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Chemistry

Estrazione della fibra Ramie nel sistema di perossido di idrogeno di alcali supportato dall'origine di rilascio controllato alcali

Published: February 6, 2018 doi: 10.3791/56461
Automatic Translation
1, 1, 2, 1,2, 1, 1
1College of Textiles, Donghua University, 2Institute of Bast Fiber Crops, Chinese Academy of Agricultural Sciences

Summary

Presentato qui è un protocollo per l'estrazione della fibra di ramiè in sistema di perossido di idrogeno di alcali supportato dall'origine di rilascio controllato dell'alcali.

Abstract

Questo protocollo viene illustrato un metodo per l'estrazione della fibra del ramiè tramite strofinamento ramiè greggio in un sistema di perossido di idrogeno di alcali supportato da una fonte di rilascio controllato dell'alcali. La fibra estratta da Ramia è un tipo di materiale tessile di grande importanza. Negli studi precedenti, fibra di ramiè è stata estratta in un sistema di perossido di idrogeno di alcali supportato solo da idrossido di sodio. Tuttavia, a causa della forte alcalinità di idrossido di sodio, la velocità di reazione di ossidazione del perossido di idrogeno era difficile da controllare e quindi ha provocato gravi danni alla fibra trattata. In questo protocollo, una fonte di rilascio controllato dell'alcali, che si compone di idrossido di sodio e idrossido di magnesio, viene utilizzata per fornire una condizione di alcali e il valore di pH di peroxidesystem di idrogeno l'alcali del buffer. Il tasso di sostituzione di idrossido di magnesio può regolare il valore di pH del sistema perossido di idrogeno e ha grande influenza sulle proprietà della fibra. Il valore pH e valore potenziale ossido-riduzione (ORP), che rappresenta la capacità di ossidazione del sistema del perossido di idrogeno di alcali, sono stati monitorati usando un misuratore di pH e tester ORP, rispettivamente. Il contenuto di perossido di idrogeno residuo del sistema di perossido di idrogeno di alcali durante il processo di estrazione e il valore di domanda chimica di ossigeno (COD) delle acque di scarico dopo l'estrazione della fibra sono testati da KMnO4 metodo di titolazione. La resa della fibra viene misurata utilizzando una bilancia elettronica di precisione, e le gomme residue di fibra sono testate da un metodo di analisi chimica. Il grado di polimerizzazione (valore PD) di fibra è testato con un metodo di viscosità intrinseca usando il viscosimetro di Ubbelohde. La proprietà a trazione della fibra, tra cui tenacia, allungamento e la rottura, viene misurata utilizzando uno strumento di resistenza della fibra. Trasformata di Fourier spettroscopia infrarossa e diffrazione dei raggi x sono utilizzati per caratterizzare le gruppi funzionali e cristallo della fibra. Questo protocollo dimostra che la fonte di rilascio controllato alcali può migliorare le proprietà della fibra estratta in un sistema di perossido di idrogeno di alcali.

Introduction

Ramiè, comunemente noto come 'Erba della Cina' è una pianta perenne cui fibra può essere utilizzata come un materiale eccellente per l'industria tessile1,2. È una delle principali colture economiche originaria della Cina; la produzione di ramiè in Cina ha rappresentato per oltre il 90% del rendimento totale nel mondo1,2. Fibra di ramiè è una delle fibre vegetali più forte e più lunga, brillante con un aspetto quasi setoso3,4. La lunga durata della fibra ramie lo rendono adatto per la filatura di singola fibra, che è raramente visto in fibra di rafia. Il tessuto fatto da fibra di ramiè possiede molte proprietà eccellente, come freschezza, antibatterico, eccellente conducibilità termica, ventilazione, ecc.3,4

