一种利用臭氧去除麻纤维木质素的方法技术领域
本发明涉及一种利用臭氧去除麻纤维木质素的方法，属于纤维素技术领域。
背景技术
在纺织造纸行业中的纤维素用量每年达800万吨，用于纺织浆料，再生纤维等。纤
维素也加工成膳食纤维素药物，用于润肠通便，排除体内积毒，分解脂肪，有助于人体正常
的生理活动。同时纤维素加工产物如：硝酸酯，醋酸酯等酯类衍生物，甲基纤维素，乙基纤维
素，羧甲基纤维素等醚类衍生物还广泛应用在石油，日化，合成洗涤，电子，涂料，建筑建材，
塑料，炸药，科研等方面。
在麻纤维中，木质素作为一种有色杂质，其存在会严重影响麻产品的各项物理，化
学性能。故在麻纤维的加工过程中，木质素通常会通过各种方式去除。
木质素是复杂和芳香族聚合物，其结构复杂，一般认为木质素由香豆醇，松柏醇，
5-羟基松柏醇，芥子醇这四种醇单体形成。由于不同植物中组成木质素的四种醇单体含量
的差异，又可以将木质素分为三大类：紫丁香基木质素，愈创木基木质素，对羟基-苯基木质
素。
麻纤维木质素的去除方式有浓碱去除、氧化剂去除、萃取去除、酶法去除。其中浓
碱去除是利用浓碱液和其他助剂的作用，使纤维溶胀膨化，在机械振动下木质素得以脱落。
但因为木质素本身的疏水性，和它与其他杂质处于一种紧密的共生状态，浓碱对木质素去
除效果较差。已有报道的氧化去除是利用次氯酸钠、亚氯酸钠和双氧水。萃取去除指利用醇
或某些超临界物质做反应萃取溶剂而达到萃取，去除木质素的目的。酶法去除指利用微生
物合成的某些氧化酶类处理麻纤维，在适宜的处理条件下，能够一定程度上去除木质素。
目前的氧化剂去除，主要使用亚氯酸钠，次氯酸和过氧化氢来对麻纤维进行脱木
质素处理。对于不同麻纤维，处理工艺有所不同，下面以亚麻纤维处理工艺为例。使用次氯
酸钠的去除工艺：浸轧漂液(含1-3g/L有效率)——室温堆置40-60min——水洗——酸洗
(硫酸1-3g/L)——堆置15-30min——充分水洗。使用亚氯酸钠去除工艺：浸轧漂液(亚氯酸
钠溶度为12-25g/L，pH值为4-5)——气蒸(100℃，45-60min)——充分水洗——烘干。使用
双氧水去除工艺：浸轧漂液(过氧化氢溶度2-3g/L，pH值为10-11)——气蒸(95-100℃，60-
90min)——充分水洗——烘干。然而，这些方法存在需要强酸强碱、高温等缺陷，而且处理
过程中易易分解产生二氧化氯或氯气、严重损害工作人员健康，试剂对设备腐蚀严重，能耗
高，需大量助剂和水等问题。
发明内容
为了解决现有麻纤维的木质素去除工艺存在的高能耗、高用水量、高污染、高排放
以及人员、设备保护问题，本发明提供了一种更合适的麻纤维的木质素去除方法。
本发明的麻纤维的木质素去除方法，可以用于包括黄麻、大麻、亚麻、苎麻、罗布麻
等麻纤维，通过将麻纤维浸泡于含臭氧的水溶液中，并不断向其中补充臭氧，麻纤维上的木
质素会被臭氧氧化降解，生成小分子物质而溶解去除。反应后的麻纤维再经过充分水洗和
机械搅动，麻纤维上未稳定结合的木质素进一步被洗脱下来，达到良好的去除木质素的效
果。
本发明的利用臭氧对麻纤维进行处理以去除麻纤维木质素的方法，包括如下步
骤：
(1)臭氧控制：控制臭氧混合气体进气速率为1-200L/min，臭氧产率为5-1000g/h；
并将其通入水中产生含臭氧浓度为1-10mg/L的水溶液；
(2)润湿过程：将待麻纤维浸没水中，彻底润湿；
(3)去除过程：将润湿后的麻纤维浸没于含臭氧的水溶液中，不断搅拌，反应pH＝
3-4.5，反应时间120-180min，反应温度10-20℃，浴比1:5-1:20；
(4)后处理过程：处理完成后取出麻纤维，在搅拌下充分处理，烘干。
在本发明的一种实施方式中，所述麻纤维包括亚麻，大麻，苎麻，黄麻等麻类纤维。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)的去除过程可以是连续进布或者间歇
进布。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(4)是先用50-60℃热水洗，再用冷水洗，烘
干。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(4)是先将经过臭氧处理的麻纤维浸渍到
