孫穎李端鑫邱貴軍陳嘉琳甘應(yīng)進(jìn)

（1.齊齊哈爾大學(xué)，黑龍江齊齊哈爾，161000；2.亞麻加工技術(shù)教育部工程研究中心，黑龍江齊齊哈爾，161000；3.現(xiàn)代服裝技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心閩江學(xué)院，福建福州，350121）

劍麻屬于葉纖維，大量種植于我國(guó)南部地區(qū)［1-2］；其組成成分復(fù)雜，結(jié)晶度高，且不同麻齡的劍麻纖維中所含的硫元素與微量元素不同［3-4］。劍麻中木質(zhì)素含量高，使得劍麻纖維粗硬、強(qiáng)力高，廣泛用于航海的纜繩［5］。由于劍麻纖維結(jié)晶度高，導(dǎo)致處理試劑與纖維的反應(yīng)性差，脫膠效率低，處理工藝繁瑣。目前，制備劍麻纖維常用的方法有物理、化學(xué)、生物酶［6］，其中物理脫膠的主要處理為機(jī)械刮麻，可減少部分膠質(zhì)；化學(xué)脫膠常用氫氧化鈉作為處理劑，可溶解部分水溶性膠質(zhì)［7-8］；生物酶脫膠主要是果膠酶，木聚糖酶、漆酶、半纖維素酶也有應(yīng)用，利用酶的高效性、專一性與溫和性脫去纖維膠質(zhì)［9］。我們?yōu)橹迫【哂幸欢杉徯缘膭β槔w維，分別探討了雙氧水、硫酸、氫氧化鈉對(duì)劍麻脫膠效果的影響，得出了最佳劍麻處理工藝；為研究脫膠后劍麻纖維的可紡性，紡制了劍麻滌綸棉混紡轉(zhuǎn)杯紗。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1.1 試驗(yàn)原料與試劑

原料：10 cm的劍麻纖維（中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所）。

試劑：氫氧化鈉（分析純，遼寧泉瑞試劑有限公司），質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%硫酸（分析純，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司），質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%雙氧水（分析純，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司）。

儀器：HH-4型電熱恒溫水浴鍋（北京永光明醫(yī)療儀器廠），DHU型清梳聯(lián)合實(shí)驗(yàn)機(jī)、DHU A301型試驗(yàn)并條機(jī)、細(xì)紗小樣機(jī)（東華大學(xué)），數(shù)字式小樣粗紗機(jī)（南通三思機(jī)電科技有限公司），YGB-002型纖維細(xì)度儀（溫州市大榮紡織儀器有限公司），LLY-06E型電子單纖維強(qiáng)力儀（萊州電子儀器有限公司），Spectrum one型紅外光譜分析儀（美國(guó)PE公司），掃描電子顯微鏡（日立）。

1.1.2 脫膠工藝流程

劍麻脫膠工藝流程：預(yù)處理→雙氧水處理→水洗→酸浸→水洗→堿煮→水洗→酸浸→水洗→堿煮。

1.1.3 紡紗工藝流程及參數(shù)

清梳聯(lián)合機(jī)試驗(yàn)參數(shù)：劍麻纖維、滌綸和棉按照混紡比1∶2∶7喂入清梳聯(lián)合機(jī)，出條速度6 m/min。

頭并工藝參數(shù)：喂入生條4根，總牽伸3倍，后區(qū)牽伸1.25倍，出條速度6 m/min。

二并工藝參數(shù)：喂入條子6根，總牽伸4倍，后區(qū)牽伸1.25倍，出條速度6 m/min。

粗紗小樣機(jī)工藝參數(shù)：總牽伸6倍，后區(qū)牽伸1.25倍，車速1 000 r/min。

細(xì)紗小樣機(jī)工藝參數(shù)：線密度36 tex，錠速6 000 r/min，捻系數(shù)398，后區(qū)牽伸1.5倍。

2 性能檢測(cè)

殘膠率含量測(cè)試參照GB/T 5889—1986《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》。

精干麻纖維細(xì)度通過稱重法測(cè)量單根纖維10 cm長(zhǎng)度質(zhì)量，測(cè)試3次，取平均值。纖維直徑通過顯微鏡進(jìn)行測(cè)試，不同部位測(cè)試20次，取平均值。斷裂強(qiáng)力通過LLY-06E型電子單纖維強(qiáng)力儀測(cè)試，拉伸隔距20 mm，拉伸速率20 mm/min，測(cè)試3次，取平均值。

