摘  要：为解决苎麻传统碱脱胶工艺存在的工序冗长、能耗高、污染严重等问题，采用H₂O₂/NHPI/漆酶催化氧化体系，通过温和反应条件与选择性氧化降低能耗与污染。首先对比H₂O₂/NHPI、H₂O₂/漆酶、NHPI/漆酶和H₂O₂/NHPI/漆酶4种处理体系对纤维性能的影响，明确催化氧化体系的优势；随后通过单因素实验和显著性分析研究NHPI质量浓度、漆酶质量浓度、H₂O₂质量浓度、温度、时间和pH值等因素对纤维性能的影响；最后采用响应面法优化工艺参数，获得最佳工艺，并对脱胶后的苎麻纤维进行SEM、FTIR、NMR表征分析。结果表明：最佳氧化脱胶工艺为11.04g/L H₂O₂、5g/L漆酶、0.73g/L NHPI、pH4.77、温度55℃、时间20min；碱处理工艺为6g/L NaOH、2.5g/L Na₂ SiO₃、2g/L Na₂SiO₃、温度100℃、时间60 min。通过H₂O₂/NHPI/漆酶催化氧化工艺得到的苎麻精干麻断裂比功为0.133cN/dtex，比传统碱工艺高12.7%，比无氧化只碱煮工艺高18.0%，总反应时间为80min，较传统碱工艺缩短了73%，高温能耗节省了3/4。此外，经H₂O₂/NHPI/漆酶氧化处理后，纤维素C6伯羟基发生氧化，非纤维素成分被有效去除，纤维表面无粘结、平整光滑。该工艺反应时间短、能耗低且精干麻纤维断裂比功高，在苎麻脱胶中具有很大的应用潜力。

关键词：苎麻纤维；NHPI；漆酶；氧化脱胶；断裂比功；工艺优化

 

苎麻纤维由纤维素、半纤维素、木质素和果胶等成分构成，其纤维素占比高达 65%~75%，为纤维素含量最高的麻类纤维。苎麻纤维质量轻、强力大、耐磨、透气，具有防霉抗菌、导湿快干等优点，可广泛用于高档面料、服装鞋帽、床上用品、家居装饰和医用包装等产品中^[1]。苎麻纤维的纤维素含量与传统的棉纤维相比仍有较大差距，使其后续加工存在较大难度。通过脱胶来提高苎麻纤维的纤维素占比，能够显著提高苎麻纤维的加工性能和品质，极大推动苎麻纤维的高值化利用。

近年来，氧化脱胶凭借高效节能等显著优势备受关注，已成为获取各类精细化麻类纤维的重要方法^[2]。在碱性过氧化氢（H₂O₂）脱胶工艺中，Li等^[3]通过向脱胶液中逐步添加H₂O₂，以降低碱性环境下H₂O₂ 的强氧化性对纤维素的损伤。即便如此，H₂O₂ 的强氧化性仍不可避免地致使纤维素解聚，进而损伤纤维。鉴于此，Meng等^[4]提出用TEMPO体系对苎麻进行选择性氧化，该方法仅针对纤维素C6位置的伯羟基，相较于碱性 H₂O₂ 脱胶法，能更好地保留纤维的力学性能。然而，TEMPO 体系需使用次氯酸钠作为氧化剂，氯离子的排放会对环境造成污染。N-羟基邻苯二甲酰亚胺（N-Hydroxyphthalimide ，NHPI）与TEMPO具有相同的氮氧自由基官能团，同样能够选择性氧化纤维素，避免其过度降解。与TEMPO氧化相比，NHPI不仅更为环保，且氧化反应条件更为温和。Yang等^[5]将NHPI/蒽醌应用于苎麻的催化氧化脱胶，实现了对纤维素的选择性氧化，有效抑制了纤维素的急性降解。但该反应仍在碱性条件下进行，氧化剂分解速率较快，且存在无效分解的可能。