自由基清除剂溶液中处理一段时间，然后将经过净洗的麻纤维浸渍到热水中处理一段时
间，最后再冷水洗，烘干。
利用自由基清除剂对经臭氧处理的麻纤维进行净洗处理，去除麻纤维上残留的羟
基自由基、活性氧原子等，防止了麻纤维上残留的羟基自由基、活性氧原子等导致纤维在以
后存储过程中发生脆损和泛黄和纤维力学性能降低。
在本发明的一种实施方式中，所述自由基清除剂为油溶性抗氧剂的链状的没食子
酸烷醇酯、带有环状结构的没食子酸环烷醇酯、带有芳香结构的没食子酸芳醇酯、水溶性的
没食子酸胺基酯等。
在本发明的一种实施方式中，所述自由基清除剂为没食子酸胺基酯。
在本发明的一种实施方式中，所述没食子酸胺基酯的结构式(1)如下：
其中R为或者
在本发明的一种实施方式中，所述自由基清除剂的浓度为1-5％(m/v)。
在本发明的一种实施方式中，所述反应的时间为10-30min。
在本发明的一种实施方式中，所述热水的温度为40-60℃。
在本发明的一种实施方式中，所述方法具体是：
(1)臭氧控制：产生的臭氧被持续通入反应器水溶液中，形成臭氧浓度为1-10mg/L
的臭氧水；
(2)润湿过程：将待漂白布样浸没水中，彻底润湿；
(3)去除过程：将润湿后的麻纤维以连续或间歇的方式输入到反应器内的臭氧水
中，反应pH＝3-4.5，反应时间120-180min，反应温度10-20℃，浴比1:5-1:20；
(4)后处理过程：经过臭氧处理的麻纤维浸渍到浓度为1-5％的自由基清除剂溶液
中，保持浸渍10-30min；将经过净洗的麻纤维置于40-60℃的热水中，保持接触一定时间，然
后再将麻纤维置于冷水浴中，充分洗涤麻纤维；将以上经过洗涤的麻纤维置于一定温度的
烘箱中，放置一定时间。
在本发明的一种实施方式中，所述烘干是在60-80℃下进行。
本发明还提供按照上述方法得到的麻纤维，以及麻纤维的应用。
在本发明的一种实施方式中，所述应用，是用于制备纺织浆料、再生纤维、膳食纤
维素、酯类衍生物、醚类衍生物等。
在本发明的一种实施方式中，所述应用，包括应用在石油，日化，合成洗涤，电子，
涂料，建筑建材，塑料，炸药，科研等方面。
本发明的优点和效果：
(1)本发明利用高的氧化还原性质的臭氧进行麻纤维的木质素去除。本发明方法
对人体伤害小，对人员的人身保护要求低；用水量少；可在中性条件下进行，对设备要求低；
可在常温下进行，所需能耗低；不需要使用额外化学试剂；处理所需时间短。
(2)本发明方法处理后的麻纤维，木质素去除率高达85％。
(3)本发明还通过经过臭氧处理的麻纤维进行特殊的自由基清除剂溶液净洗处
理，去除麻纤维上残留的羟基自由基、活性氧原子等，有效减少纤维基团变化和结构性损
伤，减了了麻纤维在后续放置过程中的聚合度强力变化。
具体实施方案
带液率：带液率＝(浸轧溶液后麻纤维质量-浸轧溶液前麻纤维质量)/浸轧溶液前
麻纤维质量。
聚合度(DP)(Degree of Polymerization)：衡量聚合物分子大小的指标。以重复
单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值，以n表示；以结构单元数
为基准，即聚合物大分子链上所含单个结构单元数目。
木质素含量检测方法：klason法。通过72％硫酸室温预先处理木质素2h，再稀释至
5％煮沸处理4小时，最后过滤洗涤得到酸不溶性木质素。
下面是对本发明进行具体描述。
实施例1：麻纤维的臭氧去除木质素处理
采用以下方法利用臭氧去除麻纤维中木质素：
(1)臭氧控制：控制臭氧混合气体进气速率为10L/min，臭氧产率为200g/h；产生的
臭氧被持续通入反应器水溶液中，形成浓度8mg/L臭氧水；
(2)润湿过程：将待麻纤维浸没水中，彻底润湿；
(3)去除过程：将润湿后的麻纤维浸没于含臭氧的水溶液中，不断搅拌，反应pH＝
4，反应时间为150min，反应温度为16℃，浴比1:10；
(4)后处理过程：处理完成后取出麻纤维，在搅拌下，先用50-60℃热水洗，再用冷
水洗，烘干。
按本方法处理的麻纤维，木质素去除率达85％。
实施例2：麻纤维的臭氧去除木质素处理
采用以下方法利用臭氧去除麻纤维中木质素：
(1)臭氧控制：控制臭氧混合气体进气速率为10L/min，臭氧产率为200g/h；产生的
