一种莲纤维复合水刺布的制备方法及应用 |
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| 申请号 | CN202210304983.2 | 申请日 | 2022-03-25 | 公开(公告)号 | CN116837544A | 公开(公告)日 | 2023-10-03 |
| 申请人 | 东华大学; | 发明人 | 王洪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种莲 纤维 复合 水 刺布的制备方法及应用。所述制备方法包括如下步骤：S1.将底层面料退卷到接收网帘表面；S2.将莲纤维组织制备的 浆液 涂布在所述底层面料的表面，调整网帘抽吸压 力 ，滤除浆液中水分，得到莲纤维网和底层面料的复合层；S3.将复合层送入 水刺 机中进行水刺；S4.经过水刺后的纤维网干燥、卷绕成卷，即得莲纤维复合水刺布。相较于传统的将莲纤维进行提取后分离获取的方法，本发明从莲杆中得到莲纤维组织后打浆获得浆液，浆液涂布于底层面料的表面并水刺处理得到复合水刺布。简化了操作工艺的同时，保证了复合水刺布的强度，并能发挥莲杆自身的保健功效，有利于作为面膜基布、衣物、床上用品、擦拭布等和人 皮肤 直接 接触 的面料。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种莲纤维复合水刺布的制备方法，其特征在于，采用如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种莲纤维复合水刺布的制备方法及应用技术领域背景技术[0002] 我国的莲藕种植面积广阔，主要以收获莲藕和莲子为主，每年有上千万吨的莲杆被随意扔弃，枯萎腐烂。从莲杆中提取莲纤维可以将废弃的莲杆资源开发利用，为莲种植者及地区带来可观的经济效益和社会效益。同时莲纤维作为一种天然的植物纤维，含有抗菌和保健的生物活性成分，对人体有益。莲纤维从莲杆中获得，绿色环保、工业污染小，且容易生物降解，是非常理想的纤维材料。 [0003] 直接从莲杆中人工抽取莲纤维的收率非常低，有记载称每生产一米的莲纤维布料，需要35000根新鲜的荷叶茎。织造一件袈裟，需要十几个女工工作一个月的时间。莲杆主要由纤维素、木质素、半纤维素、果胶和少量蜡质及蛋白质组成，通过脱胶的方法也可以制取莲纤维。目前在脱胶处理中，通常需要进行酸碱处理。CN110670146A的一种制备莲杆纤维的方法，按照以下步骤实施：步骤1、对莲杆进行预处理；步骤2、对经过预处理的莲杆进行碱处理；步骤3、对经过碱处理的莲杆进行酸处理；步骤4、对经过酸处理的莲杆进行脱胶漂白处理；步骤5、对经过步骤4处理的莲杆进行机械打击、水洗、脱水、给油、干燥后得到莲杆纤维。在制备莲杆纤维的过程中进行了强碱和强酸的处理，虽然可以得到脱胶的目的，但是强酸和强碱不可避免的会使莲杆中有效成分如黄酮类和生物碱类物质损失，使莲纤维制品的抗菌、保健等功效大打折扣。化学试剂的使用污染环境，也会影响生产工人的健康和腐蚀机器设备。而且整个工艺复杂，莲纤维的获得率较低，不利于工业化大规模生产。此外，由脱胶方法制取的莲纤维自身强度低的性质，大大限制了其应用。目前有关莲纤维的应用方面报道较少，如何将莲纤维制备成纤维制品也是需要攻克的难题。 发明内容[0004] 有鉴于此，本发明旨在提出一种莲纤维复合水刺布的制备方法及应用，无需使用酸碱处理，反应条件更温和，减少化学制剂对莲杆自身有益成分的破坏，同时无需将莲纤维特意分离出来，提高了效率。 [0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的： [0006] 一方面，本发明提出一种莲纤维复合水刺布的制备方法，采用如下步骤： [0007] S1.将底层面料退卷到湿法成网设备的接收网帘表面； [0008] S2.