La cellulosa è il componente principale delle fibre di ramiè, e gli altri componenti in ramiè, quali pectina, lignina, sostanze solubili in acqua, sono definiti come gengive5,6. Fibra di ramiè possa essere estratti dalla dissoluzione delle gengive in soluzione contenente reagenti chimici, in un processo definito come sgommatura5,6. Esistono principalmente due approcci di estrazione della fibra ramie: sgommatura chimica e bio-sgommatura. Il consumo di energia, consumo di tempo e COD valore di sgommatura delle acque reflue nella sgommatura chimici tradizionali è piuttosto alta, come cellulosa fibra viene estratta tramite strofinamento ramiè greggio in NaOH concentrato sotto alta pressione da 6 a 8 h7,8 . In alternativa, bio-sgommatura è una scelta eco-friendly per l'estrazione della fibra del ramiè. Tuttavia, la reazione dura condizione e sofisticate apparecchiature di inibire il suo ulteriore applicazione industriale9,10. Di conseguenza, sgommatura ossidazione con perossido di idrogeno di alcali presenta un prezioso e applicazione alternativa a concentrarsi, per esso richiede tempi di sgommatura e inferiore sgommatura temperatura11,12. Tuttavia, grazie alla capacità di forte ossidazione dei perossidi, degrado sostanziale cellulosa può verificarsi durante il processo di sgommatura, che può causare gravi danni al fibra proprietà13,14. Questo è il più grande svantaggio di alcali ossidazione perossido sgommatura di ramiè.

Negli studi precedenti, fibra di ramiè è stata estratta in un sistema di perossido di idrogeno di alcali supportato solo da idrossido di sodio15. Tuttavia, a causa della forte alcalinità di idrossido di sodio, la velocità di reazione di ossidazione del perossido di idrogeno era difficile da controllare e quindi ha provocato gravi danni alla fibra trattata7. Per migliorare le proprietà della fibra di ramiè, una fonte di rilascio controllato dell'alcali, che si compone di idrossido di sodio e idrossido di magnesio, viene utilizzata in questo studio per offrire una condizione di alcali e memorizza nel buffer il valore di pH di alcali ossigenata sistema16 , 17.

La logica dietro questa tecnologia può essere descritto come segue. Idrossido di magnesio è leggermente solubile in acqua distillata, e può sciogliere gradualmente nella sgommatura soluzione con il consumo di OH– e mantenere il valore del pH e quindi la capacità di ossidazione di sgommatura soluzione in un'appropriata gamma di18. Il tasso di sostituzione (SR) di idrossido di magnesio è definito come la percentuale di mole di NaOH sostituito da idrossido di magnesio sotto il dosaggio totale dell'alcali del 10% e il tasso di sostituzione può essere calcolato dalla seguente equazione. Inoltre, Mg2 + può prevenire il degrado di cellulosa causato dalla ossidazione19,20.

Equation 1

Qui, M.2 (g) è il peso del Mg(OH)2, M1 (g) è il peso di NaOH, 40 è il peso molecolare di NaOH, 58 è il peso molecolare di Mg(OH)2, 2 è il numero di OHs in Mg(OH)2e SR è il tasso di sostituzione.

La tecnologia del presente protocollo può essere esteso per l'estrazione, candeggio e modifica dei materiali vegetali in un sistema di perossido di idrogeno di alcali. Tuttavia, si deve constatare che la selezione della temperatura di reazione e valore pH dell'apparato di perossido di idrogeno di alcali è la chiave per questa tecnologia21. Il valore di pH dell'apparato di perossido di idrogeno di alcali può essere regolato modificando il tasso di sostituzione17. Il valore del pH e quindi la capacità di ossidazione dell'apparato di perossido di idrogeno di alcali diminuiscono con l'aumentare del tasso di sostituzione. Quando la temperatura di reazione è impostata a 85 ° C, la reazione del radicale libero svolge il ruolo principale nel sistema e il forte ossidazione del sistema è adatto per la dissoluzione del materiale; Quando la temperatura di reazione è impostata a 125 ° C, la reazione del radicale libero è inibita e una grande quantità di HOO esiste nel sistema, che rende il sistema adatto per candeggio19.

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Protocol

1. ossidazione sgommatura di ramiè

  1. Preparando l'ossidazione sgommatura soluzione
    1. Sciogliere 2 g H2O2, alcali 1G (una miscela di Mg(OH)2 e NaOH), 0,4 g Na5P3O10, antrachinone g 0,1 e 0,2 g HEDP in 100 mL di acqua distillata per rendere la soluzione sgommatura.
  2. L'ossidazione sgommatura di ramiè
    1. Immergere il ramiè greggio 10g nella soluzione sgommatura e setacciare esso sotto 85 ° C per 60 min.
    2. Aumentare la temperatura di 125 ° C (con pressione di 0,6 kg) e setacciare per un altro 60 min.
      Nota: Vedere la discussione per spiegazione sull'innalzamento della temperatura.
  3. Riducendo la fibra di ramiè
    1. Sciogliere g 0,4 NaHSO3 in 100 mL di acqua distillata per preparare la soluzione di riduzione. Quindi, è possibile trattare la fibra degummed nella soluzione riducente a 90 ° C per 60 min.
      Nota: I gruppi carbossilici e aldeide in cellulosa generati nella reazione di ossidazione causano la riduzione di legami idrogeno e arrecare danni alla proprietà della fibra. La riduzione può migliorare la struttura della fibra convertendo i gruppi carbossilici e gruppi aldeide torna a gruppi dell'idrossile.
  4. Trattamento di follow-up
    1. Lavare la fibra ramie degummed accuratamente con acqua deionizzata.
    2. Immergere la fibra nella sgommatura olio a 90 ° C per 15 min e poi asciugare la fibra in un forno (125 ° C) per 4 h.

