聶 凱

(青島大學(xué)，山東 青島 266071)

隨著生活水平的提升，消費(fèi)者對(duì)綠色生態(tài)紡織品的需求量越來(lái)越大，天然生物質(zhì)纖維素纖維資源的開(kāi)發(fā)利用已成為紡織行業(yè)的重要課題。我國(guó)苧麻常年種植面積為1×105 hm2～2×105 hm2，約占全球總年產(chǎn)量的90%[1]。苧麻纖維作為一種廉價(jià)、產(chǎn)量大、易生物降解的天然高分子材料，因具有優(yōu)良的吸濕性、透氣性、抑菌性和獨(dú)特的風(fēng)格等優(yōu)點(diǎn)，受到消費(fèi)者的青睞，但由于苧麻纖維大分子間及分子內(nèi)存在大量氫鍵，結(jié)晶度高，織物彈性差、易起皺性、不耐磨、易損壞、易產(chǎn)生刺癢感等缺點(diǎn)，極大影響了應(yīng)用，因此通過(guò)改性降低苧麻的結(jié)晶度，提高柔軟度是目前的研究重點(diǎn)之一。

1 苧麻纖維柔軟改性的機(jī)理

1.1 溶脹預(yù)處理機(jī)理

合適的溶脹劑，可以使得纖維大分子之間的距離增大，實(shí)現(xiàn)使纖維柔軟目的，同時(shí)也為纖維素分子上的羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)提供輔助作用。同時(shí)溶脹作用降低了結(jié)晶度、取向度，使纖維素大分子無(wú)法重結(jié)晶，提高了纖維的斷裂伸長(zhǎng)和可紡性[2，3]。

1.2 化學(xué)改性機(jī)理

化學(xué)改性的機(jī)理是在纖維表面引入新的官能團(tuán)，使纖維素分子不能重結(jié)晶，主要方式為接枝共聚。接枝共聚改變了苧麻纖維的微細(xì)晶體結(jié)構(gòu)，降低了它的結(jié)晶度和取向度。并且引入官能團(tuán)能減小纖維表面的摩擦因數(shù)，提高彈性回復(fù)率和大分子的延伸能力，增加纖維的柔韌性。由于接枝基團(tuán)化學(xué)性質(zhì)活潑，易與染料分子結(jié)合，因而改善了苧麻纖維的染色性。通過(guò)與不同的官能團(tuán)接枝共聚，還可改善苧麻纖維的抗靜電性、防菌性等[4]。研發(fā)能適用苧麻纖維柔軟改性的新型高效、綠色、低能耗處理工藝和化學(xué)助劑是今后的發(fā)展趨勢(shì)[5]。

2 苧麻柔軟改性研究現(xiàn)狀

苧麻脫膠之后的精干苧麻纖維中除了含有少量木質(zhì)素外，大部分都為纖維素[6]。纖維素(C6H10O5)是由D-葡萄糖通過(guò)1，4-苷鍵連結(jié)而成的高分子聚合物[7]。葡萄糖環(huán)上3個(gè)位置有活潑羥基，這些羥基提供了大量的氫鍵。氫鍵的斷裂和重建對(duì)苧麻纖維的物理和化學(xué)性能影響很大，苧麻纖維柔軟處理的關(guān)鍵就在于對(duì)氫鍵的研究。

2.1 苧麻纖維柔軟整理

傳統(tǒng)企業(yè)苧麻柔化方法主要是精干麻與其他纖維制成混紡紗或者后處理添加油劑，以緩解麻織物的刺癢感[8]，或通過(guò)減少紗線(xiàn)毛羽，降低與皮膚之間的摩擦因數(shù)。對(duì)于麻類(lèi)織物來(lái)說(shuō)，燒毛、剪毛都能大量降低織物表面毛羽數(shù)量和長(zhǎng)度，但這兩種工藝在減少毛羽數(shù)量的同時(shí)，使得大部分的長(zhǎng)毛羽變成短毛羽，毛羽的抗彎強(qiáng)度提高，刺癢感加劇[9]；油劑的添加雖能降低苧麻纖維的摩擦因數(shù)，但此種方法效果維持性較差，成本高且不利于于綠色生產(chǎn)。