漆酶，是一种含铜的多酚氧化酶^[6]。作为绿色环保、经济安全的酶催化剂，漆酶在酸性环境中可展现出较强的氧化性。它可作为助催化剂，协同双氧水催化氧化 NHPI生成具有高活性的N-氧自由基（PINO）作用于有机底物，并选择性氧化纤维素。H₂O₂/NHPI/漆酶体系在酸性条件下进行，反应温和且氧化剂稳定性较高^[7]。鉴于此，本文将H₂O₂/NHPI/漆酶体系应用于苎麻氧化脱胶，重点对脱胶后纤维的强伸性能进行研究，并运用响应面设计方法对脱胶工艺进行优化，以期缩短工艺流程并得到最佳工艺，为苎麻纤维的高效高品质脱胶工艺研究提供参考。

 

1 实验

1.1 原料、试剂与仪器

原料：苎麻原麻产自于四川省梓潼县。

试剂：30%过氧化氢（H₂O₂）、氢氧化钠（NaOH）、亚硫酸钠（Na₂SO₃）、硅酸钠（Na₂SiO₃）、N-羟基邻苯二甲酰亚胺（NHPI），均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；冰乙酸，分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司；漆酶（酶活10万单位/克，最适温度50~60℃，最适pH值4~5），捷恒生物科技有限公司。

仪器：FA2204C型电子分析天平（上海天美天平仪器有限公司），SHJ-6AB电热恒温水浴锅（常州金坛良友仪器有限公司），QH-1810型COD恒温加热器（青岛千华环保科技有限公司），LD0-9036A电热恒温鼓风干燥箱（上海龙跃仪器设备有限公司），Y171B纤维长度切割器（常州市第二纺织机械厂），LLY-06E电子单纤维强力仪（莱州市电子仪器有限公司），TM3000扫描电子显微镜（江苏万科科教仪器有限公司），Spectrum Two傅里叶红外光谱仪（珀金埃尔默企业管理有限公司），全数字化核磁共振谱仪（德国布鲁克公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 脱胶工艺

传统碱脱胶工艺：首先对苎麻原麻进行浸酸处理（2g/L H₂SO₄，50℃，60min，浴比110）；随后进行头道碱煮（5g/L NaOH、2g/L Na₂SiO₃、2.5g/L Na₂SO₃，100℃，120min，浴比110）；最后进行二道碱煮（15g/L NaOH、2.5g/L Na₂SiO₃、2g/L Na₅P₃O₁₀，100℃，120min，浴比110）。

H₂O₂/漆酶/NHPI氧化脱胶工艺：首先对苎麻原麻进行氧化处理（6~14g/L 30%H₂O₂，1~9 g/L漆酶，0.2~1.0g/L NHPI，pH值为3.5~5.5，反应温度25~100℃，反应时间20~100min，浴比110）；随后再进行碱煮处理（6g/L NaOH，2.5g/L Na₂SO₃，2g/L Na₂SiO₃，100℃，60min，浴比110）。

无氧化只碱煮工艺：对苎麻原麻不进行氧化处理，直接进行碱煮（6g/L NaOH，2.5g/L Na₂SO₃，2g/L Na₂SiO₃，100℃，60min，浴比110）。

1.2.2 纤维的物理机械性能测试

线密度参考GB/5884—1986《苎麻纤维支数试验方法》来测量，具体步骤为：将苎麻纤维调湿48h以上，采用中段切断法测试，每个样重量约5mg，切断长度40mm，采用JN-B扭力天平称重，统计纤维根数，测试3组取平均。根据式（1）计算纤维线密度：

  

式中：N_t为纤维的线密度，tex；m为纤维束的质量，g；n为纤维束中的纤维根数，根。

断裂比功测试参考GB/5886—1986《苎麻单纤维断裂强度试验方法》，采用LLY-06E型子单纤维强力仪测试苎麻纤维的断裂强度、断裂伸长率和断裂功，设定夹持隔距为20mm，拉伸速度为20mm/min，预加张力1cN，每个样测试50次，取其平均值。

由文献[8]和前期实验结果可知，断裂比功能较全面地反映纤维的强伸性能，因此，本文选用断裂比功作为评价苎麻脱胶效果的综合指标。断裂比功的计算公式如下：

  

