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        新疆棉稈皮纖維紡紗性能的研究方向探討

        2018-12-05 17:46:38張慧卿劉永川
        中國纖檢 2018年7期

        文/張慧卿 劉永川

        新疆作為全國的商品棉基地,實施棉花目標價格改革政策后,2017年度棉花總產(chǎn)量在450萬噸以上。棉花秸稈作為棉花生長的枝干,其數(shù)量遠遠大于棉花。棉花采摘完畢后,棉稈大部分被焚燒或者直接翻埋漚肥,焚燒棉稈會造成嚴重的環(huán)境污染,直接翻埋漚肥的降解周期長,未降解的棉稈會對地膜等設(shè)施造成傷害。棉稈皮纖維存在于棉花秸稈的表層韌皮中,是由纖維素伸長增厚形成的長纖維,這種纖維是純天然有機纖維,綠色環(huán)保,可以自然降解。

        棉稈皮纖維是一種優(yōu)良的韌皮長纖維,棉稈皮部分占整株棉稈重的26%,棉稈皮中纖維素含量高達70%,纖維長度多分布在5cm~25cm,細度為2.77tex~4.46tex,斷裂強力44.63cN/tex,斷裂伸長7.56%;其長度比黃麻、大麻和竹纖維要長,細度與亞麻、黃麻接近,斷裂強力與亞麻接近,比黃麻、竹纖維要高[1],斷裂伸長比亞麻、黃麻、竹纖維都要高。由此可見棉稈皮纖維具有較強的可紡性能,通過試驗已經(jīng)證明棉稈皮纖維經(jīng)過精細處理后可以應(yīng)用于紡織,如果能夠大規(guī)模推廣,不僅能避免資源浪費,還能顯著增加農(nóng)民收入。

        棉稈皮纖維脫膠工藝

        棉稈皮纖維是由纖維素、果膠、半纖維素、木質(zhì)素和灰分等組成,其中纖維素等成分都是由果膠作為粘合劑粘結(jié)在一起,只有對棉稈皮纖維進行脫膠處理,才能得到適于紡織的纖維,并且脫膠的方法和效果決定了棉稈皮纖維的可紡性和染色性[2]。傳統(tǒng)的棉稈皮脫膠方法采用化學(xué)方法或天然水漚法,化學(xué)法環(huán)境污染嚴重,水資源消耗大,水漚法勞動生產(chǎn)率低、耗費時間長。考慮到新疆水資源匱乏,生態(tài)資源基礎(chǔ)脆弱,因此認為棉稈皮纖維的脫膠研究方向為綠色環(huán)保的生物酶脫膠法、閃爆脫膠法、超聲波脫膠法。

        生物酶脫膠法就是將脫膠菌培養(yǎng)到菌生長的衰老期后進行過濾或離心等處理,得到的粗酶液,再將粗酶液提純、濃縮為液劑或粉劑,使用時再還原成粗酶液,用于浸漬棉稈皮,使其酶解脫膠[3]。生物酶脫膠法具有纖維損傷小、環(huán)境污染少等優(yōu)點,但面臨的困難主要是產(chǎn)酶菌種活力太低,去除木質(zhì)素效果不是很好,脫膠后的纖維還含有較多的殘留膠質(zhì),目前國內(nèi)生物酶脫膠的應(yīng)用尚未形成規(guī)模。

        閃爆脫膠法就是在高溫高壓條件下,水蒸氣滲入到纖維素分子內(nèi)部與纖維素內(nèi)部羥基形成氫鍵,由于閃爆過程是瞬間完成,吸附在纖維素內(nèi)孔及間隙的水蒸氣瞬間沖出,釋放出巨大的能量,足以打斷纖維束間的化學(xué)鍵結(jié)合,達到脫膠的目的。閃爆脫膠法具有處理時間短、高效、低成本、無污染等優(yōu)點,同時閃爆脫膠法還能夠有效改善纖維的結(jié)構(gòu),提高了纖維的熱穩(wěn)定性及化學(xué)反應(yīng)性能,但也存在蒸汽閃爆壓力較難控制、纖維分裂度不高等問題。

