屈永帥， 施朝禾， 張瑞云,， 趙樹元， 劉 柳

(1. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 201620； 2. 東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 201620；3. 東華大學(xué) 紡織科技創(chuàng)新中心， 上海 201620)

苧麻是我國特有的一種經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物，其環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，分布區(qū)域廣[1]。目前，我國苧麻的種植面積和產(chǎn)量約占世界的90% 以上，是世界苧麻生產(chǎn)和出口大國[2]。苧麻纖維強(qiáng)力高、長度長、可紡性好，以其為原料織造出的織物具有挺括、涼爽透氣、吸濕散熱快等特點(diǎn)，被廣泛用于服裝及家紡面料中；苧麻纖維由于防霉、抗菌抑菌等特性，也被用于各類衛(wèi)生保健品中；又因其絕緣、防腐等優(yōu)勢，在工業(yè)包裝材料、增強(qiáng)復(fù)合材料、航海設(shè)備等產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域具有非常廣闊的前景[3-4]。

苧麻原麻的主要成分是纖維素，半纖維素、果膠、木質(zhì)素、脂蠟質(zhì)等膠質(zhì)約占纖維的20%～30%，它們通過共價(jià)鍵、范德華力或氫鍵作用和纖維素伴生在一起[5-6]，需通過脫膠將膠質(zhì)從纖維素上脫除，獲得具有可紡性的苧麻單纖維[7]。目前化學(xué)脫膠法為大部分企業(yè)所采用，它是以氫氧化鈉為脫膠液在一定壓力下高溫煮練8 h，能耗大，時(shí)間長，環(huán)境污染嚴(yán)重；其他工藝如生物脫膠也因成本高、設(shè)備復(fù)雜而限制了其在工業(yè)中的發(fā)展[8-9]。與之相比，有機(jī)溶劑脫膠具有快速高效、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，是替代傳統(tǒng)脫膠工藝的可靠選擇之一。有機(jī)溶劑在高溫條件下對(duì)苧麻進(jìn)行脫膠，有助于纖維表面膠質(zhì)的快速脫落，從而獲得較高純度的纖維素纖維[10]。當(dāng)脫膠進(jìn)行到一定程度時(shí)，隨著膠質(zhì)的去除，纖維素逐漸暴露出來，從而導(dǎo)致纖維素發(fā)生不同程度的降解；若纖維素接觸到空氣，則會(huì)被空氣中的氧氣直接氧化，造成纖維素的損傷，從而影響纖維的力學(xué)性能。因此，在苧麻有機(jī)溶劑脫膠中減少纖維素的降解量，是目前所面臨的較關(guān)鍵的問題[11]。

為了解決上述問題，借鑒有機(jī)工藝制漿的相關(guān)研究，例如：將有機(jī)試劑與水配成脫膠溶液，通過降低溫度，減小溶劑對(duì)纖維素的極性作用，使二者之間的反應(yīng)變得緩和，從而降低纖維素的降解量；采用較大的浴比(麻纖維與脫膠液的質(zhì)量比)，將麻束浸沒于脫膠液面之下，或者在脫膠體系中充滿氮?dú)鈦頊p少纖維與空氣的接觸面積[12-14]。這些方法在一定程度上獲得了較高純度的纖維素，但也面臨著諸多的不足，如危險(xiǎn)性升高，成本增加，操作復(fù)雜等[15-16]。

本研究選用成本較低、安全環(huán)保型試劑蒽醌(anthraquinone，AQ)作為助劑，與有機(jī)溶劑乙二醇配成脫膠液，對(duì)纖維進(jìn)行脫膠。蒽醌既能夠催化木質(zhì)素脫除，又能夠清除溶劑中的初級(jí)自由基或過氧自由基，以降低碳水化合物(纖維素、半纖維素)的氧化降解量，來提高纖維的物理力學(xué)性能以及實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維制成率的調(diào)控。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

原料及試劑：苧麻原麻(湖南華升集團(tuán)有限公司)；乙二醇、蒽醌、硫酸、草酸銨、高錳酸鉀、銅乙二胺、硝酸、乙二胺(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，氫氧化鈉、苯、無水乙醇(分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)。