混紡紗線捻度通過Y331A型紗線捻度機(jī)測(cè)試，測(cè)試3次，取平均值?；旒徏喚€強(qiáng)力等通過YG061型電子單紗強(qiáng)力儀測(cè)試，測(cè)試3次，取平均值?；旒徏喚€條干均勻度通過CT200型條干均勻度測(cè)試分析儀測(cè)試，測(cè)試3次，取平均值。

采用Spectrum one型紅外光譜分析儀對(duì)脫膠前后的劍麻纖維進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。

取脫膠前后的劍麻纖維，在掃描電子顯微鏡上進(jìn)行形貌觀察。

3 結(jié)果與討論

3.1 雙氧水濃度對(duì)劍麻脫膠效果的影響

浴比1∶50，一定濃度雙氧水溶液于一定溫度下處理劍麻。再經(jīng)硫酸溶液于室溫下處理一定時(shí)間。后經(jīng)氫氧化鈉溶液于90℃處理。以殘膠率、纖維直徑和纖維斷裂強(qiáng)力為依據(jù)，探究雙氧水濃度、雙氧水處理溫度和時(shí)間、硫酸溶液濃度和處理時(shí)間、氫氧化鈉溶液濃度和處理時(shí)間對(duì)劍麻纖維脫膠的影響。通過單因素分析，選取的最佳因素為：雙氧水濃度15 g/L，雙氧水處理時(shí)間60 min，雙氧水溫度60℃，硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%，硫酸處理時(shí)間24 h，氫氧化鈉濃度5 g/L，氫氧化鈉處理時(shí)間120 min。因硫酸處理時(shí)間和氫氧化鈉處理時(shí)間對(duì)劍麻的脫膠效果影響較小，所以選擇五因素三水平進(jìn)行正交試驗(yàn)及分析。具體試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1可知，影響殘膠率的考察指標(biāo)因素的主次順序?yàn)镋＞B＞A＞C＞D，影響直徑因素的主次順序?yàn)锽＞A＞D＞E＞C，影響斷裂強(qiáng)力因素的主次順序?yàn)锽＞A＞C＞E＞D。由于殘膠率和斷裂強(qiáng)力對(duì)劍麻脫膠更為重要，A3B2C2D2E2綜合評(píng)價(jià)最高，聯(lián)合脫膠正交試驗(yàn)的最優(yōu)工藝條件為：雙氧水濃度20 g/L，雙氧水處理時(shí)間60 min，雙氧水處理溫度60℃，硫酸濃度8 g/L，氫氧化鈉濃度5 g/L。

表1聯(lián)合脫膠工藝正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 劍麻纖維殘膠率及纖維性能測(cè)試

最優(yōu)脫膠工藝處理前、后劍麻纖維殘膠率及纖維性能如下。

由以上數(shù)據(jù)可知，脫膠后劍麻纖維的脂蠟質(zhì)、水溶性物質(zhì)、木質(zhì)素、半纖維素、果膠含量降低，纖維素含量顯著提高，殘膠率大幅度降低，纖維細(xì)度和直徑減小。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：劍麻纖維去除一定程度的膠質(zhì)導(dǎo)致纖維細(xì)度變細(xì)，直徑變?。换瘜W(xué)法脫膠使纖維強(qiáng)力受到一定程度損傷，導(dǎo)致纖維斷裂強(qiáng)力下降。

3.3 混紡紗線捻度、單紗強(qiáng)力及條干均勻度測(cè)試

經(jīng)測(cè)試，所紡成的36 tex劍麻混紡紗捻度37.78捻/10 cm，斷裂強(qiáng)度12.73 cN/tex，斷裂伸長(zhǎng)率4.106 7%，斷裂功2.667 mJ，條干CV21.17%。由以上數(shù)據(jù)可知，混紡紗線的捻度較小，斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)等單紗強(qiáng)力指標(biāo)較小，劍麻與滌綸、棉纖維的抱合力沒有純棉紗線纖維之間的抱合力強(qiáng)。因劍麻較粗，與滌、棉混紡時(shí)纖維間不能完全抱合，紡出的紗線會(huì)有一些纖維支出紗線外，這會(huì)使條干均勻度儀判斷粗細(xì)節(jié)有一定程度的偏差，使混紡紗線的條干CV升高。

