竹纤维及其性能的测定yd6410

许良英 王明芳 (常州纺织服装职业技术学院，江苏常州  213004)

收稿日期:2004-09-06

作者简介:许良英(1957-)，女，讲师，长期从事来样分析、质量检测工作

原载：染整技术2004/6；31-34

 

    【摘要】针对36Nm竹原纤维单纱、竹原纤维、再生竹纤维，从形态结构、抗菌除臭、生化降解和碱处理前后的强力变化方面作一些探讨。

    【关键词】竹原纤维;再生竹纤维;抗菌除臭;生化降解

    中图分类号:TS190·92文献标识码:B   文章编号：1005-9350(2004)06-0031-04

 

    近年来，受国外Modal，Tencel等新纤维的启发，我国纺材领域也相继开发了大豆蛋白、花生蛋白纤维和竹纤维。其中竹纤维是继大豆蛋白纤维之后的第二个我国具有自主知识产权的绿色环保纤维。现已形成了小批量工业化生产的规模。它有两种形式：一是利用竹子为原料，经过人工催化将其中纤维素含量在35%左右的竹纤维提纯至93%以上，采用水解-碱法及多次漂白，精制成满足纤维素生产要求的竹浆粕，再由化纤厂加工成再生竹纤维；另一种是以生长12-18个月的慈竹，经过前处理(包括整料、制竹片、浸泡等)，分解(包括蒸煮、水洗、分丝等)、成型(包括还原、脱水、软化等)和后处理工序 (包括干燥、梳纤、筛选、检验等)去除竹子中的木质素、多戊糖、竹粉、果胶等杂质，直接提取获得天然竹原纤维。根据纺织企业实际应用情况可知：用竹纤维纺织加工成的面料具有质轻(竹纤维的比重为0.8，麻类为1.3-1.6)挺括、吸湿导湿性强、透气舒适、清凉爽快、光泽好、染色色彩亮丽等特点，并且还具有抗紫外、抑菌防臭、防蛀、防霉等保健功效。尤其是，夏天穿着使人感到特别的凉爽。所以竹纤维是一种能迎合当今世界"崇尚自然，追求舒适保健"消费潮流的新型绿色环保纤维。

    我国是世界上竹类品种最多的国家，竹子资源丰富，竹材是一种栽种成活后4-6年即可成林砍伐的速生高产的纤维原料。因此充分利用我国合适的竹子资源生产竹纤维对我国林业和纺织工业都有着巨大的经济价值。但因竹纤维的原料、品种、生长地域、生长期、提取工艺、含杂及纺丝工艺使纤维的微结构和性能上存在着较大的差别，这对纺纱、织造和染整加工均会带来不同的影响。本文主要对竹原纤维作一些性能上的探讨。

1   实验部分

1·1  材料

    36Nm竹原纤维单纱 (由湖南株州麻业有限公司提供)；竹原纤维(由湖南株州麻业有限公司和常州三毛厂提供)；再生竹纤维(由湖南株州麻业有限公司和常州三毛厂提供)

1·2   药品

NaOH(市售，分析纯)；HAC(市售，分析纯)；甘油(市售，分析纯)；渗透剂(常州化工研究所提供)；

1·3仪器

OLYMPUS生物显微镜(日本)；lnstron 4411万能强力机 (英国)；YG021-3单纱强力机(常州纺仪厂)；Y172哈氏切片机(常州第二纺机厂)；CARBO-LlTE烘箱(英国)

1·4   测试方法

    纤维的截面和表面形态用OLYMPUS生物显微镜观察；单纱强力参照国标在Instron4411万能强力机和YG021-3单纱强力机上进行拉伸试验，取50个数据的平均值。

    生化试验在室温自然状态下进行，菌种取自常州丽华污水站的回流污泥。

2   结果和讨论

2·1  形态结构

2·1·1  竹原纤维

纤维的截面和表面形态的观察是将单纱或纤维包覆在红色羊毛纤维中，用Y172哈氏切片机切得截面后与纤维同置于载波片上，在OLYMPUS生物显微镜上进行观察，如图1和图2。