        超聲波脫膠法就是利用超聲波特有的“空化效應(yīng)”,通過對預(yù)處理后棉稈皮纖維微觀結(jié)構(gòu)中水分子的作用,液體中的微小泡核在聲波作用下被激活,表現(xiàn)為泡核的振蕩、生長、收縮乃至崩潰等一系列動力學(xué)過程,再通過微波獨特的加熱方式,達到松解和去除棉稈皮中膠質(zhì)的目的。超聲波脫膠法具有脫膠時間短、能耗小、低環(huán)保等特點,且在保護纖維原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,大幅度改善其可紡性能,但也存在脫膠設(shè)備費用較高,效果影響因素復(fù)雜,技術(shù)研究不夠廣泛等問題。

        棉稈皮纖維柔軟處理方法

        脫膠后得到的棉稈皮纖維束,細度顯著提高,但仍具有彎曲剛度大、成網(wǎng)抱合力差等缺點,在棉型梳理機上成網(wǎng)困難,無法直接與棉及其他纖維進行紡紗,需要進行棉稈皮纖維柔軟處理,增加纖維的柔軟度,改善回潮率,降低表面摩擦系數(shù)等。纖維柔軟處理方法主要有草酸交聯(lián)法、陽離子活性劑法和養(yǎng)生軟化法。通過相關(guān)試驗對比,認為研究方向為對纖維損傷小、試劑殘留量少的養(yǎng)生軟化法。

        草酸交聯(lián)法是使用化學(xué)的方法,通過交聯(lián)劑的作用,使纖維分子間發(fā)生縮聚反應(yīng)和加聚反應(yīng),生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子,試驗證明經(jīng)適度交聯(lián),纖維的柔軟度會有所改善,但會對纖維造成不同程度的損傷。

        陽離子活性劑法就是利用纖維素在水中,因為電離作用呈現(xiàn)負電性,加入帶有正電性的陽離子活性劑后,發(fā)生定向吸附,借助陽離子活性劑的特殊性能可以改善纖維的柔軟度,但是陽離子活性劑的吸附具有較強的作用力不易發(fā)生脫附,致使纖維增重率很大,試劑殘留比較嚴重。

        養(yǎng)生軟化法是指用油劑、助劑等制備養(yǎng)生乳液,養(yǎng)生乳液在一定條件下對纖維進行處理,表現(xiàn)為纖維表面的吸附和纖維內(nèi)部的滲透,從而增加纖維的強度、柔軟度、控制靜電的產(chǎn)生。油劑包括各種礦物油、植物油和動物油,助劑包括乳化劑、滲透劑、柔軟劑等[4]。這種吸附和滲透的作用力較弱,不會產(chǎn)生嚴重的纖維增重,有效提高了纖維表面的光滑性,減少纖維與纖維以及纖維與機件之間的摩擦。

        棉稈皮纖維紡織改性方法

        棉稈皮纖維經(jīng)過柔軟處理之后,適紡性能明顯改善,可以與棉等纖維進行混紡,得到不同紡織類型和混紡比例的紗線或面料。根據(jù)棉稈皮纖維具有高結(jié)晶度、高取向度、斷裂伸長小、卷曲性小、初始模量大等缺點,預(yù)計其紗線或面料粗糙硬挺,毛羽多、染色性差,穿著時有刺癢感,易折皺,為了克服這些缺點,就要進行棉稈皮纖維的紡織改性處理。改性處理方法主要有化學(xué)處理法、低溫等離子法、生物酶法、超聲波處理法、液氨處理法等?;瘜W(xué)處理法對纖維有不同程度的損傷,環(huán)境污染嚴重,認為研究方向為節(jié)能環(huán)保的低溫等離子法、生物酶法、超聲波處理法、液氨處理法。

