黎征帆，楊建平，郁崇文

（東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620）

多糖組分對苧麻纖維性能的影響

黎征帆，楊建平，郁崇文

（東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620）

采用逐步去除苧麻纖維各膠質(zhì)成分的方法，分析了果膠和半纖維素對纖維性能的影響.研究結(jié)果表明，果膠對纖維分離程度影響很大，半纖維素對纖維分離也有一定影響.隨著半纖維素含量的減少，纖維的線密度、斷裂伸長率和斷裂強(qiáng)度均改善，但當(dāng)半纖維素含量減少到一定程度時，纖維的線密度、斷裂伸長率和斷裂強(qiáng)度隨著半纖維素含量的減少而改善不明顯.綜合考慮纖維性能和制成率，半纖維素的含量減少到1.22%左右即可.

苧麻；半纖維素；果膠；多糖；纖維性能

苧麻［1-2］因其纖維長、強(qiáng)度高以及吸濕透氣性好，是良好的紡織原料.苧麻紡紗前需要通過脫膠去除纖維的膠質(zhì)，從而使纖維分散，并改善苧麻纖維的性能.在實際生產(chǎn)中，膠質(zhì)是否需要全部去除值得商榷，在保證纖維分散和纖維性能達(dá)到一定水平的情況下，適當(dāng)保留部分膠質(zhì)，可以提高纖維的制成率，減輕脫膠負(fù)擔(dān)，降低生產(chǎn)成本.

為了保證脫膠后纖維的分散，需要控制精干麻的殘膠率，苧麻精干麻優(yōu)等品的殘膠率應(yīng)控制在3%以內(nèi)［3］，這是根據(jù)生產(chǎn)實際經(jīng)驗從整體上提出殘余膠質(zhì)的控制量.膠質(zhì)包括半纖維素、木質(zhì)素、果膠、脂蠟質(zhì)、水溶物等成分，不同成分在纖維的存在部位，以及對纖維性能和纖維分散程度的影響不盡相同，需要區(qū)別考慮.其中，果膠和半纖維素由多糖組成，其含量（在苧麻中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）占膠質(zhì)總含量的60%以上，是苧麻脫膠的重點.文獻(xiàn)［4］研究了苧麻膠質(zhì)組分對纖維白度和染色性能的影響，但果膠和半纖維素對纖維力學(xué)性能的影響還未有研究.本文采用逐步去除纖維各膠質(zhì)成分的方法，定性分析果膠和半纖維素對纖維性能的影響，并初步探討半纖維素含量對纖維性能的影響，從而為苧麻脫膠工藝的合理制定提供參考.

1 試 驗

1.1 試驗原料

苧麻原麻，湖南沅江；草酸銨、NaOH、硫酸、苯、乙醇等化學(xué)試劑均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.

1.2 膠質(zhì)成分的去除

根據(jù)GB 5889—1986《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》，測試原麻的化學(xué)組成，依次去除原麻的脂蠟質(zhì)、水溶物、果膠和半纖維素，分別對水溶物、果膠和半纖維素提取后的纖維給油風(fēng)干后，測定纖維性能.以上試驗平行重復(fù)兩次取均值.

對已去除脂蠟質(zhì)、水溶物和果膠后的試樣，使用質(zhì)量濃度為20 g／L的NaOH溶液（浴比為1∶30）冷凝回流沸煮以提取半纖維素，提取時間分別為5，20，30，60，90，150，210 min.將不同時間抽提后的試樣分兩部分：一部分根據(jù)GB 5889—1986《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》，測定其半纖維素含量；另一部分給油風(fēng)干后測定纖維性能.以上試驗平行重復(fù)兩次取均值.

1.3 纖維性能測試

（1）測試環(huán)境.將待測試的苧麻纖維放在標(biāo)準(zhǔn)大氣下（溫度為20℃，相對濕度為65%）調(diào)濕24 h，纖維的線密度和拉伸性能的測試均在此標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下進(jìn)行.

（2）纖維線密度測試.參照GB 5884—1986《苧麻纖維支數(shù)試驗方法》，采用切斷稱重法測試，切斷隔距為40 mm.

