歐陽(yáng)兆鋒，朱士鳳，2，田明偉，2，曲麗君，2

(1.青島大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，山東 青島 266071；2.山東省海洋生物質(zhì)纖維材料及紡織品協(xié)同創(chuàng)新中心，山東 青島 266071)

大麻纖維是一種韌皮纖維，天然環(huán)保，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于紡織生產(chǎn)，其保暖性好，具有抗霉抑菌防臭的效果，同時(shí)還具有吸濕排汗性、絕緣性、隔音性、耐曬防腐性、耐高溫性、抗紫外線性等，已廣泛應(yīng)用于服裝、繩索、床上用品、造紙[1]、醫(yī)療衛(wèi)生以及軍需用品等領(lǐng)域。石墨烯是一種二維自由態(tài)原子晶體,是目前所發(fā)現(xiàn)的最薄的二維材料，其理論厚度僅為0.35 mm[2]。石墨烯具有良好的導(dǎo)電性和開放的表面，較大的理論比表面積，優(yōu)良的導(dǎo)熱特性和儲(chǔ)能性質(zhì)，應(yīng)用前景廣闊[3]。本文采用石墨烯溶液作為功能整理劑，通過水浴堿氧一浴脫膠法對(duì)大麻原麻進(jìn)行脫膠改性整理，研究了改性大麻纖維的殘膠率、導(dǎo)熱性和機(jī)械性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

大麻原麻、1 g/L的石墨烯分散液(實(shí)驗(yàn)室自制)、硫酸、氫氧化鈉、雙氧水、雙氧水穩(wěn)定劑。

1.2 原麻堿氧一浴脫膠

本實(shí)驗(yàn)脫膠過程主要分兩步：預(yù)處理及堿氧一浴脫膠。堿氧一浴脫膠過程分別采用蒸餾水和石墨烯溶液，工藝流程如下：

對(duì)照組處理：大麻原麻→預(yù)處理(H2SO4)→水洗→堿氧一浴(蒸餾水)→水洗→酸洗→水洗→打纖→抖纖→烘干→大麻纖維。

實(shí)驗(yàn)組處理：大麻原麻→預(yù)處理(H2SO4)→水洗→堿氧一浴(石墨烯溶液)→水洗→酸洗→水洗→打纖→抖纖→烘干→大麻纖維。

1.3 表征與測(cè)試

紅外分析：使用Nicolet 5700型紅外光譜儀進(jìn)行紅外分析測(cè)試。

殘膠率分析：按照GB 5889—86標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行殘膠率分析。

導(dǎo)熱性能：采用由Pt 100型溫度傳感器和TES—1310型數(shù)位溫度采集器連接而成的裝置進(jìn)行纖維的導(dǎo)熱性能測(cè)試，烘箱溫度100℃，時(shí)間0～20 min。

機(jī)械性能：采用FAVIMAT AIROBOT全自動(dòng)單纖維強(qiáng)力測(cè)試儀進(jìn)行單纖維的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)等測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同方法處理后大麻纖維的紅外分析

圖1即為水浴處理及石墨烯溶液處理的大麻纖維紅外分析對(duì)比圖，通過分析可知，在797 cm-1處的吸收峰，屬于β—糖苷鍵振動(dòng)。纖維素結(jié)構(gòu)特征吸收峰主要處于1120 cm-1和1260 cm-1的吸收峰，觀察知這兩個(gè)吸收峰強(qiáng)度明顯不同，b組石墨烯溶液處理得到的大麻纖維吸收峰強(qiáng)度明顯高于a組，這是因?yàn)槭┤芤禾幚淼玫降拇舐槔w維較水浴處理得到的大麻纖維纖維素的含量更高，即石墨烯溶液處理大麻纖維的脫膠效果較高。同時(shí)，纖維素分子間氫鍵連接的羥基(—OH)吸收峰處于2960 cm-1，由圖1可知a組和b組大麻纖維在此處的峰位相同，均處于2960 cm-1，并且該峰相對(duì)比較平滑，其周圍沒有零散小峰，可知已經(jīng)有效除去了大麻纖維中的蠟質(zhì)。但b組此處的峰值強(qiáng)度明顯大于a組。

圖1 水浴處理及石墨烯溶液處理大麻纖維紅外分析對(duì)比圖注：a—水浴處理；b—石墨烯溶液處理

2.2 不同方法處理后大麻纖維的殘膠率

本文選用脫膠時(shí)間為120 min，溫度為100℃，按照GB 5889—86《苧麻化學(xué)成分定量分析法》進(jìn)行殘膠率測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 不同方法處理后大麻纖維的殘膠率

由表1可以看出，石墨烯溶液處理制取大麻纖維的殘膠率明顯低于水浴處理的，這表明石墨烯溶液處理可以降低大麻纖維的殘膠率。

2.3 不同方法處理后大麻纖維的導(dǎo)熱性

依據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，繪制出水浴處理及石墨烯溶液處理脫膠制得大麻纖維溫升曲線，如圖2所示。

圖2 兩種試樣及空白樣溫升曲線

通過分析，做出水浴處理及石墨烯溶液處理脫膠制得大麻纖維動(dòng)態(tài)傳熱率曲線，如圖3所示。

圖3 兩種試樣動(dòng)態(tài)傳熱率曲線

由圖2可知水浴處理得到的大麻纖維和石墨烯溶液處理得到的大麻纖維經(jīng)25 min后溫度分別為94.5℃和95.7℃，因此石墨烯溶液處理脫膠制得大麻纖維傳熱性能優(yōu)于水浴處理得到的。圖3可更直觀地顯示兩種方法下大麻纖維動(dòng)態(tài)傳熱率的差異，水浴處理大麻最終動(dòng)態(tài)傳熱率為20.7%，而石墨烯處理大麻為31.5%，因此石墨烯溶液處理對(duì)于提高大麻纖維的傳熱性能較水浴處理效果更明顯。其原因是在大麻纖維的脫膠過程中，一些石墨烯附著在大麻纖維的表面，有些甚至進(jìn)入到大麻纖維的內(nèi)部，而石墨烯又具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，從而使得大麻纖維的傳熱性能顯著提升。

2.4 不同方法處理后大麻纖維的力學(xué)性能

采用FAVIMAT AIROBOT全自動(dòng)單纖維強(qiáng)力測(cè)試儀進(jìn)行單根纖維的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)測(cè)試。具體試驗(yàn)參數(shù)如下：溫度：20℃，濕度65 %，隔距長(zhǎng)度：10 mm，拉伸速度：100 mm/min，測(cè)試次數(shù)50次，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 大麻纖維力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

由表2可以看出，石墨烯溶液處理得到的大麻纖維較水浴處理得到的大麻纖維而言，其斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率均顯著提高，這說明石墨烯溶液處理大麻不僅脫膠效果好而且在脫膠過程中對(duì)纖維損傷也小。

3 結(jié)語(yǔ)

通過不同處理前后大麻纖維各項(xiàng)性能的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，添加適量的石墨烯可以提高大麻纖維的強(qiáng)力，降低殘膠率，提高導(dǎo)熱性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬飛.張家川縣大麻生產(chǎn)現(xiàn)狀及對(duì)策[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2017，(12)：14.

[2] 胡耀娟，金娟，張卉，等.石墨烯的制備、功能化及在化學(xué)中的應(yīng)用[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2010，26(8)：2073—2086.

[3] 楊全紅，唐致遠(yuǎn).新型儲(chǔ)能材料-石墨烯的儲(chǔ)能特性及其前景展望[J].電源技術(shù)，2009，33(4)：241—244.