将莲纤维组织制备的浆液涂布在所述底层面料的表面，调整网帘抽吸压力，滤除所述浆液中水分使在底层面料上形成莲纤维网，通过控制网帘速度和面料的单位面积质量，得到莲纤维网和底层面料重量比例为1:4‑10的复合层； [0009] S3.将所述步骤S2得到的复合层送入水刺机中进行水刺； [0010] S4.经过水刺后的纤维网进行干燥，待干燥完成后卷绕成卷，即得莲纤维复合水刺布。 [0011] 在步骤S2中，莲纤维组织形成以水为载体的浆液，并在水中分散，经脱水后在底层面料上沉积形成了莲纤维网。通过控制网帘速度和抽吸压力参数，能控制莲纤维网的面密度。需要说明的是，鉴于退卷操作以及调整网帘抽吸压力，滤除水分为现有技术，在此不在进行赘述。 [0012] 进一步的，步骤S2中所述莲纤维组织制备的浆液包括如下步骤： [0013] S21.将莲杆切断成4‑7cm的小段后放入清水中，于80‑95℃煮1‑1.5h，同时进行搅拌； [0014] S22.将经步骤S21处理后的莲杆捞出，反复捶打，使莲纤维组织与莲杆的外皮分离； [0015] S23.用60‑75℃的热水以1：8‑10浴比水洗10‑15min，去除莲杆的外皮； [0016] S24.配制木聚糖酶和果胶酶的复合溶液10‑15g/L，并调节pH至9.0‑10.5，将步骤S23处理后的物料放入所述复合溶液中进行加热搅拌； [0017] S25.停止加热搅拌后，倒入PFI打浆机中进行打浆处理； [0018] S26.将打浆处理后的料液进行解离，筛除细度大于100微米的粗纤维，获得莲纤维组织制备的浆液。 [0019] 木聚糖酶能溶解与木质素连接的半纤维素，有利于木质素的溶出，实现木质素与纤维素、半纤维素的分离，并使纤维变得更柔软。加入木聚糖酶，还可以在打浆的同时保护纤维素不被破坏。碱性果胶酶能使果胶质脱除。通过木聚糖酶和碱性果胶酶联用对莲纤维进行脱胶，并减少对打浆的干扰。 [0020] 进一步的，步骤S1中，所述底层面料选自纯棉水刺布、粘胶纤维水刺布中的至少一种。 [0021] 进一步的，步骤S3中，所述复合层送入水刺机中进行正反各两道水刺，正面采用第一道和第二道水刺，反面采用第三道和第四道水刺，第一道水刺压力为40‑50bar，第二道和第三道水刺压力为130‑140bar，第四道水刺压力为40‑50bar。通过水刺处理及合适的水刺压力，在不添加化学助剂的情况下，提高成网材料的强度。 [0022] 进一步的，步骤S24中，所述木聚糖酶和果胶酶的质量比为1:1。 [0023] 进一步的，步骤S24中，所述物料和复合溶液的重量比为1：8‑10。 [0024] 进一步的，步骤S24中，在40‑60℃条件下加热搅拌0.5‑1h。 [0025] 进一步的，步骤S25中，所述打浆的转速为400‑600r/min，打浆时间为0.5‑1h。 [0026] 进一步的，步骤S26中，所述莲纤维组织制备的浆液中莲纤维的长度为8‑12mm，细度为24‑28μm。 [0027] 另一发明，本发明还提出一种莲纤维复合水刺布的制备方法制备的莲纤维复合水刺布在面膜基布、衣物、床上用品、擦拭布中的应用。 [0028] 相对于现有技术，本发明所述的一种莲纤维复合水刺布的制备方法及应用具有以下优势： [0029] (1)本发明从莲杆中获得莲纤维组织，但是无需将莲纤维单独分离拿出，而是将莲纤维组织制备成浆液，减化了操作步骤，克服了莲纤维收率较低、能耗高、单独分离获得繁琐的问题，有利于工业化大规模生产应用。 [0030] (2)本发明在复合水刺布中加入莲纤维组织，利用了莲杆自身含有的如黄酮类、生物碱类物质、对人健康有益的多种氨基酸和微量元素发挥保健功效，不仅合理利用莲杆资源，减少浪费，而且提高了复合水刺布的功能。 [0031] (3)本发明通过温和的酶处理进行脱胶，减少化学制剂强酸强碱的使用，且有利于减少酸碱处理对莲杆中有益物质的破坏。