（3）纖維拉伸性能測試.根據(jù)GB 5886—1986《苧麻單纖維斷裂強(qiáng)度試驗方法》，采用XQ-2型電子單纖維強(qiáng)力儀測試，拉伸隔距為20 mm，拉伸速度為10 mm／min，測試50根纖維.

1.4 纖維束外觀形態(tài)觀察

使用普通數(shù)碼照相機(jī)對苧麻纖維束拍照以觀察纖維束的纖維分散程度.

1.5 制成率的測試與計算

將原麻和脫膠處理后的麻在溫度為105℃下分別烘干至恒定質(zhì)量，再在干燥器內(nèi)冷卻30 min后稱其質(zhì)量，得到原麻和處理后的麻的干重，制成率計算式如下：

2 結(jié)果和討論

2.1 半纖維素和果膠對纖維性能的影響

試驗用苧麻的化學(xué)成分測試結(jié)果如表1所示.由表1可知，果膠和半纖維素總量（18.69%）占膠質(zhì)總量（27.25%）的68%.果膠分子［5-6］是由不同酯化度的半乳糖醛酸以α-1，4-苷鍵聚合而成的多糖，常帶有鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖等組成的側(cè)鏈，游離的羧基部分或全部與鈣、鉀、鈉離子等金屬離子結(jié)合形成果膠酸鹽，難溶于熱水.半纖維素是由兩種或兩種以上單糖組成的多種聚糖的集合體，一般認(rèn)為半纖維素有聚木糖、聚半乳糖葡萄糖甘露糖、聚葡萄糖甘露糖等組成，各種聚糖的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)不一［7-8］.由于果膠和半纖維素在膠質(zhì)中比重大，分析其對苧麻纖維性能的影響具有重要作用.

表1 苧麻化學(xué)組成Table 1 Ingredients in ramie fibers

半纖維素和果膠對苧麻纖維性能影響的試驗結(jié)果如表2所示.試驗所測的纖維線密度數(shù)值變化主要有兩方面原因：一是纖維的分離程度，膠質(zhì)脫除后，纖維分離，纖維線密度降低；二是纖維的質(zhì)量損失，膠質(zhì)脫除后，所測纖維出現(xiàn)質(zhì)量損失，也使纖維線密度降低.

對比果膠去除前后的苧麻線密度可以看出（見表2），果膠去除后，纖維線密度降低.雖然果膠去除后，單位長度的纖維出現(xiàn)的質(zhì)量損失會造成其線密度的降低，但是測得的纖維線密度（tex）降低幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于因苧麻果膠質(zhì)量損失而導(dǎo)致的纖維線密度的降低值，這說明果膠去除后實現(xiàn)了纖維的分離，纖維的線密度從而大幅降低.從水溶物和果膠去除后的苧麻纖維束外觀形態(tài)（見圖1）也可以看出，果膠去除后，纖維分散程度明顯增加.這說明果膠是黏結(jié)纖維的主要組成部分之一，由于脫膠的主要目的是實現(xiàn)纖維和纖維之間的分離，因此，在脫膠過程中應(yīng)該盡量去除果膠.

表2 半纖維素和果膠對苧麻纖維性能的影響Table 2 Effect of pectin and hemicellulose on ramie fiber properties

圖1 逐步去除各膠質(zhì)后苧麻試樣的外觀Fig.1 The appearance of ramie fiber with different steps of degumming

對比半纖維素去除前后苧麻纖維的性能可以看出（表2），半纖維素去除后，纖維線密度降低.雖然半纖維素去除后，單位長度的纖維質(zhì)量的減少會造成纖維線密度的降低，但測試得到的纖維線密度的降低幅度大于因半纖維素去除而導(dǎo)致的纖維線密度的降低值，這說明除果膠外，纖維中的半纖維素也可能部分存在于纖維與纖維之間，影響纖維的分離.從果膠和半纖維素去除后苧麻纖維束的外觀形態(tài)（見圖1）也可以看出，半纖維素去除后，纖維進(jìn)一步分散.纖維拉伸性能測試表明，半纖維素去除后，纖維斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率增加，這說明半纖維素的大量存在不利于纖維的分散與纖維拉伸性能的改善，應(yīng)該盡量去除.