图1  竹原纤维截面图

图2  竹原纤维形态图

    竹纤维截面呈扁平状态，纤维中间具有许多孔洞和裂纹，无皮芯结构，在纤维纵向表面存在竹胶、沟槽、横节、孔洞、结构较粗糙，无天然扭曲。经无张力浓碱处理后，纤维截面胞腔变小，光洁度提高，沟槽变浅，许多小裂缝消失，胞壁层厚度增加，纵向趋于扁平的椭圆状，细沟槽变浅，表面光洁度也提高很多，并出现极少量的扭曲；经有张力浓碱处理后，纤维截面胞腔变大，光洁度提高，沟槽变浅，许多小裂缝消失，纤维层的厚度不如碱缩那样溶张变厚，纵向较挺直，沟槽变浅，光洁度也提高很多。这可能是由于经碱处理后去除了纤维表面的一部分竹胶，提高了光洁度。另外，碱对竹纤维和棉纤维一样具有膨胀作用，在有张力的情况下，可以

使纤维大分子链进行重排，消除了部分内应力，使结构变得更为均匀而紧密。这从后面的强力试验中也可得到证实。碱处理前后筒管纱的强力变化幅度较大。

2·1·2  再生竹纤维

再生竹纤维纵向表面具有光滑均一的特征，呈多条较浅的沟槽，截面边缘具有不规则的锯齿(见图3)，其表面结构与成形条件有关，因为它在生产中保留了原竹的各种优点，纤维的细度均匀，白度与普通粘胶接近，有略高于普通粘胶纤维的结晶度和聚合度，柔韧性和耐磨性较高，还具有抗菌透气的功效。

图3再生竹纤维的纤维截面图和形状图

2·2   天然抗菌性和除臭性

竹纤维的天然抗菌性是指在一定条件下，在纤维内培育细菌，纤维的化学组成不发生明显的变化，且细菌数目减少。不管是原竹还是再生竹，均具有一定的抗菌性，这是由于竹纤维自身体内含有抗菌的微量元素，这些抗菌微量元素始终结合在纤维素的大分子上，所以它有别于其他抗菌类的纤维和织物(它们是在后处理过程中加了抗菌剂)，经过反复洗涤，日晒也不会失去抗菌性，而且在服用过程中，也不会产生任何过敏性反应。经日本纺织检测协会检测：将同种细菌散放在不同材质的面料上，24h后，竹纤维织物上的细菌死亡率达73%左右。它主要能有效去除大肠杆菌，肠道病原菌和金黄色葡萄球菌等，另外，竹纤维中的叶绿素和叶绿素铜钠具有较好的除臭作用。实验显示：竹纤维对酸臭和氨气的除臭效果比棉好，见表1[4]。

表1  竹纤维对酸臭和氨气的除臭效果

试样类型

对氨气的除臭率

对酸臭的除臭率

原试样

试样1

试样2

原试样

试样1

试样2

纯竹面料

75

72

70

97

95

93

纯棉面料

30

28

25

86

82

76

注l：试样l是洗涤5次后；试样2是洗涤30次后

2·3生化降解性

原竹纤维与再生竹纤维同属纤维素纤维，都是以竹子为原料。竹子生长过程中无需施加化肥和农药，再生过程也不用有毒有害的溶剂，故称竹纤维为绿色环保纤维。与棉麻等其他纤维素纤维一样，都能直接被生化降解，为测定其在自然状态下的生化降解情况，我们取了江苏常州市丽华污水厂的回流污泥作为菌种，将各种纤维置于不同烧杯中，在室温下让细菌分解纤维，根据细菌对纤维的分解程度和全部分解所需要的时间，来判断不同纤维的生化降解速率和难易程度。

测试条件：温度:室温；时间:04年4-7月；溶液总体积:2OomL；营养液:N:P=5:1；

补充水份蒸发量(根据同体积水份蒸发量来确定所需要补充的水量)试验结果见表2：

表2  细菌对纤维的分解试验结果

名称

质量/g

pH起始值

CODcr

g/L

纤维完全分解所需天数/d

SV%

残液pH

备注

粘胶(毛型)