2. prova della proprietà soluzione sgommatura

  1. Test di solubilità di Mg(OH)2
    1. Sciogliere 2 g Mg(OH)2 in 100 mL di acqua distillata.
    2. Separatamente, sciogliere 2 g Mg(OH)2 in 100 mL di soluzione con additivi sgommatura completamente solubili, tra cui 0,4 g Na5P3O10 e 0,2 g HEDP.
    3. Aumentare la temperatura delle soluzioni descritte nei passaggi 2.2.1 e 2.2.2 a 85 ° C.
    4. Estrarre il Mg(OH) non disciolto2 con dischi sinterizzati.
    5. Calcolare la solubilità di Mg(OH)2 con la seguente formula:
      Equation 2
      Nota: Qui m (g) è il peso del non disciolto Mg(OH)2.
  2. Effetto del tasso di sostituzione di2 Mg(OH) il valore di pH, ORP valore e contenuto residuo di H2O2 della soluzione sgommatura
    Nota: ORP12,19 è un parametro di chimica di acqua importante e fornisce uno strumento di misura per la capacità ossidante o riducente l'acqua a temperatura ambiente. Soluzioni con proprietà di ossidazione più forte hanno un più alto valore ORP. Il tasso di sostituzione di2 Mg(OH) si intende la proporzione di mole di NaOH sostituito dal Mg(OH)2 sotto il dosaggio totale dell'alcali del 10% (sul peso del tessuto).
    1. Preparare le soluzioni sgommatura con tasso di sostituzione di2 Mg(OH) di 0%, 20%, 40%, 60%, 80% e 100% secondo passaggio 1.1, rispettivamente.
    2. Immergere il ramiè greggio nelle soluzioni sgommatura descritto al punto 2.2.1.
    3. Avviare il processo di sgommatura secondo punto 1.2.
    4. Lavare l'elettrodo ORP combinato con acqua distillata e asciugare all'aria. Quindi immergere il metro di elettrodo ORP combinato nelle soluzioni sgommatura per leggere il valore ORP ogni 10 min. Immergere il pH-metro elettrodo nelle soluzioni sgommatura per leggere il valore di pH ogni 10 min.
    5. Verificare il contenuto di H2O2 delle soluzioni sgommatura ogni 10 min il metodo di titolazione KMnO4 secondo la norma cinese GB 22216-20087.