酶脱胶辅以打浆技术，提高莲纤维中纤维素纤维的含量，并制备得到各项性能参数较好的产品。 [0032] (4)本发明方案将莲纤维组织制备成浆液并涂布于底层面料上，然后借助于水刺的作用，使浆液中含有的纤维与纤维之间、浆液中含有的纤维和底层面料之间相互缠结在一起，使得制备的复合水刺布具备一定的强力。通过水刺加固作用增强复合水刺布的强力，避免使用化合粘合剂来增加强力，使复合水刺布更加绿色环保，更适宜于人贴身使用。同时在高的水刺压力作用下，浆液中的莲纤维组织能更进一步细化开纤。附图说明 [0033] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： [0034] 图1为本发明实施例1所述的莲纤维复合水刺布的扫描电镜图。 具体实施方式[0035] 下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。首先应说明的是，下述实验例中的数据是由发明人通过大量实验获得，限于篇幅，在说明书中只展示其中的一部分，且本领域普通技术人员可以在此数据下理解并实施本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些改动或修改同样落于本申请所保护的范围。 [0036] 实施例1 [0037] 将莲杆清洗干净并切断成4‑7cm的小段后放入清水中，于80℃温度下煮1h，同时进行搅拌；然后将莲杆捞出，反复捶打使莲纤维组织与莲杆的外皮分离；用60℃的水以1:8浴比水洗10min以去除莲杆的外皮。 [0038] 将木聚糖酶和果胶酶按照1:1的质量比加入水中配制成10g/L的复合溶液，并调节pH至9.0，将水洗后所得的物料和复合溶液按照质量比为1:8进行混合，并进行加热搅拌0.5h，加热温度为40℃；停止加热搅拌后，送入PFI打浆机中进行打浆处理；将打浆处理后的料液进行解离，筛除细度大于100微米的粗纤维，得到莲纤维组织制备的浆液，打浆时的转速为400r/min，打浆时间为0.5h。浆液中莲纤维的长度为12mm，细度为28μm。 [0039] 将单位面积质量为40g/m2的纯棉水刺布退卷到湿法成网设备的接收网帘表面；将上述莲纤维组织制备的浆液涂布在纯棉水刺布的表面，调整网帘抽吸压力，滤除所述浆液中的水分使在底层的纯棉水刺布上形成莲纤维网，通过控制网帘速度和面料的单位面积质量，得到莲纤维网和纯棉水刺布重量比例为1:10的复合层，并送入水刺机中进行正反各两道水刺，正面采用第一道和第二道水刺，反面采用第三道和第四道水刺，第一道水刺压力为40bar，第二道和第三道水刺压力为130bar，第四道水刺压力为50bar。将水刺完成后的纤维网进行干燥，然后卷绕成卷，得到莲纤维复合水刺布。 [0040] 实施例2 [0041] 将莲杆清洗干净并切断成4‑7cm的小段后放入清水中，于95℃温度下煮1.5h，同时进行搅拌；然后将莲杆捞出，反复捶打使莲纤维组织与莲杆的外皮分离；用75℃的水以1:10浴比水洗15min以去除莲杆的外皮。 [0042] 将木聚糖酶和果胶酶按照1:1的质量比加入水中配制成15g/L的复合溶液，并调节pH至10.5，将水洗后所得的物料和复合溶液按照质量比为1:10进行混合，并进行加热搅拌1h，加热温度为60℃；停止加热搅拌后，送入PFI打浆机中进行打浆处理；将打浆处理后的料液进行解离，筛除细度大于100微米的粗纤维，得到莲纤维组织制备的浆液，打浆时的转速为600r/min，打浆时间为1h。浆液中莲纤维的长度为8mm，细度为24μm。 [0043] 将单位面积质量为40g/m2的纯棉水刺布退卷到湿法成网设备的接收网帘表面；将上述莲纤维组织制备的浆液涂布在纯棉水刺布的表面，调整网帘抽吸压力，滤除所述浆液中的水分使在底层的纯棉水刺布上形成莲纤维网，通过控制网帘速度和面料的单位面积质量，得到莲纤维网和纯棉水刺布重量比例为1:4的复合层，并送入水刺机中进行正反各两道水刺，正面采用第一道和第二道水刺，反面采用第三道和第四道水刺，第一道水刺压力为50bar，第二道和第三道水刺压力为140bar，第四道水刺压力为50bar。