儀器：CP214型精密電子天平(常州奧豪斯儀器有限公司)；CT-946 A/B /C型控溫電熱板(華侖電子工具有限公司)；SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水真空泵(上海邦西儀器科技有限公司)；Y171 A型 40 mm中斷切斷器(常州市第二紡織機(jī)械廠)；DHG-P240A型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)；JWCGF型高溫高壓反應(yīng)釜(西安太康生物科技有限公司)；XQ-2型單纖維強(qiáng)伸度儀(上海新纖儀器公司)；0.55 mm奧氏粘度計(jì)(泰州椒江玻璃儀器有限公司)。

1.2 苧麻纖維有機(jī)溶劑脫膠方法

將乙二醇作為有機(jī)溶劑，與不同添加量(每個(gè)樣品添加量分別為0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)的蒽醌(AQ)配成脫膠溶液。將30 g苧麻原麻加入到脫膠液中，浴比為1∶10，在200 ℃ 條件下保溫60 min(程序控制：從20 ℃ 經(jīng)60 min升溫至200 ℃，之后保溫60 min)。該脫膠過程在反應(yīng)釜中進(jìn)行，為了降低能量損耗，整個(gè)脫膠過程中反應(yīng)釜始終與外界保持聯(lián)通狀態(tài)(即在常壓狀態(tài)下進(jìn)行)。將制得的苧麻纖維用專用試劑給油3 h，并烘干待測使用。

1.3 測試與表征

1.3.1 纖維成分、殘膠率與制成率分析

按照GB/T 5889—1986《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》對(duì)苧麻纖維殘膠率及成分進(jìn)行分析。每個(gè)試樣測試3次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取平均值。

苧麻纖維制成率(y)按照下式計(jì)算：

(1)

式中：m0為苧麻脫膠后的纖維干態(tài)質(zhì)量，g；m為苧麻脫膠前的纖維干態(tài)質(zhì)量，g。

1.3.2 化學(xué)結(jié)構(gòu)表征

使用Nicolet 6700紅外光譜儀(賽默飛世爾科技公司)對(duì)脫膠前后苧麻纖維上的官能團(tuán)進(jìn)行檢測。在4 000～400 cm-1的波數(shù)范圍內(nèi)共掃描30次。對(duì)得到的每個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線校正和平滑處理。

1.3.3 結(jié)晶性能分析

用 D/Max-2550 PC(日本理學(xué)株式會(huì)社)型 X 射線衍射測試儀檢測苧麻纖維的結(jié)晶度。銅靶的加速電壓和電流分別為 40 kV 和200 mA，掃描速度為2(°)/min，2θ范圍為5°～60°。結(jié)晶度指數(shù)(C)采用西格爾方法[17]通過下式計(jì)算：

(2)

式中：I002為晶格(002)在2θ為22°處發(fā)生的最大衍射強(qiáng)度；Iam為晶格在2θ為16°處發(fā)生的衍射強(qiáng)度。

1.3.4 纖維物理力學(xué)性能測試

對(duì)脫膠后苧麻纖維的線密度、強(qiáng)度、斷裂伸長率、斷裂功進(jìn)行測試。在測試之前，室溫條件下對(duì)纖維進(jìn)行給油(脫膠油劑FD-2Y07A，6.5 g/L)處理3 h，使纖維軟化易于梳理。取出纖維并將其置于通風(fēng)櫥中自然晾干48 h。將苧麻樣品置于標(biāo)準(zhǔn)條件(溫度為(20 ± 2)℃，濕度為(65 ± 2)%)下平衡24 h以上，然后在該條件下進(jìn)行物理力學(xué)性能測試。

根據(jù)GB/T 5884—1986《苧麻纖維支數(shù)試驗(yàn)方法》對(duì)苧麻纖維的線密度進(jìn)行測試。采用中斷切斷稱重法，先用鋼梳平行梳理纖維，再將束纖維置于中斷切斷器(切斷長度40 mm)上進(jìn)行切割，用扭力天平稱量束纖維的質(zhì)量，并計(jì)數(shù)束纖維的根數(shù)，根據(jù)式(3)計(jì)算纖維線密度：

(3)