2.2 半纖維素含量對纖維性能的影響

半纖維素含量隨煮練時間的影響及其對纖維性能的影響分別如圖2和3所示.由圖2可知，煮練60 min，半纖維素含量少于1.22%，而去除剩余1.22%的半纖維素需要繼續(xù)處理150 min.由圖3（a）可知，纖維線密度隨著半纖維素含量的降低而降低，而半纖維素含量少于1.22%時，纖維線密度降低不明顯，這說明此時黏結(jié)纖維的半纖維素已經(jīng)去除干凈，存在的少量半纖維素對纖維分離已經(jīng)沒有明顯影響.從使纖維完全分離的角度上考慮，半纖維素殘留在1.22%以內(nèi)滿足要求.由圖3（b）和3（c）可知，隨著半纖維素含量的減少，纖維斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率增加.半纖維素含量少于1.22%時，纖維斷裂強(qiáng)度隨半纖維素含量減少而增加的幅度很小；當(dāng)半纖維素含量少于0.40%時，纖維斷裂伸長率隨半纖維素含量減少而增加的幅度很小.

圖2 煮練時間與半纖維素含量間的關(guān)系Fig.2 Effect of scouring time on the hemicellulose content

圖3 半纖維素含量與苧麻纖維性能的關(guān)系Fig.3 Effect of hemicellulose content on ramie fiber property

單就提高纖維的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率而言，半纖維素含量越少越好，但是半纖維素完全去除的難度較大.由本試驗可以看出，使用質(zhì)量濃度為20 g／L的NaOH溶液（浴比為1∶30）煮練60 min，可以使得半纖維素含量從14.50%減少到1.22%，而去除剩余1.22%的半纖維素還需要繼續(xù)處理150 min.此外，半纖維素的部分殘留有助于提高苧麻制成率（見圖3（d））.綜合纖維斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率和線密度這3項指標(biāo)可知，半纖維素含量減少到1.22%左右較佳.

3 結(jié) 語

本文由多糖膠質(zhì)對苧麻纖維性能影響的定性分析表明，果膠對纖維分離程度影響很大，所以必須去除.半纖維素也可能部分存在于纖維與纖維之間，對纖維的分離有一定影響.半纖維素去除后，纖維斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率增加.試驗表明，隨著半纖維素含量的減少，纖維的線密度減小，斷裂伸長率和強(qiáng)度逐漸增加，但當(dāng)半纖維素含量少于1.22%時，隨著半纖維素含量的繼續(xù)減少，纖維線密度的降低不明顯，纖維強(qiáng)度的增加不明顯；當(dāng)半纖維素含量少于0.40%時，隨著半纖維素含量的繼續(xù)減少，纖維斷裂伸長率幾乎不變.由于殘余半纖維素完全去除難度大，且殘余部分半纖維素可以提高苧麻制成率.因此，綜合斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率和線密度這3項指標(biāo)，脫膠后半纖維素含量減少到1.22%左右較適宜.

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Effect of Polysaccharide on Ramie Fiber Property

LIZheng-fan，YANGJian-ping，YUChong-wen

（College of Textiles，Donghua University，Shanghai 201620，China）

The effect of pectin and hemicellulose on the ramie fiber property is studied by various ingredients removed gradually in the ramie fiber.The research result indicates that pectin greatly af fects the separation of fibers，the hemicellulose also has certain influence on the fiber separation.Along with the decrease of the hemicellulose content，the linear density，the breaking elongation，and the breaking tenacity of ramie fiber are improved，but when the hemicellulose content reduces to very few amount，these properties have no more improvement.The fiber performance and the product rate are considered，the hemicellulose content must be bellow about 1.22%.

ramie；hemicellulose；pectin；polysaccharide；fiber property

TS 102.2

A

2013-04-16

中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)研究體系資助項目（CARS-19-E25）

黎征帆（1987—），男，湖南長沙人，博士研究生，研究方向為植物纖維資源開發(fā)利用.E-mail：lzfdhufz0406＠163.com

郁崇文（聯(lián)系人），男，教授，E-mail：yucw＠dhu.edu.cn

1671-0444（2014）03-0266-04