中的pH值［10］，以此脫膠得到精干麻纖維的斷裂伸長率和斷裂強度提高，廢水COD值下降。她還研究發(fā)現(xiàn)氧化脫膠過程中溶液中過量的金屬離子對纖維性能有不利影響［11］，通過采用Tempo氧化球狀細菌纖維素去除金屬離子，提高了苧麻纖維的斷裂強度。ZHOU J J等開發(fā)了Fenton氧化脫膠技術［12-13］，實質上是弱酸性條件下采用亞鐵離子催化過氧化氫，氧化苧麻進行脫膠，研究表明Fenton氧化脫膠后精干麻纖維各項性能均優(yōu)于堿性氧化脫膠，線密度、斷裂強度和殘膠率稍差于傳統(tǒng)化學脫膠，脫膠廢液污染比傳統(tǒng)化學脫膠和堿性氧化脫膠小。

除了過氧化氫之外，其他氧化劑的氧化脫膠也有研究。劉國亮研究發(fā)現(xiàn)過碳酸鈉對于苧麻木質素的去除有促進作用［14］。MENG Chaoran等研究了Tempo選擇性氧化苧麻脫膠技術［15］，與堿性過氧化氫脫膠相比，Tempo選擇性氧化脫膠后纖維的力學性能較好，脫膠時間縮短55 min，廢水COD值降低28%。

氧化脫膠技術相對于傳統(tǒng)化學脫膠工藝而言確實可以大大減少脫膠時間，提高纖維制成率，這說明脫膠過程中可以使用環(huán)保氧化劑來代替部分氫氧化鈉達到脫膠效果，從而降低氫氧化鈉用量，減少污染。

LI Z L等將摩擦納米發(fā)電機技術引入苧麻脫膠［16］，即利用摩擦發(fā)電效應，收集周圍環(huán)境的機械能轉化成電能，用來產(chǎn)生自驅動的電場，促進苧麻纖維脫膠和脫膠廢水的電化學降解。在電壓為10 V、電流為3.5 mA的條件下，自驅動清潔系統(tǒng)可以在120 min內降解廢水中90%以上的污染物。由于具備脫膠效率高、污水處理效率高、處理成本低、工藝簡單等諸多優(yōu)點，基于摩擦納米發(fā)電機的自驅動系統(tǒng)為苧麻脫膠和廢水處理提供了高效環(huán)保的新選擇。

2.2 生物脫膠

生物脫膠是將苧麻浸漬于菌液中進行脫膠，或者用能降解膠質的酶制劑處理苧麻［17］。生物脫膠環(huán)境友好，可以降低化學試劑用量和減少污染［18］。生物脫膠包括酶脫膠法和微生物脫膠法兩種。

2.2.1 酶脫膠

酶脫膠就是使用酶液浸漬苧麻來脫膠。苧麻脫膠目前需果膠酶、甘露聚糖酶和木聚糖酶等多種酶協(xié)同作用［19］。蘇靜研究發(fā)現(xiàn)，采用果膠酶、甘露聚糖酶和木聚糖酶3種酶聯(lián)合脫膠去除的膠質高于3種酶分別單獨處理脫去的膠質總和［20］。酶處理過程中加入Ca2+可以提高脫膠效果［21］，成莉鳳等將苧麻浸漬在果膠復合酶液里45℃下采用鈣離子催化脫膠4 h，酶脫膠后苧麻纖維殘膠率為2.52%［22］。ZHOU C等從堿性地衣芽孢桿菌菌株中提取出堿性果膠酶基因［23］，然后將該基因在大腸桿菌中表達生產(chǎn)果膠酶，苧麻經(jīng)果膠酶脫膠后重量損失了21.5%。酶脫膠優(yōu)點是環(huán)保無污染，工藝簡單，可以直接使用現(xiàn)有設備，但是酶制劑成本偏高，產(chǎn)業(yè)化應用還需要繼續(xù)研究降低酶脫膠的成本和縮短脫膠時間。

2.2.2微生物脫膠

微生物脫膠是將微生物施加在苧麻上，微生物以苧麻的膠質為營養(yǎng)源繁殖，分泌酶將膠質分解成低分子物質而溶于水中。獲得優(yōu)良的脫膠菌株是微生物脫膠技術的重要步驟［24］。FAN P等使用芽孢桿菌HG-28進行工業(yè)規(guī)模微生物脫膠［25-26］，脫膠后苧麻纖維均達到苧麻精干麻一等品的要求。LIU Zhengchu等用歐文氏桿菌變異菌株CXJZU-120進行工業(yè)規(guī)模脫膠［27］，發(fā)現(xiàn)脫膠6 h以后膠質去除超過90%，污染降低80%。

通過菌株配伍研發(fā)出脫膠能力徹底且脫膠效率高的復合菌劑是近年來微生物脫膠的一個研究趨勢。張非研究表明，復合菌脫膠有利于提高脫膠效果［28］。杜兆芳等采用芽孢桿菌B2和曲霉M2菌株對苧麻進行混合菌脫膠后，苧麻質量損失率可達31.9%，纖維線密度和斷裂強度的指標均符合苧麻二級精干麻標準［29］。王茜的研究表明，復合菌脫膠過程中有些菌也有可能阻礙整個菌群脫膠效果［30］。

目前微生物脫膠研究取得很大進展，但脫膠時間仍然長于化學脫膠，培養(yǎng)菌種復雜，需要專用發(fā)酵設備，環(huán)境條件要求高，這些制約了菌脫膠的工業(yè)化發(fā)展。