3.4 紅外分析檢測(cè)

劍麻紅外光譜圖見圖1。其中處理后的劍麻纖維為經(jīng)最優(yōu)工藝脫膠后的纖維。

圖1處理前后劍麻纖維紅外光譜圖

由圖1劍麻纖維脫膠前后的光譜圖可知，在3 400 cm-1～3 000 cm-1處寬的吸收峰為—OH的振動(dòng)吸收峰，1 160 cm-1～1 000 cm-1處為伯羥基和仲羥基的彎曲振動(dòng)吸收峰。2 930 cm-1～2 850 cm-1處為C—H（—CH3，—CH2—）伸縮振動(dòng)吸收峰，2 920 cm-1處的吸收峰歸結(jié)于非纖維素多糖物質(zhì)的C—H伸縮振動(dòng)吸收峰［10-11］，乙?；募籽趸咸烟侨┧崮咎菫榘肜w維素的主要成分［12］，羰基和乙?；卣魑辗逶? 730 cm-1和1 600 cm-1附 近［13］。經(jīng) 處 理 后 的 劍 麻 纖 維無1 730 cm-1的振動(dòng)吸收峰，且1 600 cm-1附近處的振動(dòng)吸收峰強(qiáng)度顯著減弱，這表明處理后的劍麻纖維中半纖維素含量減少。處理后的劍麻纖維在1 600 cm-1和1 220 cm-1附近處的振動(dòng)吸收峰減弱，木質(zhì)素被部分去除。

3.5 掃描電鏡檢測(cè)纖維

圖2為未處理劍麻纖維和經(jīng)最優(yōu)工藝脫膠后劍麻纖維的掃描電鏡圖（600倍）。

圖2處理前后劍麻纖維掃描電鏡圖

從圖2可看出，未處理的劍麻纖維中纖維表面粗糙，并且有很多膠質(zhì)小顆粒，存在很多節(jié)紋，纖維被膠質(zhì)包裹而無法呈現(xiàn)單根纖維狀態(tài)且直徑較大，經(jīng)處理后的劍麻纖維表面的節(jié)紋明顯減少，膠質(zhì)小顆粒已基本去除，直徑變小，纖維表面變得光潔。

3.6 劍麻滌綸棉混紡紗線檢測(cè)分析

圖3為劍麻滌綸棉混紡細(xì)紗經(jīng)解捻后平鋪在載玻片上的照片（光學(xué)顯微鏡20倍）。

圖3劍麻滌綸棉混紡紗線顯微鏡圖像

由圖3可以看出，劍麻纖維的直徑比棉和滌綸要大很多，可以清晰看出棉纖維天然轉(zhuǎn)曲，滌綸纖維表面光滑，細(xì)度比棉細(xì)。纖維均被梳理平行伸直，圖中部分不平行的纖維是平鋪在載玻片過程中人為因素將小部分纖維弄亂。

4 結(jié)論

（1）試驗(yàn)結(jié)果表明，最佳劍麻處理工藝為：浴比1∶50，20 g/L的質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%雙氧水于60℃下處理劍麻60 min，再經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%硫酸溶液于室溫下處理24 h，最后經(jīng)5 g/L NaOH溶液于90℃下處理2 h。最佳工藝處理后劍麻纖維殘膠率為5.45%，纖維直徑和斷裂強(qiáng)力分別為84.58μm、175.5 cN。

（2）脫膠處理后的劍麻纖維半纖維素和木質(zhì)素含量減少，劍麻纖維外部許多細(xì)小的膠質(zhì)顆粒在處理過程中得到良好去除，節(jié)紋減少，直徑明顯變小。

（3）將脫膠后劍麻纖維與滌綸和棉混紡，混紡比為2∶2∶6時(shí)，纖維集合體在經(jīng)過粗紗小樣機(jī)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)斷紗現(xiàn)象，紡紗效果不理想。混紡比為1∶2∶7時(shí)，可紡出具有一定強(qiáng)力的混紡紗。

（4）在紡紗過程中，因劍麻纖維過于粗硬，與棉、滌綸的混紡程度較差，在紡紗前對(duì)其進(jìn)行加濕，可增加纖維強(qiáng)力及纖維間的抱合力，使紡紗性能更優(yōu)。