式中：Ddt為纖維線密度，dtex；m1為束纖維的質(zhì)量，g；n為束纖維中所含纖維根數(shù)，根。

根據(jù)GB/T 5886—1986《苧麻單纖維斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)方法》對(duì)苧麻纖維的力學(xué)性能進(jìn)行測試：強(qiáng)度(纖維在斷裂時(shí)單位線密度上的斷裂強(qiáng)力)、斷裂伸長率(纖維在斷裂前伸長的能力)、斷裂功(拉斷纖維時(shí)外力所做的功)。每個(gè)試樣隨機(jī)抽取200根在XQ-1C型高強(qiáng)高模纖維強(qiáng)伸度儀上進(jìn)行拉伸，夾持距離為20 mm，預(yù)加張力為0.2 cN，拉伸速度為20 mm/min。單纖維的強(qiáng)度T(cN/dtex)根據(jù)式(4)計(jì)算：

T=F/Ddt

(4)

式中，F(xiàn)為纖維的斷裂強(qiáng)力，cN。

1.3.5 纖維聚合度測試

參考GB 5888—1986《苧麻纖維素聚合度測定方法》對(duì)苧麻纖維的聚合度進(jìn)行測試，每個(gè)試樣進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)，并取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 蒽醌保護(hù)纖維素及脫除木質(zhì)素的機(jī)制

依據(jù)相關(guān)化學(xué)理論，苧麻在乙二醇有機(jī)溶劑脫膠體系中主要發(fā)生2種反應(yīng)。第一，在高溫煮練過程中，空氣中的氧可直接將纖維素氧化。纖維素的氧化主要發(fā)生在纖維素大分子中葡萄糖基環(huán)中的羥基上，隨著羥基被氧化的數(shù)量增多，纖維素的聚合度也隨之下降，出現(xiàn)氧化裂解現(xiàn)象，在中性或酸性介質(zhì)中氧化時(shí)，常產(chǎn)生還原性纖維素，其反應(yīng)過程如圖1所示[18]。第二，在中性條件下，纖維素及半纖維素也會(huì)發(fā)生剝皮反應(yīng)，其反應(yīng)過程如圖2[19]所示，剝皮反應(yīng)會(huì)將含有醛基的葡萄糖單元一個(gè)一個(gè)脫掉，直到纖維素末端基轉(zhuǎn)化為偏變糖酸基的穩(wěn)定反應(yīng)為止，其剝皮反應(yīng)如圖3所示。

圖1 葡萄糖基環(huán)中羥基的氧化反應(yīng)Fig.1 Oxidation of hydroxyl group in glucose ring

注：R為纖維素。圖2 纖維素的剝皮反應(yīng)Fig.2 Peeling reaction of cellulose

注：R為纖維素。圖3 纖維素的終止反應(yīng)Fig.3 Stopping reaction of cellulose

在有機(jī)醇脫膠液中添加蒽醌后，加熱條件下，蒽醌會(huì)清除過剩的初級(jí)自由基或過氧自由基，避免纖維素受到嚴(yán)重的氧化[20-21]。此外，纖維素末端的醛基也會(huì)被蒽醌氧化成羧基，減緩剝皮反應(yīng)的進(jìn)行，此時(shí)蒽醌被還原為蒽氫醌而溶于乙二醇中，其反應(yīng)過程如圖4所示。纖維素和半纖維素因?yàn)槭艿奖Ｗo(hù)作用而使其降解量有所減少[22-23]，從而提高纖維的制成率。

圖4 蒽醌與碳水化合物及木質(zhì)素的反應(yīng)原理Fig.4 Reaction among anthraquinone, carbohydrates and lignin

在苧麻纖維中，木質(zhì)素是一種含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的高分子化合物，成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，主要存在于木質(zhì)層中，在脫膠過程中很難去除。而在本研究中，添加的蒽醌可以加速木質(zhì)素中β-芳基醚鍵的裂解，促進(jìn)木質(zhì)素的脫除[21，24]，這是因?yàn)槿芙庠谝叶贾械妮鞖漉珪?huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鞣油x子，誘導(dǎo)木質(zhì)素中β-芳基醚鍵發(fā)生斷裂，同時(shí)蒽氫醌被氧化成蒽醌，其反應(yīng)機(jī)制如圖4所示。此外，蒽醌還可與一些金屬離子(如鐵離子)發(fā)生絡(luò)合作用，使脫膠后的纖維顏色變淺，易于后期的漂洗。