式中：W为纤维的断裂比功，cN/dtex；W₀为纤维的断裂功，cN·mm；N_t为纤维的线密度，dtex；L为夹持隔距，mm。

1.2.3 残胶率测试

参考GB/5889—1986《苎麻化学成分定量分析方法》残胶率测试部分，实验前将精干麻烘干称重，用20g/L氢氧化钠溶液煮沸3h，随后取出试样洗净烘干，冷却称重。按照以下公式计算：

  

式中：W_c为纤维残胶率，%；G₀为纤维干重，g；G₀^'为脱除残胶后纤维干重，g。

1.2.4 响应面优化分析

在单因素实验结果基础上，采用响应面分析法筛选显著因素，优化H₂O₂/NHPI/漆酶氧化脱胶工艺。设计20组实验进行对比检验，以脱胶纤维的断裂比功为指标建立基本回归模型，如式（4）所示：

  

式中：X_i至X_j为编码变量，b₀为常数项，b_i、b_ij和b_ii分别为一次项、交互项和二次项系数。断裂比功的值用^yˆ表示，n为因子数。

1.2.5 表面形貌测试（SEM）

采用扫描电子显微镜（SEM）观察苎麻纤维的表面形貌。测试条件为：相对湿度65%，温度20℃，加速电压为15kV，纤维样品在测试前需要进行喷金处理。

1.2.6 红外光谱测试（FTIR）

利用Spectrum Two傅里叶红外光谱分析仪对脱胶前后的苎麻纤维进行结构表征，扫描范围为4000~400cm^-1，分辨率为8cm^-1，并对光谱进行基线校正和平滑处理。

1.2.7 13C核磁共振测试（NMR）

采用固体核磁共振波谱仪对脱胶前后的苎麻纤维进行¹³C核磁结构表征，使用7mm DVT双共振固体NMR高分辨率探头和ZrO₂转子，工作频率为75.5MHz。

 

2 结果与分析

2.1 不同处理体系对比

为了探究H₂O₂/NHPI/漆酶氧化体系中H₂O₂、NHPI和漆酶的作用。本文首先对氧化部分进行讨论，设置4组实验进行对比，分别采用H₂O₂/NHPI、H₂O₂/漆酶、NHPI/漆酶和H₂O₂/NHPI/漆酶4种体系处理苎麻原麻，处理后均用同样工艺进行碱煮，测试脱胶后苎麻精干麻纤维的强伸性能，实验结果见表1。

表1 不同体系氧化脱胶纤维强伸性能测试结果

  

从表1中的数据可知，相对于其他体系，经过H₂O₂/NHPI/漆酶体系氧化碱煮后苎麻纤维的断裂强度、断裂伸长和断裂比功更优，这是由于H₂O₂/NHPI/漆酶氧化体系的高效选择性氧化作用。图1为该氧化体系的反应机理图，首先由NHPI经过漆酶催化产生高活性N-氧自由基（PINO），再通过H₂O₂产生的羟基自由基（·OH）激发PINO生成氧铵阳离子（PINO⁺），PINO⁺完成非纤维素成分的氧化去除以及纤维素C6位置伯羟基的选择性氧化^[9]。该工艺反应条件温和，在保护纤维素不受剧烈损伤的情况下降解胶质物。

  

图1 H₂O₂/NHPI/漆酶催化氧化反应过程图

对H₂O₂/NHPI/漆酶氧化体系处理得到的苎麻纤维进行核磁共振碳谱分析，得到苎麻原麻以及经H₂O₂/NHPI/漆酶氧化碱煮后苎麻纤维的¹³C图谱，如图2所示。从图2可以看出，化学位移在60~70的区间对应于主羟基C6，70~81区间内的共振信号归属于环碳C2、C3和C5；81~93的化学位移区域对应C4，而102~108区间则归属于C1^[10]。经催化氧化碱煮后，苎麻纤维的碳谱特征发生显著变化：C6位的宽钝共振峰强度明显降低，同时在173.1处出现了源自C6的羧基碳原子的共振峰，而C2和C3的化学位移在氧化前后没有变化。这些现象表明，H₂O₂/NHPI/漆酶体系在氧化碱煮过程中对苎麻纤维实现了选择性氧化，即只作用于纤维素C6位伯羟基，而未对C2和C3位的仲羟基进行氧化。因此，H₂O₂/NHPI/漆酶氧化体系在氧化降解过程中可有效抑制纤维素的降解，提升纤维的断裂比功。