3. test della proprietà di fibra Ramie

  1. Resa di sgommatura
    1. Calcolare il rendimento di sgommatura usando la seguente equazione:
      Equation 3
      Nota: Qui è w (g) peso a secco della fibra dopo sgommatura; W (g) è il peso a secco di ramiè prima sgommatura.
  2. Gomme residue della fibra
    Nota: Le gomme residue di fibra sono state testate secondo cinese standard 5889-86.
    1. Misurare il peso a secco della fibra (circa 5 g) in un pesafiltro e immergerlo in un pallone (con tubo di condensazione di reflusso) contenente 150 mL della soluzione di NaOH (20 g/L).
    2. Aumentare la temperatura a 100 ° C e mantenere questa temperatura per 1 h.
    3. Aggiornare la soluzione di NaOH.
    4. Aumentare la temperatura a 100 ° C e mantenere per 2 h.
    5. Lavare la fibra in un setaccio di campione.
    6. Misurare il peso a secco della fibra in bottiglia di pesatura.
    7. Calcolare le gengive residue di fibra utilizzando la seguente equazione:
      Equation 4
      Nota: Qui m (g) è il peso a secco di fibra; M (g) è il peso a secco di ramiè dopo purga di NaOH.
  3. Test di PD
    Nota: Verificare il valore di PD della fibra di ramiè secondo il GB standard cinese 5888-8615.
    1. Sgrassare la fibra ramie immergendo in benzene di 2:1 (v/v) e la miscela di alcol etilico.
    2. Far evaporare il solvente in aria a temperatura ambiente.
    3. Tagliare i campioni in pezzi corti (1-2 mm, circa ~ 20-23 mg per ogni campione) usando le forbici.
    4. Mantenere i campioni in un'atmosfera di umidità controllato (20 ± 2 ° C, umidità relativa = 65 ± 2%) in un contenitore di pesata fino a raggiungere equilibrio acqua contenuto prima di rimuovere i materiali richiesti per scopi di test.
    5. Immergere un filo di rame (0,5 mm di diametro) in acido nitrico concentrato, seguita da 98% anidro etilendiammina. Poi, lavare il rame granello accuratamente con acqua distillata.
    6. Mettere il campione di fibra e rame granello in una bottiglia di plastica (con la parte superiore).
    7. Aggiungere 10 mL di acqua distillata e 10 mL 1 mol/L cupriethylenediamine soluzione nella bottiglia di plastica e mescolare usando un ancoretta magnetica per preparare 0,2 g/100 mL (circa) soluzione cupriethylenediamine di fibra di ramiè.
    8. Trasferire 6,5 mL ramiè fibra cupriethylenediamine soluzione in un viscosimetro di Ubbelohde per misurare la viscosità intrinseca. Calcolare la viscosità relativa dalla seguente equazione:
      Equation 5
      Nota: Qui ηr è la viscosità relativa, t (s) è il tempo medio della soluzione cupriethylenediamine fibra ramie che fluisce attraverso il viscosimetro di Ubbelohde e t0 (s) è il tempo medio di 0,5 mol/L cupriethylenediamine soluzione fluire attraverso il viscosimetro di Ubbelohde.
    9. Calcolare il valore di PD della fibra ramie dalla seguente equazione:
      Equation 6
      Nota: Qui [η]' è la viscosità intrinseca, il valore di × C [η] può essere ottenuto da una tabella in cinese GB standard 5888-86 e C' è la concentrazione della soluzione di ramiè fibra cupriethylenediamine.
  4. Densità lineare delle fibre
    1. Calcolare la densità lineare delle fibre usando la seguente equazione:
      Equation 7
      Nota: Qui Lc è la lunghezza di taglio (40 mm), n è il numero di fibre e G (g) è il peso della fibra. Densità lineare delle fibre si riferisce al peso di una fibra lunga 1.000 m sotto ufficiale regain ramiè (12%).
  5. Test di proprietà meccanica
    1. Equilibrare i campioni di fibra in condizioni atmosferiche standard (T = 20 ± 2 ° C, U.R. = 65% ± 2%) per 24 h.
    2. Testare la tenacità, allungamento a rottura e lavoro della rottura della fibra utilizzando lo strumento di forza fibra sotto la seguente impostazione di 20 ° C, U.R. 65% e pre-tensionamento di 0,3 cN/dtex. Impostare la distanza di bloccaggio a 20 mm e la velocità decrescente del morsetto inferiore a 20 mm/min7,15.
  6. Valore di COD di sgommatura delle acque reflue
    1. Testare il dentice di sgommatura delle acque reflue secondo standard cinese GB/T 15456-2008 'circolanti raffreddamento acqua-determinazione del COD-potassio permanganato metodo industriale'7,15.
  7. Test di XRD
    1. Ottenere la cristallinità della fibra mediante diffrazione di raggi x. Record di XRD patterns 2 θ = 5-60 ° con un diffrattometro dotato di un monocromatore di grafite e Cu Kα radiazione a λ = 0.154 nm (40 kV, 200 mA).
  8. Analisi FTIR
    1. Ottenere il pattern FTIR fibra utilizzando lo spettrometro. Impostare i tempi di esplorazione alle 30, la gamma a 4.000-400 cm-1e la risoluzione a 8 cm-1. Determinare i gruppi chimici funzionali in fibra trattata usando analisi FT-IR.