        低溫等離子處理法是利用等離子體中含有的大量電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子等活性粒子,用其轟擊材料表面時會將能量傳遞給表層分子,使材料發(fā)生熱蝕、交聯(lián)、降解和氧化反應(yīng),在材料表面產(chǎn)生大量的自由基或引進一些極性基團,從而使材料表面性能獲得優(yōu)化。試驗結(jié)果表明通過等離子體作用,明顯改進棉稈皮纖維的染色性能,同時對接枝改性效果也較好[5]。

        生物酶法是通過生物酶催化作用,使纖維素大分子發(fā)生水解,從而改變分子間結(jié)構(gòu)。此方法對環(huán)境污染小,節(jié)約能源,整理后的紗線和面料上不殘留任何有害化學(xué)物質(zhì)。試驗結(jié)果表明經(jīng)過生物酶法整理的棉稈皮纖維白度、斷裂強度有所下降,但是織物的手感變得柔軟,品質(zhì)提高。

        超聲波處理法是通過超聲波的“空化效應(yīng)”,對纖維微觀結(jié)構(gòu)中水分子的作用,使纖維無定形區(qū)的空隙加大,同時提高染料的分散程度,致使染料分子更容易地擴散進入纖維的無定形區(qū)。試驗表明超聲波處理后,棉稈皮纖維上染速率增大,勻染透染性好,可以實現(xiàn)織物的低溫短時間染色等效果。

        液氨處理法是利用液氨分子量小,能滲入纖維內(nèi)部,引起纖維均勻膨化,從而松弛了織物加工過程中所受的各種應(yīng)力,提高纖維分子間定向排列程度,同時又不損傷纖維,作用完畢能夠快速滲出,達到改變纖維性質(zhì)的目的。試驗結(jié)果表明用液氨整理出的紗線和面料具有尺寸穩(wěn)定、回彈性好,布面平整、紋路清晰,光澤柔和、手感滑爽,變色少等顯著特點[6]。

        通過上面的分析可以看出,棉稈皮纖維具有很高的可紡性能和使用價值,是優(yōu)質(zhì)的天然纖維[7]。然而目前對棉稈皮纖維紡織性能方面的研究還遠遠不夠,沒有開發(fā)出棉稈皮纖維的經(jīng)濟價值,造成大量寶貴資源的廢棄。應(yīng)當(dāng)從節(jié)能環(huán)保、減少化學(xué)殘留的方向,加大力度對棉稈皮纖維的綜合利用進行研究,彌補我國天然紡織纖維資源的短缺。文章不足之處請大家指正。

        [1] 張勝靖,李龍.棉稈皮纖維柔軟處理工藝與梳理性能研究[D].西安:西安工程大學(xué),2010:20-23.

        [2] 李龍,盛冠忠,吳磊,棉稈皮資源利用開發(fā)研究[J],中國麻業(yè)科學(xué),2008(4):12-13.

        [3] 張燕,陳宇岳,亞麻纖維蛋白質(zhì)改性及結(jié)構(gòu)與性能研究[D].江蘇:蘇州大學(xué),2009:25-27.

        [4] 吳君南,陳建勇,郝新敏,閃爆處理對環(huán)麻纖維脫膠效果結(jié)構(gòu)與性能影響的研究[D].浙江:浙江理工大學(xué),2008:31-33 .

        [5] 楊震,陳建勇,棉稈皮高溫快速脫膠及棉稈皮纖維結(jié)構(gòu)性能的研究[D].浙江:浙江理工大學(xué),2003:27-29.

        [6] 楊英賢,姜宜寬.羅布麻超聲波脫膠工藝研究[D].青島:青島大學(xué),2006:36-38.

        [7] 裴華強,翟耀華,棉稈皮纖維化學(xué)脫膠工藝初探[J],山東紡織科技, 2008(4):30-32.

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