  

图2 苎麻原麻及催化氧化碱煮后苎麻纤维的 ¹³C NMR 图

2.2 氧化脱胶工艺参数分析

H₂O₂/NHPI/漆酶氧化体系，具有良好的催化氧化作用，为进一步探究该脱胶工艺参数对苎麻精干麻纤维性能的影响，对H₂O₂质量浓度、NHPI质量浓度、漆酶质量浓度、反应温度、反应时间和pH值等参数进行单因素实验并分析讨论。

2.2.1 H₂O₂质量浓度对苎麻纤维断裂比功的影响

固定漆酶质量浓度为5g/L，NHPI质量浓度为0.6g/L，pH值为4.5，反应温度为55℃，反应时间60min，考察H₂O₂质量浓度对苎麻纤维断裂比功的影响，结果如图3所示。H₂O₂作为反应体系中的氧化剂，其浓度大小影响着非纤维素物质的脱除效果和纤维素的降解程度。从图3可以看出：随着H₂O₂质量浓度的增加，断裂比功呈现先增加后减小的趋势。在H₂O₂质量浓度为12g/L时，最大值为0.139cN/dtex。这是由于H₂O₂浓度的增加，提高了整个体系的氧化能力，有利于纤维表面非纤维素成分的去除。当H₂O₂质量浓度超过12g/L时，纤维继续被氧化，较强的氧化作用会使得纤维素糖苷键断裂，结晶度和聚合度降低，从而导致断裂比功降低。

  

图3 H₂O₂质量浓度对苎麻纤维断裂比功的影响

 

2.2.2 漆酶质量浓度对苎麻纤维断裂比功的影响

固定H₂O₂质量浓度为12g/L，NHPI质量浓度为0.6g/L，pH值为4.5，反应温度为55℃，反应时间60min，考察漆酶质量浓度对苎麻纤维断裂比功的影响，结果如图4所示。漆酶作为一种助催化剂，可催化氧化NHPI产生高活性的PINO自由基，进一步攻击纤维表面的胶质成分，其浓度影响催化氧化效率，进而影响脱胶纤维的强伸性能。从图4可以得出，纤维断裂比功随着漆酶浓度的增加，先增大后减小并趋于稳定。这是由于在反应初期，漆酶浓度增加有利于催化氧化反应的进行，产生的PINO自由基开始作用于纤维表面的胶质，纤维受粘结减少，强伸性能提高。当漆酶质量浓度大于5g/L时，自由基较多氧化作用较强，开始损伤纤维结构，使得纤维断裂比功降低。由于漆酶依赖分子氧发挥氧化作用，当反应后期漆酶浓度的继续增加时，反应溶液中氧含量开始降低，氧化剂不足使得漆酶的氧化作用减弱，纤维的断裂损伤逐渐趋于稳定。

  

图4 漆酶质量浓度对苎麻纤维断裂比功的影响

2.2.3  NHPI质量浓度对苎麻纤维断裂比功的影响

固定H₂O₂质量浓度为12g/L，漆酶质量浓度为5g/L，pH值为4.5，反应温度为55℃，反应时间60min，考察NHPI质量浓度对苎麻纤维断裂比功的影响，结果如图5所示。NHPI是一种高效的氧化还原体，与漆酶协同作用，催化生成高活性的PINO，进而氧化胶质有机底物。同时，NHPI具有选择性氧化性只对纤维素C6位的伯羟基进行氧化，对纤维素主链破坏较小，可一定程度减少纤维素的损伤^[11]。从图5观察到，NHPI浓度的增加，使得精干麻纤维断裂比功在一定浓度范围内，表现出增长的情况，超出此范围后便开始下降。这是由于在这一定范围内，NHPI浓度越高，产生的自由基越多，氧化程度和对非纤维素胶质组分的去除效果越强^[5]，精干麻纤维强伸性能得到增强。但当NHPI浓度超过该范围时，活性自由基数量过多，氧化速率过强，超出NHPI本身对纤维素选择性保护作用而损伤纤维，使得精干麻纤维断裂比功降低。