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Representative Results

La solubilità di Mg(OH)2 in acqua distillata e soluzione sgommatura è stata studiata (Figura 1). È stato testato l'effetto del tasso di sostituzione di2 Mg(OH) il valore di pH e ORP valore (Figura 2) della soluzione sgommatura. La sgommatura resa e gengive residue di fibra degummed sotto vari Mg(OH)2 tasso di sostituzione sono stati calcolati (Figura 3). Valore di DP, cristallinità, proprietà di trazione della fibra (Figura 4) e valore di COD di acque di scarico (Figura 5) sono stati utilizzati per valutare l'effetto di Mg(OH)2 su sgommatura. Il modello FTIR di fibra è stato ottenuto (Figura 6). Il contenuto residuo di H2O2 della soluzione sgommatura durante il processo di estrazione della fibra è stato testato (Figura 7) e l'effetto della temperatura sgommatura nella seconda fase è indicato nella tabella 1. Il confronto di ossidazione sgommatura (usando fonte sostenibile alcali e NaOH) e tradizionale sgommatura è mostrato nella tabella 2.

Anche se la solubilità di Mg(OH)2 nella sgommatura soluzione era superiore a quella in acqua distillata a causa dell'effetto di stecca di sgommatura ausiliari, era ancora insufficientemente solubile, e così una proprietà controllata-rilasciato era applicata (Figura 1 ). Quando una fonte controllata-rilasciato alcali è stata utilizzata, il valore del pH della soluzione sgommatura era stabile e in diminuzione con l'aumento del tasso di sostituzione (Figura 2A). La diminuzione del valore ORP era più lenta sotto il più alto tasso di sostituzione (Figura 2B). Gomma residua l'analisi ha rivelato che il rendimento delle gengive sgommatura e residui di fibra aumentato con il tasso di sostituzione; il tasso di sostituzione dovrebbe essere superiore al 60% per impedire l'adesione della fibra. (Figura 3). Il valore di DP, cristallinità e proprietà di trazione della fibra è aumentato con il tasso di sostituzione da 0% a 20%, ma è diminuito all'ulteriore aumento del tasso di sostituzione (Figura 4): questo si spiega con l'eccessiva quantità di gengive che sono state mantenute nella la fibra quando il tasso di sostituzione era oltre il 20%. Quando il tasso di sostituzione è stato fissato al 20%, il valore del pH della soluzione sgommatura era 11,8; e la tenacia, l'allungamento, rottura, valore di DP e il rendimento contenuto emicellulosa di fibra aumentato di 39,82%, 12.13%, 46.15%, 14,89% e 5%, rispettivamente (Figura 2, Figura 3, Figura 4). Inoltre, il valore di COD delle acque reflue sgommatura diminuito del 20% (Figura 5). Nei modelli di FTIR della fibra, i segnali nella regione di 3.400-2.800 cm-1 e il picco a 2.900 cm-1 erano dovuto la vibrazione d'allungamento della -CH e -OH in cellulosa e questi segnali ha esistito in tutti i campioni. Il picco del carbonile a 1.730-1.750 cm-1 è stato attribuito per il C = O stretching di C-OH piegatura di emicellulosa e questo segnale era più forte quando il tasso di sostituzione è stato inferiore, che ha indicato quel emicellulosa può essere rimosso più efficacemente sotto un basso tasso di sostituzione (Figura 6). Contenuto residuo di H2O2 aumentata di 3 g/L quando si utilizza l'origine controllata-rilasciato alcali; Tuttavia, il tasso di sostituzione non ha influenzato il residuo contenuto di H2O2 all'indirizzo (Figura 7). Quando la fonte di rilascio controllato alcali è stata utilizzata per la sgommatura della, la velocità di decomposizione di H2O2 era controllata dalla temperatura sgommatura. Nel periodo iniziale di sgommatura (0 a 60 min), degradazione di cellulosa raramente si è verificato, perché era coperto da gengive. Di conseguenza, era necessaria una grande quantità di radicali liberi e la temperatura dovrebbe essere fissata a 85 ° C. Dopo 60 min, la maggior parte delle gengive sono stati rimossi e la cellulosa è stato esposto alla soluzione sgommatura: la temperatura deve essere portata a 125 ° C per rallentare la velocità di reazione del radicale libero ed impedire la degradazione della cellulosa (tabella 1). Il confronto di ossidazione sgommatura (usando una fonte sostenibile alcali e NaOH) e di sgommatura tradizionale ha rivelato che fibra sgommata in sistema di perossido di idrogeno di alcali supportato dall'origine di rilascio controllato alcali raggiunto le migliori proprietà ( Tabella 2).

