鐘智麗，王子帥

(天津工業(yè)大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津300387)

0 引言

隨著人民物質(zhì)水平的提高，追求自然的服裝面料的需求也日益凸顯。 眾所周知，天然纖維有四種，分別為棉、麻、絲、毛。 其中，麻纖維有許多優(yōu)點(diǎn)，例如吸濕透氣、除臭抗菌、防紫外線和防靜電等[1-2]。 正是因?yàn)槁槔w維有許多良好的性能，因此，不光是我國，世界上其他國家的人民對麻類紡織品產(chǎn)生喜愛。 在服裝上體現(xiàn)為一種時尚熱潮——麻時尚。 而公認(rèn)的“麻中之王”的大麻纖維還具有耐高溫、吸波吸附等性能。 傳統(tǒng)的大麻紡織工藝和產(chǎn)品已經(jīng)跟不上時代發(fā)展的步伐，應(yīng)當(dāng)在原有紡織品生產(chǎn)加工的基礎(chǔ)上開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)上，大麻的紡織技術(shù)和紡織品的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于時代前進(jìn)的腳步，因此，需要在原本的基礎(chǔ)上拓寬新領(lǐng)域，開發(fā)麻紡織品也是越來越有必要的。 近年來，在“十一五”、“十二五”期間，大麻等麻類紡織品得到顯著發(fā)展。 而且，在服用、家用、產(chǎn)業(yè)用紡織品這三大領(lǐng)域中均有應(yīng)用。 大麻行業(yè)尤其是在脫膠、水理以及產(chǎn)品開發(fā)等方面的研究也取得了良好效果。

在紡織工業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016—2020 年)[3]中重點(diǎn)提到加強(qiáng)天然纖維開發(fā)應(yīng)用，從原材料上解決開發(fā)應(yīng)用的難題，重點(diǎn)纖維種類是大麻、羅布麻、木棉等。 同時建立性能優(yōu)異的棉、麻、絲等開發(fā)基地。通過利用生物酶等手段實(shí)現(xiàn)大麻纖維脫膠，從而增大麻纖維的利用率。 目前，在天然纖維面料的設(shè)計(jì)行業(yè)需要投入精力；在紡織品整理方面需要提高技術(shù)。 從而天然纖維面料的性能得到提升，品質(zhì)得到提高，品牌得到樹立。 因此，國內(nèi)外的天然纖維市場得到開拓，促進(jìn)了麻纖維在國內(nèi)外的消費(fèi)，提升人民對健康、綠色、自然的面料的認(rèn)知。

在中國麻紡織行業(yè)“十三五”發(fā)展指導(dǎo)意見中，分別從市場、經(jīng)濟(jì)總量、科技、結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排和品牌目標(biāo)這六方面進(jìn)行麻紡織品的戰(zhàn)略定位[4]。 在“十三五”期間，麻紡織領(lǐng)域亟需將九項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)解決掉。 歸結(jié)為市場、麻產(chǎn)業(yè)、環(huán)境、原材料、科技和制度這六個方面。 在市場上：加大宣傳力度、及時規(guī)避風(fēng)險；在麻產(chǎn)業(yè)上：促進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整的同時加強(qiáng)整合力度、保持有序穩(wěn)步發(fā)展、提升產(chǎn)品服務(wù)，同時提升產(chǎn)業(yè)保障平臺；在環(huán)境上：發(fā)展綠色環(huán)保節(jié)能可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)紡織品；在原材料上：優(yōu)種優(yōu)育；在科技上：提升科技創(chuàng)新能力；在制度上：注重人才的培養(yǎng)，完善創(chuàng)新機(jī)制。 因此，加大開發(fā)大麻纖維產(chǎn)業(yè)的力度需要充分了解大麻纖維，只有深入的了解大麻纖維的結(jié)構(gòu)，才能細(xì)致剖析其性能，通過各種先進(jìn)技術(shù)處理改性大麻纖維，才能得到性能更加優(yōu)異全面的面料。

通過對大麻織物用堿處理等手段進(jìn)行整理，改善了織物硬挺的弱點(diǎn)，發(fā)揮了揚(yáng)長避短，優(yōu)勢互補(bǔ)的作用[5]。 在織物整理的過程中，大麻纖維逐漸變?nèi)彳?，其中的木質(zhì)素、果膠等成分在整理過程中含量減少，改善了服用性能。 本文通過使用掃描電子顯微鏡等措施分析表征經(jīng)過堿溶液處理的大麻纖維。 了解大麻纖維堿處理的過程中在外觀、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成發(fā)生的變化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及藥品

材料：平紋大麻織物，見表1.

藥品：氫氧化鈉(NaOH)

表1 大麻織物規(guī)格

1.2 測試儀器

TM-1000 型掃描電子顯微鏡、生物圖像電腦分析系統(tǒng)、NICOLET IS10 型紅外光譜分析儀。

1.3 實(shí)驗(yàn)工藝

首先，配置兩種工藝的氫氧化鈉溶液，其中，工藝Ⅰ：溫度60℃、濃度120g/L；工藝Ⅱ：溫度90℃、濃度60g/L；工藝Ⅰ和Ⅱ都處理20 分鐘。 將兩種工藝的溶液分別放在燒杯中，并貼好標(biāo)簽。 然后，將大麻織物樣品分別放入兩種濃度的燒杯中，待堿處理完成后，分別取出兩種工藝處理后的試樣。 接下來，利用蒸餾水清洗試樣，當(dāng)兩種試樣的酸堿度都達(dá)到中性時，停止清洗。 試樣在室溫下干燥。 分別從未處理和兩種工藝處理后的試樣中拆下紗線。