  

图5 NHPI 质量浓度对苎麻纤维断裂比功的影响

2.2.4 pH值对苎麻纤维断裂比功的影响

固定H₂O₂质量浓度为12g/L，漆酶质量浓度为5g/L，NHPI质量浓度为0.8g/L，反应温度为55℃，反应时间60min，考察pH值对苎麻纤维断裂比功的影响，结果如图6所示。漆酶在酸性环境条件下具有更强的氧化性，且在一定pH范围内具有最佳氧化效果。从图6可以观察到，纤维在pH为4.5时断裂比功达到峰值，这是由于漆酶在pH为4.5左右时达到其反应的最适pH，此时漆酶活性较高，氧化作用最强，胶质的降解效率最高。当pH继续增大时，漆酶的活性开始下降，但由于pH增大，H₂O₂的分解速率逐渐加快，仍会一定程度造成纤维损伤，使得纤维断裂比功下降。

  

图6 pH 值对苎麻纤维断裂比功的影响

2.2.5 温度对苎麻纤维断裂比功的影响

固定H₂O₂质量浓度为12g/L，漆酶质量浓度为5g/L，NHPI质量浓度为0.8g/L，pH值为4.5，反应时间60min，考察反应温度对苎麻纤维断裂比功的影响，结果如图7所示。温度的升高可以加速分子的热运动，氧化速率加快，从而使氧化反应的速率大大提高。从图7可以看出，随着反应温度的升高，断裂比功呈现先升高后降低的趋势。当温度为55℃时，断裂比功达到最高。这是因为在25~55℃的过程中，温度逐渐接近漆酶的最适温度，漆酶的活性逐渐达到最大值，该过程对非纤维素胶质成分的氧化降解能力逐渐增强，使得纤维的断裂比功增大。当温度超过55℃时，高温抑制漆酶活性，对纤维的降解作用下降。但在较高的温度下，留存的自由基氧化作用加剧，会破坏纤维素结构而造成断裂比功下降。

  

图7 温度对苎麻纤维断裂比功的影响

2.2.6时间对苎麻纤维断裂比功的影响

固定H₂O₂质量浓度为12g/L，漆酶质量浓度为5g/L，NHPI质量浓度为0.8g/L，pH值为4.5，反应温度55℃，考察反应时间对苎麻纤维断裂比功的影响，结果如图8所示。氧化脱胶具有反应时间快、产率高的优点。脱胶精干麻纤维的质量与氧化时间的长短相关。从图8中可以观察到，脱胶精干麻纤维的断裂比功随着时间的延长先增加后降低，最终趋于稳定。在氧化处理的早期阶段（10~20min），非纤维素物质开始被氧化降解去除，纤维断裂比功开始增加。在20min时，达到最佳。然而，在20~40min范围内，纤维素开始暴露于脱胶液中，导致纤维素的氧化和降解，纤维断裂比功逐渐降低，随着时间在增加，氧化分解作用减弱，断裂比功趋于稳定。

  

图8 时间对苎麻纤维断裂比功的影响

2.3 显著性分析

在上述单因素分析讨论的基础上，利用SPSS统计分析软件进一步研究各因素对苎麻断裂比功的显著性，统计检验结果见表2。

表2 显著性方差分析表

  