2.2 蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維性能的影響

2.2.1 對(duì)纖維化學(xué)成分及制成率的影響

表1示出是否添加蒽醌對(duì)苧麻化學(xué)成分及制成率的影響?？梢钥闯觯砑虞祯?，纖維中纖維素的含量僅升高了0.74%(半纖維素含量的增加引起的)，半纖維素的含量提高了15.24%，這說明蒽醌在苧麻有機(jī)溶劑脫膠過程中對(duì)纖維素和半纖維素有明顯的保護(hù)作用。木質(zhì)素的含量在添加蒽醌后有所下降。由于苧麻原麻中木質(zhì)素的含量僅在 2% 左右，因此蒽醌的添加使得木質(zhì)素含量的下降并不是很明顯。纖維中纖維素和半纖維素在蒽醌的保護(hù)作用下含量均得到了提高，這也使得纖維的制成率提高了近1.46%。

表 1 添加蒽醌前后苧麻纖維的化學(xué)成分含量及制成率Tab.1 Chemical composition and yield of ramie fiber treated with and without anthraquinone %

2.2.2 對(duì)纖維半纖維素含量及聚合度的影響

圖5示出蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維中半纖維素含量、纖維聚合度的影響。纖維中半纖維素的含量對(duì)纖維聚合度有很大的影響，一般來說，纖維的聚合度值是纖維素聚合度值與半纖維素聚合度值的平均值[25]，這是由于苧麻纖維中半纖維素的含量占比很高，而半纖維素聚合度(200～300)遠(yuǎn)低于纖維素聚合度，其含量的上升必然會(huì)引起纖維整體的聚合度值降低。從圖5看出，蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維中半纖維素的含量和纖維聚合度具有顯著的影響。纖維中半纖維素的含量隨著蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)的上升而增加，當(dāng)蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5% 時(shí)，半纖維素的含量達(dá)到最高值，比不添加蒽醌時(shí)提高了33.53%，這是由于半纖維素受到較多用量的蒽醌的保護(hù)所引起的。

圖5 蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維半纖維素含量和聚合度的影響Fig.5 Effect of AQ mass fraction on hemicellulose contents and DP value of fiber

苧麻纖維的聚合度值會(huì)隨著蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先上升后降低，這是由于當(dāng)蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于0%～0.3% 時(shí)，纖維中較低含量的半纖維素不足以影響整體纖維的聚合度；蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最佳值是0.3%，此時(shí)纖維的聚合度值提高了7.32%，由此表明蒽醌有效地減緩了纖維素的降解；當(dāng)蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3%～0.5% 時(shí)，纖維的聚合度有所下降，這是因?yàn)榘肜w維素在纖維中的含量較高，導(dǎo)致其聚合度所占纖維整體聚合度的比例上升，使得纖維的整體聚合度呈下降的趨勢。

2.2.3 對(duì)纖維線密度及殘膠率的影響

蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維線密度、纖維殘膠率的影響如圖6所示。纖維線密度與殘膠率的變化趨勢基本保持一致，其值均隨蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先降低后升高。蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%、0.2%、0.3%時(shí)，纖維的殘膠率比不添加蒽醌時(shí)分別降低了2.98%、9.45%、17.91%，這可能是由于蒽醌在保護(hù)半纖維素免受過多降解的同時(shí)，也會(huì)促進(jìn)木質(zhì)素的脫除，在催化具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的木質(zhì)素降解的同時(shí)也會(huì)伴隨著其他膠質(zhì)的脫落，從而導(dǎo)致纖維整體的殘膠率降低。當(dāng)蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.3% 時(shí)，纖維的殘膠率會(huì)隨著蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而升高，這是因?yàn)檩祯|(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.3% 時(shí)，半纖維素成分占纖維的比例較高，導(dǎo)致纖維整體的殘膠率大幅度升高，纖維的線密度也會(huì)因此受到殘膠率較大的影響。當(dāng)蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3% 時(shí)，纖維的線密度達(dá)到最低值，與不添加蒽醌時(shí)相比降低了7.24%。

圖6 蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維線密度及殘膠率的影響Fig.6 Effect of AQ mass fraction on density and residual gum content of fibers