2.2 預(yù)處理

預(yù)處理過(guò)程中利用一些化學(xué)溶脹劑，如堿、液氨、離子液體等，既可使纖維大分子之間的距離增大，也可提高羥基活性，從而提高纖維的柔軟性。另外，溶脹苧麻纖維的溶劑不同，不僅會(huì)對(duì)纖維縱向、橫向外觀產(chǎn)生不同程度的影響，還可能對(duì)纖維內(nèi)部的晶體形狀產(chǎn)生影響。

2.2.1堿預(yù)處理

堿預(yù)處理是利用苧麻纖維在燒堿液中的溶脹消晶行為，簡(jiǎn)單方便，廣泛用于企業(yè)生產(chǎn)。堿的消晶作用能使溶液進(jìn)入纖維素內(nèi)部結(jié)構(gòu)中從而產(chǎn)生溶脹，此時(shí)分子間氫鍵強(qiáng)度削弱，形成更多活潑的羥基，同時(shí)分子鏈間距離增大，甚至斷裂，形成的羥基可與陰離子染料結(jié)合，大大提高苧麻的上染率[8]，當(dāng)堿濃度達(dá)到20%，纖維的上染率提升得非?？欤茉谌旧?0 min后達(dá)到96%[10]。堿法改性上染率較高、得色深、成本低、工藝參數(shù)易于控制，能和脫膠工藝一起進(jìn)行，速度快，效果好，但對(duì)纖維的損傷大，污染環(huán)境。吳曉燕、張?jiān)鞯热薣11]使用170 g/L NaOH溶液處理苧麻纖維，纖維溶脹程度和斷裂伸長(zhǎng)率較好，但存在耗能高、耗水高、廢水廢液處理成本高等問(wèn)題。閆暢[12]開(kāi)發(fā)了一種采用堿/尿素/甘油/Na2B4O7溶液低溫柔化處理苧麻纖維和苧麻織物的方法。由于該方法不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，處理過(guò)程中不消耗化學(xué)試劑，故其處理液可以回收重復(fù)使用，具有較高的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)[13]。項(xiàng)周瑜[13]發(fā)現(xiàn)利用堿尿素在低溫條件處理苧麻纖維時(shí)，其拉伸應(yīng)力降低，初始模量約降為未處理纖維的59.3%。

2.2.2液氨預(yù)處理

液氨預(yù)處理跟堿法預(yù)處理相似，通過(guò)破壞纖維大分子之間的氫鍵，使纖維表面平滑且光澤增強(qiáng)，同時(shí)纖維內(nèi)部空腔變小，縱向轉(zhuǎn)曲基本消除，截面變圓。Huang W. Y.等人[14]使用液氨處理苧麻纖維后，發(fā)現(xiàn)大分子鏈的分子量下降，結(jié)晶度下降了14.3%。

2.2.3新型溶脹劑處理

乙二胺/尿素/水混合液也是一種良好的溶脹劑，苧麻纖維放在其中會(huì)發(fā)生高度溶脹，產(chǎn)生消晶和消取向行為[15，16]，纖維的橫截面也由腰子形變成了橢圓形，中腔收縮，同時(shí)纖維表面微細(xì)纖維排列的規(guī)整度受到一定破壞，由平行排列變?yōu)榉瞧叫信帕?。金圣姬等人[17]進(jìn)一步研究了混合比、溫度與時(shí)間等因素對(duì)苧麻織物的影響，從而得到了優(yōu)化的工藝參數(shù)，但乙二胺有毒，工藝難度較大[17]。利用NMMO(N-甲基嗎啉-N-氧化物)作為溶脹劑處理苧麻纖維，發(fā)現(xiàn)纖維的結(jié)晶度下降，但苧麻纖維素大分子骨架和苧麻纖維的晶體結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯變化。同時(shí)經(jīng)NMMO處理的苧麻纖維和織物用活性染料染色時(shí)，染料吸收量和K /S值得到了很大提升。熊亞等人[7]利用DMSO/TEAC處理苧麻纖維，纖維的柔軟改性效果顯著。