从表2显著性方差分析结果可以得出，H₂O₂质量浓度、NHPI质量浓度和pH值的显著性均小于0.001，即对脱胶苎麻纤维的断裂比功有极显著影响，而漆酶质量浓度、温度和时间的显著性均大于0.05，即对断裂比功无显著影响。因此，最终结合单因素实验结果确定显著影响因素的适宜范围是：H₂O₂质量浓度为10~14g/L，NHPI质量浓度为0.6~1.0g/L，pH值为4~5，其他非显著因素选择最佳水平：漆酶质量浓度为5g/L，温度为55℃，时间为20min。

2.4 响应面优化

根据单因素实验结果和显著性分析，选择合适的水平区间，设计响应面分析的因子水平编码表，如表3和表4所示。选择断裂比功作为描述脱胶纤维拉伸性能的指标。采用最小二乘法计算回归方程系数。采用f检验评估所建立关系的显著性，采用t检验筛选显著变量，得到有效的断裂比功回归方程，如式(5)所示：

  

式中：yˆ代表脱胶后苎麻纤维的断裂比功，cN/dtex；X₁代表H₂O₂质量浓度，g/L；X₂代表NHPI质量浓度，g/L；X₃代表pH值。

表3 因子水平编码表

  

表4 响应面优化设计方案与结果

  

对比回归方程（5）的一次项系数，可发现X₂（NHPI质量浓度）和X₃（pH值）对断裂比功的影响更为显著，而X₁（H₂O₂质量浓度）在选定范围内的影响相对较小。此外，这些因素之间的相互作用表明，X₁和X₃之间的相互作用显著影响脱胶纤维的断裂比功（见图9），而X₁和X₂以及X₂和X₃之间的相互作用不显著，因此从方程中排除。

  

图9 H₂O₂质量浓度和pH值的交互作用图

采用内罚函数法对回归方程的各系数进行求解，并进行参数优化，得到脱胶纤维的最佳断裂比功。经计算解码，得到三个因素的最佳参数：H₂O₂质量浓度为11.04g/L，NHPI质量浓度为0.73g/L，pH值为4.77。

为了验证结果，重复进行了最优工艺和表4中较优工艺实验，结果如表5所示。从表5中的数据可以看出，尽管重复实验所用苎麻原料与表4实验中批次不同，但最优方案的断裂比功仍最高，其他较优方案的均低于最优方案。这意味着本文得到的最优方案是可靠的。用该工艺对苎麻原料进行氧化脱胶时，得到的纤维断裂比功为0.133 cN/dtex，高于传统的碱性脱胶水平。由此可见，H₂O₂/NHPI/漆酶氧化脱胶方法能在一定程度上改善所制备纤维的性能。

表5 验证实验设计与结果

  

2.5 SEM测试

苎麻原麻及不同脱胶工艺处理得到的苎麻精干麻纤维表观形貌如图10所示。从图10中可以看出：苎麻原麻纤维表面存在大量胶质（见图10(a)），外观粗糙，由果胶、半纤维素、木质素等非纤维素成分互相黏结，呈束纤维状态。而经过三种脱胶方法处理后，大部分胶质被去除，均呈现单纤维状态。其中，传统碱处理（见图10(b)）与H₂O₂/NHPI/漆酶氧化碱煮处理后的纤维表面更加平整光滑（见图10(d)），无明显胶质的附着；而无氧化只碱煮（见图10(c)）得到的纤维表面仍有少量胶质存在。

  

图10 苎麻原麻及不同方法脱胶处理后的纤维SEM图

2.6 红外光谱测试

红外光谱可以用来表征纤维样品中化学官能团的变化情况。文献[12]中提出，在668、1052、1108、1160cm^-1和1375cm^-1处出现的吸收峰为纤维素大分子的主要特征峰，1251cm^-1和1737cm^-1的吸收峰归属于半纤维素乙酰基和木聚糖成分的特征峰，1600~1650cm^-1范围内存在果胶结构中游离羧基的C-O伸缩振动峰和木质素结构中苯环(C−C拉伸振动)的特征吸收峰^[13]。图11为苎麻原麻及不同脱胶方法处理得到的纤维红外光谱，从图中可以看出：苎麻原麻分别经过传统碱、无氧化只碱煮以及H₂O₂/NHPI/漆酶氧化碱煮脱胶处理后，果胶、半纤维素、木质素等成分的振动吸收振动峰均有所减弱，纤维素的主要特征吸收峰强度明显增强，说明三种脱胶方式均可一定程度去除非纤维素成分，提高纤维素成分占比。其中，传统碱的非纤维素吸收振动峰减弱更为明显，其次依次是H₂O₂/NHPI/漆酶氧化碱煮脱胶处理、无氧化只碱煮处理。