将水刺完成后的纤维网进行干燥，然后卷绕成卷，得到莲纤维复合水刺布。 [0044] 实施例3 [0045] 将莲杆清洗干净并切断成4‑7cm的小段后放入清水中，于90℃温度下煮1h，同时进行搅拌；然后将莲杆捞出，反复捶打使莲纤维组织与莲杆的外皮分离；用70℃的水以1:9浴比水洗13min以去除莲杆的外皮。 [0046] 将木聚糖酶和果胶酶按照1:1的质量比加入水中配制成12g/L的复合溶液，并调节pH至10.0，将水洗后所得的物料和复合溶液按照质量比为1:9进行混合，并进行加热搅拌40min，加热温度为50℃；停止加热搅拌后，送入PFI打浆机中进行打浆处理；将打浆处理后的料液进行解离，筛除细度大于100微米的粗纤维，得到莲纤维组织制备的浆液，打浆时的转速为500r/min，打浆时间为50min。浆液中莲纤维的长度为10mm，细度为26μm。 [0047] 将单位面积质量为45g/m2的粘胶纤维水刺布退卷到湿法成网设备的接收网帘表面；将上述莲纤维组织制备的浆液涂布在粘胶纤维水刺布的表面，调整网帘抽吸压力，滤除所述浆液中的水分使在底层的粘胶纤维水刺布上形成莲纤维网，通过控制网帘速度和面料的单位面积质量，得到莲纤维网和粘胶纤维水刺布重量比例为1:8的复合层，并送入水刺机中进行正反各两道水刺，正面采用第一道和第二道水刺，反面采用第三道和第四道水刺，第一道水刺压力为40bar，第二道水刺压力为140bar，第三道水刺压力为130bar，第四道水刺压力为45bar。将水刺完成后的纤维网进行干燥，然后卷绕成卷，得到莲纤维复合水刺布。 [0048] 实施例4 [0049] 将莲杆清洗干净并切断成4‑7cm的小段后放入清水中，于85℃温度下煮80min，同时进行搅拌；然后将莲杆捞出，反复捶打使莲纤维组织与莲杆的外皮分离；用65℃的水以1:9浴比水洗12min以去除莲杆的外皮。 [0050] 将木聚糖酶和果胶酶按照1:1的质量比加入水中配制成13g/L的复合溶液，并调节pH至9.8，将水洗后所得的物料和复合溶液按照质量比为1:10进行混合，并进行加热搅拌1h，加热温度为45℃；停止加热搅拌后送入PFI打浆机中进行打浆处理；将打浆处理后的料液进行解离，筛除细度大于100微米的粗纤维，得到莲纤维组织制备的浆液，打浆时的转速为500r/min，打浆时间为1h。浆液中莲纤维的长度为10mm，细度为27μm。 [0051] 将单位面积质量为45g/m2的粘胶纤维水刺布退卷到湿法成网设备的接收网帘表面；将上述莲纤维组织制备的浆液涂布在粘胶纤维水刺布的表面，调整网帘抽吸压力，滤除所述浆液中水分使在底层的粘胶纤维水刺布上形成莲纤维网，通过控制网帘速度和面料的单位面积质量，得到莲纤维网和粘胶纤维水刺布重量比例为1:6的复合层，并送入水刺机中进行正反各两道水刺，正面采用第一道和第二道水刺，反面采用第三道和第四道水刺，第一道水刺压力为45bar，第二道和第三道水刺压力为135bar，第四道水刺压力为45bar。将水刺完成后的纤维网进行干燥，然后卷绕成卷，得到莲纤维复合水刺布。 [0052] 实施例1‑4制备的复合水刺布可以制备面膜基布、擦拭布、贴身内衣、袜子、床单和被罩等。 [0053] 将采用本发明实施例1‑4方法制备的莲纤维复合水刺布采用扫描电镜进行观察。以实施例1样品的电镜图片为例进行说明，详见图1，可以观察到多根带状结构的莲纤维，莲纤维表面较光滑。说明采用本发明的方法可以最终获得具有莲纤维的复合水刺布。将莲纤维加入到面料中，可以发挥莲杆的抗菌、防霉和保健等功效，适宜作为人体贴身面料。 [0054] 对比例1 [0055] 采用CN111876896A中实施例1方法制备的莲丝面膜基布。 [0056] 对比例2 [0057] 对比例2的制备方法同实施例1，区别之处在于仅加入果胶酶，不加入木聚糖酶。即将果胶酶加入水中配制成10g/L的复合溶液，并调节pH至9.0，将水洗后所得的物料和复合溶液按照质量比为1:8进行混合，并进行加热搅拌0.5h，加热温度为40℃；停止加热搅拌后，送入PFI打浆机中进行打浆处理；将打浆处理后的料液进行解离，筛除细度大于100微米的粗纤维，得到莲纤维组织制备的浆液，打浆时的转速为400r/min，打浆时间为0.5h。 [0058] 木聚糖酶能保护纤维素不被破坏，并有助于莲纤维脱胶。对比例2由于不加入木聚糖酶，纤维不能有效解离，在打浆后粗纤维数量较多，因此在筛除细度大于100微米的粗纤维时，筛除掉的粗纤维较多，多于实施例1‑4筛除掉的粗纤维。粗纤维的数量较多，对应留存的符合使用要求的细纤维较少，造成了资源的浪费。经过水刺得到的复合水刺布，实施例1‑4的复合水刺布表面更柔软，但是对比例2得到的复合水刺布表面粗糙。推测可能是由于加入了木聚糖酶和果胶酶，在酶的作用下木质素、半纤维素、果胶等被酶解，使纤维的比表面积增大，水分更容易进入纤维内部促进纤维的吸水润涨，提高打浆的效果，使浆液中的纤维分布更均匀。并借助于打浆的机械作用力，纤维进一步解离，细小纤维更容易脱落，促进莲纤维组织浆液中纤维的细纤维化。最终得到的复合水刺布也较为柔软。 [0059] 性能检测 [0060] 将实施例1‑4和对比例1制备的水刺布进行机械强度检测，具体结果如表1所示。其中机械强度的检测根据GB/T 24218.3‑2010纺织品非织造布试验方法中第3部分：断裂强度和断裂伸长率的测定(条样法)。 [0061] 表1 [0062]组号 断裂强度(N) 断裂伸长率(％) 实施例1 45 40 实施例2 48 38 实施例3 55 35 实施例4 58 32 对比例1 4 5 对比例2 35 30 [0063] 通过表1可知：采用本发明方法制备的一种莲纤维复合水刺布，具有较高的强力和伸长率，能够满足其作为面膜基布、擦拭布、贴身内衣、袜子、床单和被罩的要求。为莲纤维的实际应用提供了一种新的思路，解决了长久以来纺织行业面临的莲纤维强力太小、实际应用受限的问题。采用本发明方法获得的复合水刺布，除了利用了底层面料的强度外，通过打浆处理莲纤维组织，加深纤维的原纤化程度，使得最终制得的水刺布内纤维的交织更紧密，提高水刺布的强度。对比例1制备的莲丝面膜基布，断裂强度为4N，强力较小、脆性大，应用范围局限。由于强力和伸长率都很小，作为面膜基布时给面膜的裁切和使用都带来非常大的困难。且莲纤维的收率较低，需要耗费大量的材料。 [0064] 将实施例1‑4和对比例1制备的水刺布进行吸水倍率和手感的检测，具体数据详见表2。其中吸水倍率采用GB/T 24218.6‑2010纺织品非织造布试验方法中第6部分：吸收性的测定进行检测。 [0065] 表2 [0066] 组号 吸水倍率(倍) 手感实施例1 10.8 柔软 实施例2 12.0 柔软 实施例3 10.5 柔软 实施例4 11.8 柔软 对比例2 8.3 略有粗糙 [0067] 液体吸收量(即本发明中所述的吸水倍率)是面膜基布重要的技术指标，通过表2可知，采用本发明实施例1‑4方法制备的莲纤维复合水刺布手感柔软，且吸水倍率达到10.8‑12.0倍，高于常规要求的7倍。而采用对比例1方法制备的莲丝面膜基布无法评价该性能。采用本发明方法制备的莲纤维复合水刺布能提高吸水倍率，和人体接触时更贴肤，提升使用者的使用舒适度。作为面膜基布时，能负载较多的面膜液，延长贴覆时间。作为擦拭布、贴身内衣、袜子、床单和被罩等时，和人体皮肤接触更亲肤柔软，减缓人体皮肤的干燥。 [0068] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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