臭氧被持续通入反应器水溶液中，形成浓度10mg/L臭氧水；
(2)润湿过程：将待麻纤维浸没水中，彻底润湿；
(3)去除过程：将润湿后的麻纤维浸没于含臭氧的水溶液中，不断搅拌，反应pH＝
3.5，反应时间为120min，反应温度为10℃，浴比1:5；
(4)后处理过程：处理完成后取出麻纤维，在搅拌下，先用50-60℃热水洗，再用冷
水洗，烘干。
按本方法处理的麻纤维，木质素去除率达82％。
实施例3：麻纤维的臭氧去除木质素处理
采用以下方法利用臭氧去除麻纤维中木质素：
(1)臭氧控制：控制臭氧混合气体进气速率为10L/min，臭氧产率为200g/h；产生的
臭氧被持续通入反应器水溶液中，形成浓度5mg/L臭氧水；
(2)润湿过程：将待麻纤维浸没水中，彻底润湿；
(3)去除过程：将润湿后的麻纤维浸没于含臭氧的水溶液中，不断搅拌，反应pH＝
4.2，反应时间为180min，反应温度为18℃，浴比1:20；
(4)后处理过程：处理完成后取出麻纤维，在搅拌下，先用50-60℃热水洗，再用冷
水洗，烘干。
按本方法处理的麻纤维，木质素去除率达82％。
实施例4：
分别采用以下方法对经实施例1的步骤(1)、(2)、(3)处理的麻纤维进行后处理：
方案1：
经过臭氧处理的麻纤维浸渍到3％的自由基清除剂溶液中，保持浸渍20min。将经
过净洗的麻纤维置于一定温度50℃的热水中，保持接触一定时间，然后再将麻纤维置于冷
水浴中，充分洗涤麻纤维。将以上经过洗涤的麻纤维置于一定温度70℃的烘箱中，放置一定
时间3h。
其中自由基清除剂分别实验了：没食子酸环烷醇酯、没食子酸胺基酯A、没食子酸
胺基酯B、没食子酸胺基酯C；其中没食子酸胺基酯结构式如式(1)，A、B、C的R基团分别为
方案2：
(1)经过臭氧处理的麻纤维浸渍到3％的亚硫酸氢钠溶液中，保持浸渍20min。
(2)将经过净洗的麻纤维置于50℃的热水中，保持接触一定时间，然后再将麻纤维
置于冷水浴中，充分洗涤麻纤维。
(3)将以上经过洗涤的麻纤维置于70℃的烘箱中，放置一定时间3h。
方案3：
(1)经过臭氧处理的麻纤维浸渍到3％的过氧化氢酶溶液中，保持浸渍20min。
(2)将经过净洗的麻纤维置于50℃的热水中，保持接触一定时间，然后再将麻纤维
置于冷水浴中，充分洗涤麻纤维。
(3)将以上经过洗涤的麻纤维置于70℃的烘箱中，放置一定时间3h。
方案4：
(1)将经过臭氧处理的麻纤维置于50℃的热水中，保持接触一定时间，然后再将麻
纤维置于冷水浴中，充分洗涤麻纤维。
(2)将以上经过洗涤的麻纤维置于70℃的烘箱中，放置一定时间3h。
实施例5
采用以下方法对经实施例1的步骤(1)、(2)、(3)处理的麻纤维进行后处理：
经过臭氧处理的麻纤维浸渍到浓度为1％的没食子酸胺基酯A溶液中，保持浸渍
30min；将经过净洗的麻纤维置于60℃的热水中，保持接触一定时间，然后再将麻纤维置于
冷水浴中，充分洗涤麻纤维；将以上经过洗涤的麻纤维置于80℃下的烘箱中，放置一定时间
烘干。
实施例6
采用以下方法对经实施例1的步骤(1)、(2)、(3)处理的麻纤维进行后处理：
经过臭氧处理的麻纤维浸渍到浓度为5％的没食子酸胺基酯A中，保持浸渍10min；
将经过净洗的麻纤维置于40℃的热水中，保持接触一定时间，然后再将麻纤维置于冷水浴
中，充分洗涤麻纤维；将以上经过洗涤的麻纤维置于60℃下的烘箱中，放置一定时间烘干。
对实施例4-6处理前后麻纤维进行聚合度测定，并分别在真空条件下和大气条件
下放置，测定放置2周后的麻纤维的聚合度等，如表1所示。
表1臭氧处理麻纤维的聚合度变化
注：原麻纤维是指臭氧处理前的麻纤维；臭氧处理麻纤维是指经臭氧处理后未经
其他处理的麻纤维。
综上，本发明对麻纤维进行臭氧处理，有效去除了木质纤维素。本发明还通过经过
臭氧处理的麻纤维进行自由基清除剂溶液净洗处理，有效减少纤维基团变化和结构性损
伤，减了了麻纤维在后续放置过程中的聚合度强力变化。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技
术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范
围应该以权利要求书所界定的为准。