0.0100

8.5

751.9

10

46

7.5

污泥絮凝性良好

再生竹

0.0100

8.5

380.5

10

39

8

污泥絮凝性良好

莫代尔

0.0100

8.5

263.2

10

34

7

污泥絮凝性良好

棉

0.0100

8.5

523.3

15

23

7

污泥絮凝性良好

天丝

0.0100

8.5

276.5

11

42

7.5

污泥絮凝性良好

苎麻

0.0100

8.5

583.5

25

44

7.5

污泥絮凝性良好

原竹

0.0100

8.5

675.2

11天降解85%左右，残留物又经9天完全降解

48

7.5

污泥颗粒均匀，絮凝性较好呈暗绿色

蚕丝

0.0100

8.5

592.5

95天仍未分解或绝大部分未分解

 

一些污泥颗粒沾在纤维之间，呈灰黑色，质轻。

羊毛

0.0100

8.5

784.9

维纶

0.0100

8.5

2588

腈纶

0.0100

8.5

684.2

锦纶

0.0100

8.5

1544

丙纶

0.0100

8.5

 

注:表中CODcr是称取0.0lOOg各种纤维在强酸性条件下经强氧化剂消解后在快速COD测定仪上所测得的数据，困丙纶不溶于98%的硫酸，无测试结果。

由上表可知，再生竹纤维和天然竹纤维均为100%能生化降解，但降解的时间与其他再生纤维素纤维：粘胶、Model、Tencel相同，都是10天；比棉麻等天然纤维素纤维的降解速率稍快，这对纺织、染整加工厂的污水处理相当有利，可直接采用生化法进行污水处理，有利于提高污水处理出水水质。

2·4  强力变化

无论是原竹纤维或者再生竹纤维中的杂物都会或多或少的保留在纤维中，从而影响纱线或织物的外观、性能，在染整加工中必须去除这些杂物，按纤维素纤维类织物或纱线的常规处理工艺来看，一般须经酸、碱氧化剂、还原剂等药剂处理，因此我们选择210g/L的碱对36Nm原竹纤维的单纱进行处理，观察其强力变化情况。(因再生竹纤维有许多性能接近于粘胶，本次试验中没有选用)。试验结果见表3:

从上表可以看出竹原纤维单纱经NaOH处理后强力提高很多，但须指出的是经碱处理后的纱线或织物必须充分水洗，否则，在烘干时泛黄十分严重，有的甚至于可变成黄棕色，但只要水洗充分，对白度基本没有影响。未处理纱线的强力分布范围为100-500N之间，离散性较大，强力波动范围广；经处理后的纱线强力分布范围在330-550N之间，相对比较集中，只有个别几组纱单纱强力可达720-680N之间。由此可见，经NaOH处理后确实能提高竹原纤维单纱强力，但关键要注意丝光和碱缩程度的控制(主要是浓度相时间)。

表3  竹原纤维单纱经21Og/L NaOH处理后的强力变化

处理方法

拉伸断裂强力N

断裂延伸度%

未处理

299.2

2.13

210g/L，有张力

444.3

2.13

210g/L，无张力

428.5

11.02

   注:上表拉伸断裂强力和断裂延伸度是50个数据的平均

值，210g/L NaOH是通过筛选试验后得到的最佳浓度。

3           结论

(1)竹原纤维在浓碱作用下，其截面和表面形态都有所变化。

  (2)竹原纤维的织物对氨气和酸臭的去除效果比棉高，而且能100%的生化降解。

  (3)经丝光和碱缩都能提高竹原纤维单纱的强力，关键是碱浓和时间的控制。因为竹纤维是一种新型的纤维素纤维，还有许多其他性能，有待于进一步探讨。

4  参考资料:

[1]唐人成 杨旭红，纺织用天然竹纤维的结构和热性能[A]"中大洁润杯"全国中青年染整工作者论坛[C]2003；133-134

[2]孙宝芬 隋淑英 孙永军等，新型再生纤维素纤维——竹纤维[J]山东纺织科技，2003，(2)；45

[3]徐艳华，竹纤维针织物染整工艺[J]印染，2004，(9)；15

[4]岳新霞 孙卫国，竹纤维的性能及其产品开发[J]陕西纺织，2004，(3)；44-45