Figure 1
Figura 1. La solubilità di Mg(OH)2 in acqua distillata e sgommatura soluzione19. Mg(OH)2 ha mostrato maggiore solubilità in soluzione sgommatura rispetto che in acqua distillata, a causa dell'effetto sale di sgommatura ausiliari. Mg(Oh)2 si scioglie nella soluzione di sgommatura lentamente secondo le equazioni chimiche di inserto. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Nella figura 2. L'effetto del tasso di sostituzione di2 Mg(OH) su sgommatura proprietà soluzione. (A) il valore del pH della soluzione sgommatura. Quando Mg(OH)2 è stato utilizzato, il valore del pH della soluzione sgommatura era stabile e in diminuzione con l'aumento del tasso di sostituzione. (B) il valore ORP di sgommatura soluzione19. La velocità di diminuzione del valore di ORP era più lenta sotto il più alto valore di SR. SR = tasso di sostituzione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Nella figura 3. L'effetto del tasso di sostituzione di2 Mg(OH) su sgommatura gengive resa e residui di fibra. L'immagine di inserto Mostra topografie di fibra ramie degummed sotto Mg(OH)2 tassi di sostituzione di: (a) 0%, (b) 20%, 40% (c), (d) 60%, (e) 80%, (f) 100%19. Il rendimento delle gengive sgommatura e residui di fibra aumentato con tasso di sostituzione e tasso di sostituzione dovrebbe essere superiore al 60% per impedire l'adesione della fibra. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Nella figura 4. L'effetto del tasso di sostituzione di2 Mg(OH) su: (A), il DP valore e cristallinità della fibra; e (B) la trazione proprietà di fibra19. Valore di DP, cristallinità e proprietà di trazione della fibra è aumentato con SR da 0% a 20%, ma è diminuito con l'ulteriore aumento del tasso di sostituzione. Barre di errore rappresentano la deviazione standard dei dati da 30 test duplicati. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Nella figura 5. L'effetto del tasso di sostituzione di2 Mg(OH) il valore di COD di sgommatura delle acque reflue19. Il valore di COD di sgommatura delle acque reflue è diminuito con l'aumento del tasso di sostituzione. Barre di errore rappresentano la deviazione standard dei dati da 30 test duplicati. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 6
Nella figura 6. FTIR di fibra sgommata con i vari tassi di sostituzione di Mg(OH)219. I segnali nella regione di 3.400-2.800 cm-1 e il picco a 2.900 cm-1 erano dovuto la vibrazione d'allungamento della -CH e -OH in cellulosa; questi segnali erano presenti in tutti i campioni. Il picco del carbonile a 1.730-1.750 cm-1 è stato attribuito per il C = O stretching di C-OH flessione in emicellulosa; questi segnali sono stati più forti quando SR era più bassa, che ha indicato quel emicellulosa può essere rimosso più efficacemente sotto basso tasso di sostituzione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 7
Nella figura 7. Contenuto residuo di H2O2 nella sgommatura soluzione con vari tasso di sostituzione di Mg(OH)219. Residuo di H2O2 aumentato quando è stato utilizzato l'origine controllata-rilasciato alcali; Tuttavia, il tasso di sostituzione non ha avuto influenza sul contenuto residuo di H2O2 . SR = tasso di sostituzione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Temperatura Densità lineare (dtex) Tenacia (cN/dtex) Allungamento (%) Rottura (cN/dtex)
100 ° C 6.1 6.69 2.33 0.08
125 ° C 5.6 8.3 2,75 0,14

Tabella 1. Proprietà di trazione di fibre abrasive sotto vari temperatura nella seconda fase19. La fibra ha esibito meglio proprietà di trazione sotto alta temperatura abrasivo.

Ossidazione di sgommatura Sgommatura tradizionale
SR 20% SR 0%
Rendimento (%) 74,2 72.34 65
Tenacia (cN/dtex) 10.12 6,09 7,8
Allungamento (%) 2.72 2.39 2.43
Rottura (cN/dtex) 0.13 0.07 0.1
Valore PD 1980 1685 1732
Valore COD (mg/L) 23000 29000 29800

Tabella 2. Confronto di ossidazione sgommatura. Confronto di ossidazione sgommatura (usando fonte sostenibile alcali e NaOH) e fibra di ramiè19 sgommatura tradizionale. Fibra sgommata in un sistema di perossido di idrogeno di alcali supportato da una fonte di rilascio controllato alcali raggiunto le migliori proprietà. SR = tasso di sostituzione.