2.3 生物化學聯(lián)合脫膠

生物化學聯(lián)合脫膠法先用生物制劑（細菌或酶）處理苧麻，然后用較低的堿濃度去除殘余膠質［31］。生物化學聯(lián)合脫膠法又可分為酶化學聯(lián)合脫膠和微生物化學聯(lián)合脫膠。

酶化學聯(lián)合脫膠采用酶處理苧麻纖維，再用化學試劑進一步處理，以達到完全脫膠的目的，從而提高苧麻纖維性能和減少污染。ZHOU C等采用果膠酶-化學聯(lián)合處理后纖維質量損失率為29.3%，相比只用酶處理質量損失率明顯增加。余秀艷等的研究表明，復合酶SCOURZYME3O1-氫氧化鈉聯(lián)合脫膠處理制備的精干麻纖維要比傳統(tǒng)化學脫膠后的纖維柔軟［32］。李恩德直接將帶殼苧麻不經(jīng)過刮青直接采用生物酶脫膠制備苧麻精干麻，該技術解決了刮青需要手工操作、勞動生產(chǎn)率低的問題，為苧麻初加工的優(yōu)化提出新的思路［33］。

微生物化學聯(lián)合脫膠則用微生物分泌脫膠酶降解膠質，后續(xù)工藝使用較低濃度堿煮便可將殘膠除去。胡延素采用混合菌進行微生物化學聯(lián)合脫膠，纖維殘膠率僅有2.04%，脫膠后的纖維性能比化學脫膠和酶脫膠的性能好，氫氧化鈉用量為原麻的6%［34］。王成國等將苧麻鮮麻采用細菌和化學聯(lián)合脫膠后制備得到的精干麻性能和傳統(tǒng)化學脫膠性能一樣［35］，而氫氧化鈉用量減少到原來的一半，廢水的COD值和色度均明顯降低。

苧麻生物化學聯(lián)合脫膠綜合生物脫膠和化學脫膠的優(yōu)點，減少用堿量綠色環(huán)保，脫膠質量更好，但仍然需要進一步降低化學試劑用量和節(jié)約時間。

2.4 物理化學聯(lián)合脫膠

物理化學聯(lián)合脫膠是采用物理方法與化學方法聯(lián)合作用進行脫膠。目前研究的物理脫膠方法有軟麻開纖和蒸汽閃爆。張勇等研究表明，物理脫膠后苧麻膠質去除了75%～86%，再通過溫和化學精練后，精干麻纖維殘膠率低于2%，斷裂強度大于4.8 cN/dtex［36］。該技術比傳統(tǒng)化學脫膠減少化學試劑用量43%、用水46%、用煤52%、用工35%以上。JIANG Wei等將苧麻用蒸汽閃爆處理后用過碳酸鈉進行脫膠［37］，脫膠后苧麻精干麻斷裂強度為5.4 cN/dtex，細度細于6.25 dtex（1 600公支）。該工藝化學試劑用量只有傳統(tǒng)化學脫膠的50%，廢水COD值只有傳統(tǒng)脫膠的35%。物理化學聯(lián)合脫膠相對傳統(tǒng)化學脫膠而言，化學試劑和污染減少，但是需要對設備進行大幅改造，并需要探索其工業(yè)規(guī)模的應用效果。

2.5 脫膠后處理

苧麻脫膠后處理的優(yōu)化比較有代表性的是帶狀精干麻制備技術的研究。帶狀精干麻生產(chǎn)技術采用一條連續(xù)后處理生產(chǎn)線，將苧麻纖維束保持原有的纖維排列狀態(tài)情況下進行拷麻、牽伸、水洗和給油，制備出來的精干麻平行順直，可以直接經(jīng)過并條后進入后紡加工［38］。蘇工兵等設計了ZMFQSL-1型苧麻開纖水理連續(xù)化設備［39］，該設備生產(chǎn)效率大于120 kg/h，生產(chǎn)的苧麻纖維殘膠率低于2.0%，并絲率低于0.2%，束纖維斷裂強度4.3 cN/dtex。苧麻生物脫膠和水理連續(xù)化生產(chǎn)工藝已有實際應用，實現(xiàn)了節(jié)能減排和省工環(huán)保的目標，并通過了常德市科技局的科技成果鑒定［40］。帶狀精干麻制備技術大大縮短了紡紗工序，節(jié)約用工用水。

3 分析與展望

傳統(tǒng)化學脫膠對自然環(huán)境有較大破壞，隨著我國對紡織企業(yè)污染排放法規(guī)的逐漸完善，研發(fā)新型環(huán)保且高質量的脫膠方法是必然的趨勢?？偨Y近年來的脫膠技術研究進展，首先，氧化脫膠技術、物理脫膠技術特別是工業(yè)規(guī)模的純生物脫膠技術的最新研究成果，為苧麻工業(yè)化生產(chǎn)最終實現(xiàn)低污染乃至無污染的脫膠帶來了曙光，今后可以進一步綜合各種脫膠技術的優(yōu)點，選用高效脫膠菌或者菌群，輔以物理脫膠或者氧化脫膠，進一步穩(wěn)定工業(yè)規(guī)模的脫膠效果，節(jié)約脫膠時間。其次，帶狀精干麻技術和帶殼苧麻脫膠技術的提出為脫膠技術的研究提供新的思路，目前脫膠技術研究大部分都是在關注原麻脫膠，而實際上脫膠前道工序（剝皮、刮青）和脫膠后處理均存在勞動生產(chǎn)率低、工人勞動強度大的問題，而新技術的提出為苧麻初加工實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn)帶來了希望。未來可以將剝皮、刮青、脫膠以及脫膠后處理工序統(tǒng)籌考慮，最終實現(xiàn)苧麻初加工的清潔、自動化和連續(xù)化生產(chǎn)。