2.2.4 對(duì)纖維結(jié)晶度的影響

圖7示出苧麻原麻及不同蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制得的纖維X射線衍射圖譜。可知，這幾種曲線的形狀非常相似，都有2個(gè)主要的特征吸收峰。在22°～23°之間的特征峰屬于纖維素I結(jié)構(gòu)中的(002)晶面族；在14.8°～16.7° 之間的特征峰屬于纖維素II結(jié)構(gòu)中的(101)晶面族[26-27]?？梢钥闯觯祯奶砑优c否以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)都不會(huì)導(dǎo)致纖維素晶型的轉(zhuǎn)變。與纖維的聚合度相似，纖維的結(jié)晶度也會(huì)受到半纖維素含量的影響，這是因?yàn)槔w維的結(jié)晶度值是纖維素與半纖維素結(jié)晶度值的平均值，而半纖維素的結(jié)晶度遠(yuǎn)低于纖維素的結(jié)晶度。

圖7 蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維XRD曲線的影響Fig.7 Effect of AQ mass fraction on X-ray diffraction curves of fibers

圖8示出不同蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維結(jié)晶度的影響。纖維的結(jié)晶度隨著蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先升高后降低。當(dāng)蒽醌的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.3% 時(shí)，由于纖維中半纖維素的含量較低，對(duì)纖維整體的結(jié)晶度影響不是很明顯，在該階段纖維的結(jié)晶度升高主要是由纖維素含量的升高引起的；當(dāng)蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3% 時(shí)，纖維的結(jié)晶度達(dá)最大值，比不加蒽醌制得的纖維提高了20.53%；而當(dāng)蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.3% 時(shí)，由于半纖維素在纖維中的占比較大，導(dǎo)致纖維整體的結(jié)晶度呈下降趨勢。

圖8 蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維結(jié)晶度的影響Fig.8 Effect of AQ mass fraction on fiber crystallinity

2.2.5 對(duì)纖維物理力學(xué)性能的影響

圖9示出蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維物理力學(xué)性能的影響。苧麻纖維的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率及斷裂功變化趨勢一致，當(dāng)蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.3% 時(shí)，其值隨著蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而提高；當(dāng)蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.3% 時(shí)，其值又隨之降低。該趨勢與纖維的聚合度及結(jié)晶度也保持一致，這是因?yàn)槔w維的聚合度及結(jié)晶度的變化能夠直接影響纖維的力學(xué)性能。當(dāng)蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3% 時(shí)，纖維的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、斷裂功均達(dá)到最大值，與不添加蒽醌時(shí)分別提高了9.55%、6.89%、33.33%。這是因?yàn)楫?dāng)蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3% 時(shí)，纖維的聚合度和結(jié)晶度均達(dá)到最高值(見圖5、8)，從而導(dǎo)致纖維的力學(xué)性能達(dá)到最佳。

圖9 蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維物理力學(xué)性能的影響Fig.9 Effect of AQ mass fraction on physical and mechanical properties of fibers

2.3 化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

圖10示出苧麻原麻及經(jīng)過不同處理后的纖維(添加或不添加蒽醌)的紅外圖譜。在所有樣品的圖譜中均在3 340 cm-1處存在—OH的伸縮振動(dòng)峰，在2 920 cm-1處存在C—H的拉伸振動(dòng)峰，在896 cm-1處存在β-糖苷鍵，這些都是纖維素的特征峰[28]。經(jīng)過脫膠后的纖維與原麻紅外圖譜相比，這些峰的強(qiáng)度均有所增強(qiáng)，這是因?yàn)樵橹械拇蟛糠帜z質(zhì)被去除，留下了純度較高的纖維素。

圖10 原麻及不同處理?xiàng)l件下苧麻纖維的紅外圖譜Fig.10 FT-IR pattern of raw ramie and ramie fibers with different treatments

半纖維素糖醛酸中羧基的伸縮振動(dòng)峰位于1 620 cm-1處[29]，脫膠后的纖維在此峰的強(qiáng)度明顯低于原麻纖維，這是因?yàn)樵槔w維經(jīng)過脫膠后去除了大量的半纖維素。與未添加蒽醌助劑(蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%)制得的纖維相比，添加蒽醌助劑(蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%)制得的纖維在此峰的強(qiáng)度升高，這是由于纖維中的半纖維素因受到蒽醌的保護(hù)而導(dǎo)致其含量升高。木質(zhì)素的一個(gè)特征峰是位于1 512 cm-1處的芳烴骨架峰[30]，與原麻纖維相比，脫膠后的纖維在該峰處的強(qiáng)度明顯降低，這是因?yàn)槔w維中大部分木質(zhì)素被去除。