  

图11 不同脱胶方法苎麻纤维FTIR光谱

2.7 与传统碱脱胶对比

表6为3种脱胶方法所得到的苎麻精干麻纤维性能。与传统碱工艺对比，H₂O₂/NHPI/漆酶氧化方法得到的苎麻精干麻细度相差不大，断裂比功提高12.7%，总反应时间缩短了73%，高温能耗节省了3/4。与无氧化只碱煮工艺对比，H₂O₂/NHPI/漆酶氧化得到的苎麻精干麻细度更细，断裂比功提高18.0%。此外，氧化脱胶的纤维虽存在少量残胶，但有报道指出^[14]，少量残余胶质不会对精干麻品质和纺纱的品质起副作用，不仅可以节约资金，提高制成率，还可以减少对环境的污染。综合来看，H₂O₂/NHPI/漆酶氧化碱煮脱胶工艺具有流程短、能耗低和纤维断裂比功高的优势。

表6 不同脱胶方法所得纤维性能对比

  

 

3 结论

本文系统探究了苎麻的H₂O₂/NHPI/漆酶催化氧化脱胶工艺。首先通过对比H₂O₂/NHPI、H₂O₂/漆酶、NHPI/漆酶和H₂O₂/NHPI/漆酶4种处理体系对纤维性能的影响，明确催化氧化体系的优势。随后通过单因素实验和显著性分析探究了H₂O₂质量浓度、NHPI质量浓度、漆酶质量浓度、pH值、反应温度和反应时间等因素对纤维断裂比功的影响，并进行了工艺优化，得出以下结论：

a）4种处理体系中，H₂O₂/NHPI/漆酶体系处理后苎麻纤维的拉伸性能更好，其反应机理为：漆酶催化NHPI产生PINO自由基，随后PINO受·OH激发生成PINO⁺，由PINO⁺完成非纤维素成分的氧化去除以及纤维素C6位置伯羟基的选择性氧化。该工艺反应条件温和，可以在保护纤维素不受剧烈损伤的情况下降解胶质物，有利于提升纤维品质。

b）通过单因素实验和显著性分析确定H₂O₂质量浓度、NHPI质量浓度和pH值三个因素对苎麻精干麻纤维断裂比功具有显著影响。利用响应面分析法对氧化脱胶工艺进行优化，得到最佳氧化脱胶工艺为：11.04g/L H₂O₂，5g/L漆酶，0.73g/L NHPI，pH 4.77，温度55℃，时间20 min；碱处理工艺为：6g/L NaOH，2.5g/L Na₂SO₃，2g/L Na₂SiO₃，温度100℃，时间60min。

c）苎麻经过H₂O₂/NHPI/漆酶氧化碱煮处理后，大部分非纤维素成分被去除，纤维表面平整光滑，纤维素占比增大。通过该工艺得到的苎麻精干麻纤维的断裂比功为0.133cN/dtex，比传统碱工艺高12.7%，比无氧化只碱煮工艺高18.0%，总反应时间为80min，较传统碱工艺缩短了73%，高温能耗节省了3/4。

与传统碱工艺相比，H₂O₂/NHPI/漆酶氧化碱煮脱胶工艺具有反应时间短、能耗低、纤维断裂比功高的优点，在苎麻脱胶中具有很大的应用潜力。 

 

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文章摘自：秦煜,郁崇文.催化氧化协同碱煮的苎麻脱胶工艺[J/OL].现代纺织技术,1-13[2025-05-16].http://kns.cnki.net/kcms/detail/33.1249.TS.20250424.2113.008.html.