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維表面形態(tài)分析

通過使用掃描電鏡對大麻纖維進(jìn)行表征，可以明顯看到未經(jīng)處理和經(jīng)過工藝I 的堿處理后的大麻纖維的差異，如圖1。

圖1 大麻纖維掃描電鏡圖

通過大麻纖維的掃描電鏡圖發(fā)現(xiàn)，沒有經(jīng)過堿處理的大麻纖維硬挺，呈現(xiàn)散亂無序排列狀態(tài)，并且單纖維上有明顯的竹節(jié)，而紗線的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為明顯的疏松散亂。 經(jīng)過堿溶液處理的纖維柔軟順滑，單纖維上竹節(jié)、橫縱紋路顯著降低，大麻纖維得到了改善，紗線結(jié)構(gòu)緊密。

對于大麻纖維而言，其纖維韌度較大，表現(xiàn)為剛硬。 經(jīng)過堿溶液處理過后的大麻纖維，纖維表面比未處理時更圓潤光滑，纖維之間的摩擦力降低，從而使得大麻纖維織物的剛?cè)嵝缘玫教嵘?這是因?yàn)榇舐槔w維在堿處理過程中進(jìn)行了溶脹作用。而織物的紗線排列的更加密實(shí)，紗線直徑在堿處理這個過程中變小。

2.2 紗線細(xì)度分析

使用生物圖像電腦分析系統(tǒng)對經(jīng)工藝Ⅰ、Ⅱ進(jìn)行堿處理和未處理的織物紗線直徑進(jìn)行表征。 表2 為測試結(jié)果，圖2 為紗線直徑分布直方圖。

表2 大麻紗線平均直徑

圖2 紗線直徑分布直方圖

從表2 明顯看出，經(jīng)堿處理和未處理的紗線有顯著差別，經(jīng)過工藝Ⅰ處理后紗線的平均直徑最小，紗線不勻率也最小。 這是因?yàn)榇舐槔w維中的果膠、木質(zhì)素等雜質(zhì)在堿溶液的作用下被剔除，從而大麻纖維直徑變細(xì)，因此紗線結(jié)構(gòu)更加緊湊。 通過圖2 堿處理前后的紗線直徑分布直方圖可以明顯發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過堿溶液處理的大麻纖維的紗線直徑明顯變小，從而范圍也縮小，同時分布的比較平均。 對比表2 可以看出，同樣經(jīng)過堿處理后，工藝Ⅰ比工藝Ⅱ的處理效果更好，紗線的平均直徑更細(xì)，改善了紗線的不勻率，提升了紗線的性能。

2.3 纖維化學(xué)組成分析

用于鑒定官能團(tuán)存在的峰稱為特征吸收峰或特征峰。 譜圖中的吸收峰對應(yīng)于分子中某化學(xué)鍵或基團(tuán)的振動形式，同一基團(tuán)的振動頻率總是出現(xiàn)在一定區(qū)域[6]。 圖3 為工藝Ⅰ、Ⅱ進(jìn)行堿處理和未處理的織物紗線的紅外光譜圖。

圖3 大麻纖維的紅外光譜圖

觀察圖3，可以通過吸收峰的振動頻率判斷化學(xué)鍵或官能團(tuán)。 解析大麻纖維的特征峰，在3340cm-1、2900 cm-1、1620 cm-1、1030 cm-1處的官能團(tuán)分別為羥基(O-H)、甲基(CH3)以及亞甲基(—CH2)、C-O-H 基團(tuán)中C-O、C-O-C 基團(tuán)中CO 鍵，纖維素纖維的特征峰是由相應(yīng)的基團(tuán)伸縮振動引起的。 在1620cm-1和1400cm-1處分別是木質(zhì)素中碳氧雙鍵、環(huán)形碳碳雙鍵的伸縮振動造成的特征峰顯著降低。

觀察圖3(a)、圖3(b)，大麻纖維雖然經(jīng)過兩種不同濃度的堿溶液處理，但是相同基團(tuán)的特征峰在波數(shù)上并沒有變化，產(chǎn)生變化的只是波峰強(qiáng)度。說明大麻纖維經(jīng)堿溶液處理后，其內(nèi)部分子間的氫鍵遭到破壞，從而氫鍵的伸縮振動減小，其內(nèi)部結(jié)合力降低，因此加強(qiáng)了大麻纖維和堿溶液的化學(xué)反應(yīng)。 觀察紅外光譜圖發(fā)現(xiàn)，相較于工藝Ⅱ，工藝Ⅰ的波形變化幅度要大，因而工藝Ⅰ對于大麻纖維的作用更強(qiáng)烈。

3 結(jié)論

在掃描電鏡大麻纖維表面光滑柔順，單纖維上竹節(jié)、橫縱紋路顯著降低，紗線結(jié)構(gòu)緊密；生物圖像電腦分析系統(tǒng)，其紗線的平均直徑均明顯變細(xì)，通過工藝Ⅰ、Ⅱ的平均直徑對比，得到工藝Ⅰ處理效果更好，紗線直徑不勻率較低；大麻纖維經(jīng)過堿處理后，在紅外光譜變化中，每個官能團(tuán)對應(yīng)的特征峰在波數(shù)上并沒有改變，僅僅是波峰強(qiáng)度，大麻纖維在工藝Ⅰ處理效果更加強(qiáng)烈。 纖維的特征峰是由相應(yīng)的基團(tuán)伸縮振動引起的，官能團(tuán)分別為羥基(O-H)、甲基(CH3)以及亞甲基(—CH2)、C-O-H基團(tuán)中C-O、C-O-C 基團(tuán)中C-O 鍵。