2.4 蒽醌在有機(jī)溶劑脫膠階段的機(jī)制分析

蒽醌在有機(jī)溶劑脫膠過程中有清除過剩的初級(jí)自由基或過氧自由基，減緩碳水化合物剝皮反應(yīng)，加速木質(zhì)素脫除的作用，通過討論蒽醌的添加與否對(duì)脫膠效率以及在升溫階段、保溫階段對(duì)纖維性能的影響來探究蒽醌在脫膠過程中的作用機(jī)制。

2.4.1 對(duì)脫膠速率的影響

圖11示出添加蒽醌(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%)與未添加蒽醌(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%)隨脫膠時(shí)間的增加對(duì)脫膠速率的影響。反應(yīng)條件：脫膠溫度為200 ℃，脫膠溶劑為乙二醇，浴比為1∶10?？梢钥闯觯r麻纖維的殘膠率在2種條件下均會(huì)隨著脫膠時(shí)間的延長而降低。在80 min內(nèi)，殘膠率下降的速率較快；超過80 min后，纖維殘膠率下降的速率較緩慢。

圖11 蒽醌對(duì)脫膠速率的影響Fig.11 Effect of AQ on degumming rate

當(dāng)脫膠時(shí)間相同時(shí)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3% 的蒽醌制得的纖維殘膠率比未添加蒽醌的低0.5%～0.9%；要獲得相同的殘膠率時(shí)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3% 的蒽醌所需的脫膠時(shí)間比未添加蒽醌的可縮短25 min以上。由此說明，蒽醌的添加可以促進(jìn)纖維中膠質(zhì)的脫除，加快脫膠速率。

2.4.2 在升溫階段和保溫階段的機(jī)制分析

本研究中苧麻脫膠過程分為升溫階段(0～60 min)和保溫階段(60～120 min)，在添加蒽醌(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%)與不添加蒽醌(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%)2種條件下分別對(duì)纖維進(jìn)行脫膠，并在0～60 min、60～120 min 2個(gè)階段測試脫膠纖維的性能。表2示出蒽醌的添加與否以及在不同的階段下制得的纖維化學(xué)成分和性能的差異。在0～60 min 升溫階段，與不加蒽醌的脫膠纖維相比，添加蒽醌制得的纖維殘膠率、制成率、半纖維素含量均有所下降，這可能是因?yàn)槔w維表面上的膠質(zhì)在溫度上升的過程中會(huì)逐漸脫落，而此時(shí)蒽醌對(duì)半纖維素的保護(hù)作用不是很明顯；在60～120 min 保溫階段，與不添加蒽醌的脫膠纖維相比，添加蒽醌制得的纖維制成率、半纖維素含量、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率均有所提高，這可能是因?yàn)槔w維中的纖維素及半纖維素成分受到了蒽醌的保護(hù)作用導(dǎo)致制成率升高，同時(shí)纖維的強(qiáng)伸度性能也會(huì)增強(qiáng)。

表2 蒽醌在脫膠不同階段中對(duì)纖維性能的影響Tab.2 Effect of AQ on fiber properties in different stages of degumming

3 結(jié) 論

1)蒽醌在苧麻有機(jī)溶劑脫膠過程中用作纖維素保護(hù)劑及木質(zhì)素脫除劑是十分有效的。蒽醌添加量越高，纖維中的半纖維素含量越高；而纖維聚合度、結(jié)晶度、物理力學(xué)性能先升高后降低；纖維的殘膠率、線密度先降低后升高。

2)蒽醌質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3% 時(shí)，纖維的綜合效果最佳，此時(shí)纖維的聚合度、結(jié)晶度、制成率、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、斷裂功比不使用蒽醌時(shí)分別提高了7.32%、20.53%、1.46%、9.55%、6.89%、33.33%，纖維的殘膠率、線密度比不使用蒽醌時(shí)分別降低了17.91%、7.24%。

3)在相同的脫膠時(shí)間內(nèi)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3% 的蒽醌制得的纖維殘膠率比不加蒽醌的低0.5%～0.9%；而要獲得相同的殘膠率時(shí)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3% 的蒽醌所需的脫膠時(shí)間比不加蒽醌的可縮短25 min以上。