2.3 化學(xué)改性

化學(xué)改性的目的就是在纖維表面引入新的官能團(tuán)，減小纖維表面的摩擦因數(shù)，提高彈性回復(fù)率和大分子的延伸能力，增加纖維的柔韌性。

2.3.1生物改性

生物改性方法主要利用生物酶改性。原理是利用纖維素酶對(duì)纖維素的降解作用，減小纖維素的結(jié)晶區(qū)，降低纖維素大分子聚合度，從而改善纖維的柔軟性。

2.3.2交聯(lián) 接枝 磺化 烷基化改性

纖維素交聯(lián)、接枝改性也是常用的方法。王永利[18]在利用堿液預(yù)處理苧麻纖維的基礎(chǔ)上，利用丙三醇三縮水甘油醚交聯(lián)劑，在纖維素?zé)o定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)表面形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)纖維的柔性和初始模量，提高了斷裂伸長(zhǎng)，提升了柔軟性。李龍，張勝靖[19]使用草酸軟化處理棉稈皮纖維時(shí)，發(fā)現(xiàn)草酸的雙鍵能夠在催化劑作用下與氨基、羧基等發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可將羥基作為接枝點(diǎn)，與化學(xué)柔性試劑大分子共聚?；腔男允峭ㄟ^(guò)苧麻纖維素與二硫化碳反應(yīng)生成纖維素磺酸酯，實(shí)現(xiàn)柔軟效果?；腔男院罄w維的斷裂強(qiáng)度、彈性、卷曲度等都有提高，但其存在污染大、工藝長(zhǎng)、成本高等問(wèn)題。烷基化改性是在強(qiáng)堿液中加入烷化劑(如丙烯酸、丙烯腈、異丙醇)以增強(qiáng)纖維膨化，并通過(guò)乙烯基類(lèi)單體與麻類(lèi)織物接枝共聚以提高其皺折回復(fù)性、耐磨性、染色性、防污性等，但此方法有非接枝水溶性聚合物產(chǎn)生且去除困難。

2.3.3離子改性

江亦李等人[20]采用季銨類(lèi)表面活性劑對(duì)苧麻纖維進(jìn)行陽(yáng)離子化改性。張?zhí)炖祝瑥堣21]結(jié)合等離子技術(shù)對(duì)熱粘合織物進(jìn)行柔軟處理?？椢锉韺永w維經(jīng)過(guò)等離子處理后引入活性基團(tuán)與柔軟劑分子結(jié)合，并用高速等離子流沖擊材料，使得材料的表面發(fā)生交聯(lián)、刻蝕、接枝、聚合等，實(shí)現(xiàn)材料的表面改性，這種處理方式一般只影響纖維表面，不改變纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)[18]。離子液體作為目前熱門(mén)的綠色化學(xué)試劑，具有不揮發(fā)、易回收等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)的纖維素溶劑，其溶解相對(duì)容易，設(shè)備要求簡(jiǎn)單。離子液體對(duì)苧麻纖維的改性具有兩方面的作用[22]：(1)離子液體可溶解纖維素，使纖維的結(jié)晶度降低，手感、刺癢感和易脆性改善；(2)某些離子液體可被吸附在纖維表面并形成一層柔性膜以改善纖維的手感。離子液體的進(jìn)一步研究對(duì)苧麻纖維的柔化改性有非常重要的意義。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)有效的柔化改性，減弱或者完全消除苧麻纖維在紡織加工、服用方面的不足，提升其市場(chǎng)認(rèn)可度，將極大地增強(qiáng)苧麻纖維在紡織行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。創(chuàng)新高效經(jīng)濟(jì)的處理工藝、研發(fā)綠色環(huán)保的新型助劑是今后的發(fā)展重點(diǎn)。