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Discussion

L'impostazione della temperatura di tasso e reazione di sostituzione del2 del Mg(OH) fu il punto chiave del presente protocollo. Tasso di sostituzione di2 mg(Oh) possa influenzare il valore del pH e quindi la capacità di ossidazione della soluzione sgommatura. Il miglior tasso di sostituzione di2 Mg(OH) per la sgommatura della ramia era 20%, perché la cellulosa non può ricevere una protezione sufficiente sotto un tasso di sostituzione inferiore al 20%, e una quantità eccessiva di residue gengive (basso valore di DP e cristallinità) sarebbe stata mantenuta in fibra sotto un tasso di sostituzione superiore al 20% (Figura 4A).

La temperatura di reazione possa influenzare il percorso di reazione del perossido di idrogeno. C'erano due reazioni parallele nella sgommatura ossidazione di ramiè: la prima è stata la reazione tra H2O2 e le gengive; la seconda è stata la reazione di H2O2 e cellulosa, che può causare danni alla cellulosa e diminuire così le proprietà di trazione di degummed fibra. L'aumento della temperatura può indurre l'accelerazione delle due reazioni (la velocità di reazione è aumentato da 2 o 4 volte, con aumento di temperatura a 10 ° C). La crescita della velocità di reazione per H2O2 e gengive era molto superiore di H2O2 e cellulosa, perché la sua energia di attivazione è superiore, che ha reso più sensibile alle variazioni di temperatura. Nel periodo iniziale di sgommatura (0 a 60 min), degradazione di cellulosa raramente si è verificato, perché era coperto da gengive. Di conseguenza, era necessaria una grande quantità di radicali liberi e la temperatura dovrebbe essere fissata a 85 ° C. Dopo 60 min, la maggior parte delle gengive sono stati rimossi e la cellulosa è stato esposto alla soluzione sgommatura; la temperatura dovrebbe essere portata a 125 ° C per rallentare la velocità di reazione del radicale libero ed impedire la degradazione della cellulosa (tabella 1).

La tecnologia del presente protocollo può essere esteso ad altri settori, quali l'estrazione, candeggio e modifica del materiale vegetale in sistema di perossido di idrogeno di alcali. La temperatura di Mg(OH)2 sostituzione tasso e la reazione deve essere impostata secondo le condizioni specifiche. Normalmente, il valore del pH e quindi la capacità di ossidazione dell'idrogeno di alcali perossido sistema diminuisce con l'aumentare del tasso di sostituzione. Quando la temperatura di reazione è impostata a 85° C, la reazione del radicale libero svolge il ruolo principale nel sistema e la capacità di forte ossidazione rende il sistema adatto per la dissoluzione del materiale; Quando la temperatura di reazione è stata fissata a 125 ° C, la reazione del radicale libero è stata inibita e una grande quantità di HOO ha esistito nel sistema, che rende il sistema adatto per candeggio19. La limitazione di questa tecnologia è che il valore del pH del sistema perossido di idrogeno può essere impostato solo a valori tra 10,0-12,0 quando viene utilizzata l'origine controllata-rilasciato alcali.

Abbiamo dimostrato un metodo per migliorare la proprietà di ossidazione degummed ramiè fibra utilizzando Mg(OH)2 come risorsa sostenibile alcali (tabella 2). Questa tecnologia è ora applicata nella fase pilota, e ci aspettiamo che questa tecnologia continuerà a svilupparsi.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Questo lavoro è stato supportato da finanziare lo stanziato per il sistema di ricerca di Cina l'agricoltura per Bast e colture di fibra foglia (concessione numero automobili-19), The Cina Accademia di scienze agrarie e progetto di innovazione tecnologica (concessione numero ASTIP-IBFC07), il fondo per l'innovazione per gli studenti laureati in università Donghua (concessione numero 16D 310107), il 'Xiaoping science and technology innovation team' (industrializzazione integrato gruppo R & D di bast fibra biologica sgommatura), Cina Scholarship Council.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Hydrogen peroxide, 30% Fisher Scientific H325-100 Chemical for degumming
Magnesium hydroxide, 99% Fisher Scientific AA1236722 Chemical for degumming
Sodium hydroxide Fisher Scientific S318-1 Chemical for degumming
Sodium bisulfite Fisher Scientific S654-500 Chemical for degumming
Sodium tripolyphosphate Fisher Scientific AC218675000 Chemical for degumming
Anthraquinone, >98% Fisher Scientific AC104930500 Chemical for degumming
1-Hydroxy Ethylidene-1,1-Diphosphonic Acid Fisher Scientific 50-901-10243 Chemical for degumming
Degumming oil Minglong auxiliaries limited liability company, Yiyang, Hunan,China —— Chemical for degumming
Ethyl alcohol Fisher Scientific A962-4 Chemical for testing
Benzene Fisher Scientific AA43817AE Chemical for testing
Copper wire,0.5mm (0.02in) dia Fisher Scientific AA10783H4 Chemical for testing
Cupriethylenediamine solution 1mol/L Fisher Scientific 24991 Chemical for testing, caution toxic
Nitric acid (65% ~68% ) Fisher Scientific A200-612GAL Chemical for testing, caution
Ethylenediamine Fisher Scientific AC118420100 Chemical for testing
Potassium permanganate Fisher Scientific P279-500 Chemical for testing
Sulphuric acid Fisher Scientific A300C-212 Chemical for testing
Silver sulfate Fisher Scientific S190-25 Chemical for testing
Raw ramie Guangyuan limited liability company, Changde, Hunan,China —— Raw materials
Electric-heated thermostatic water bath Senxin Experiment equipment limited liability company,Shanghai,China DK-S28 Equipments for degumming
High temperature lbaorator dyeing machine Shanghai Longda chemcials Crop. RY-1261 Equipments for degumming
Thermometer Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 100 °C Equipments for degumming
Vacuum suction machine Yukang KNET ,Shanghai,China SHB-IIIA Equipments for testing Mg(OH)2 solublity
Suction flask Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 1000mL Equipments for testing Mg(OH)2 solublity
Sand-core funnels Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 35mL Equipments for testing Mg(OH)2 solublity
Oxidation reduction potential meter Dapu instrument, Shanghai, China MODEL 421 Equipments for testing ORP value
pH meter Hanna instruments,Beijing,China HI 98129 Equipments for testing pH value
Acid burette Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 50mL Equipments for testing H2O2 content
Flask Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 250 mL/500 mL Equipments for testing H2O2 content;  residual gums content
Electric furnace Jiangyi Experiment instruments limited liability company,Shanghai,China 800-2000W Equipments for testing residual gums content
Reflux condensing tube Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 250mL Equipments for testing residual gums content; COD value
Fiber cutter (40mm) Changzhou No.2 Textile Machine Co.,Ltd Y171A Equipments for testing fiber density
Ostwald viscometer Taizhou, jiaojiang, glass instruments company 0.6mm Equipments for testing fiber PD value
Spherical fat extractor Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 250mL Equipments for testing fiber PD value
Soxhlet extractor Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 250mL Equipments for testing fiber PD value
Torsion balance Liangping instrucments Co.,Ltd,Shanghai, China JN-B Equipments for testing fiber density
Fiber strength instrument Xinxian instruments, shanghai,China XQ-2 Equipments for testing fiber tensile property
Tension clamp Depu textile technology Co.,Ltd, Changzhou, jiangsu, China 0.3cN/dtex Equipments for testing fiber tensile property
COD thermostatic heater Qiangdao Xuyu environment protection technology Lit company DL-801A Equipments for testing COD value
FTIR Thermo Fisher, America Nicolet FTIR analysis
XRD Rigaku, Japan D/max-2550 PC XRD analysis
Electronic balance Shanghai jingtian Electronic instrument Co.,Ltd FA2004A Generral equipments
Drying oven Tonglixinda  instruments, Tianjin,China 101-2AS Generral equipments
Weighing bottle Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 50x30 Generral equipments
Beaker Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 500mL Generral equipments
Sample sieve Xiaojin hardware instruments Co.,Ltd, Shangyu, Zhejiang 120 mesh Generral equipments
Glass rod Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd —— Generral equipments
Cylinder Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 250mL, 50mL Generral equipments
Pipette Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd 5mL, 10mL Generral equipments
Rubber suction bulb Sichuan Shubo (group)Co.,Ltd —— Generral equipments
Orign OriginLab 8.0 Software for figure drawing

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References

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Chimica problema 132 fibra Ramie ossidazione sgommatura fonte di rilascio prolungato alcali Mg(OH)2 proprietà a trazione pH della soluzione sgommatura valore COD
Estrazione della fibra Ramie nel sistema di perossido di idrogeno di alcali supportato dall'origine di rilascio controllato alcali
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Meng, C., Li, Z., Wang, C., Yu, C., Bi, X., Wang, S. Extraction of Ramie Fiber in Alkali Hydrogen Peroxide System Supported by Controlled-release Alkali Source. J. Vis. Exp. (132), e56461, doi:10.3791/56461 (2018).

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