氧化脫膠體系對亞麻纖維理化性能的影響

湯靈輝 孟超然 張琳 沈根 傅佳佳

摘要： 盡管亞麻纖維的氧化脫膠技術(shù)因高效環(huán)保受到研究者的廣泛關(guān)注，不同氧化體系脫膠制得纖維理化性能的差異尚未有系統(tǒng)報(bào)道。本文采用堿性過氧化氫、過碳酸鈉、TEMPO體系及NHPI體系四種氧化體系進(jìn)行亞麻纖維的脫膠。結(jié)果表明：四種氧化體系均能成功實(shí)現(xiàn)亞麻纖維的脫膠，脫膠后纖維的殘余木質(zhì)素含量分別為1.29%、1.74%、1.62%、1.42%，殘余果膠含量分別為1.09%、1.58%、1.34%、1.67%，聚合度分別為1 268、2 315、1 086、572，束纖維強(qiáng)度分別為49.14、63.09、39.08、24.41 cN/tex，線密度分別為10.41、15.72、8.33、10.32 dtex。可見，NHPI體系制得的纖維強(qiáng)伸性能較差且殘余果膠含量較高;TEMPO體系制得的纖維線密度較佳，但殘余木質(zhì)素含量較高且聚合度較低;過碳酸鈉體系制得的纖維強(qiáng)伸性能最佳，但殘余木質(zhì)素及殘余果膠含量較高;堿性過氧化氫體系制得的纖維則殘余膠質(zhì)含量最低。

關(guān)鍵詞： 亞麻纖維;氧化脫膠;纖維強(qiáng)伸性能;殘余木質(zhì)素;殘余果膠;纖維損傷

中圖分類號： TS123.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 1001-7003（2023）03-0046-08

引用頁碼：

031107

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2023.03.007（篇序）

亞麻制品因具有諸多優(yōu)良特性而深受消費(fèi)者喜愛，市場前景廣闊。束狀亞麻纖維存在于亞麻原莖中，由復(fù)雜的膠質(zhì)組分黏連在一起，通常需要利用生物、物理或化學(xué)方法降解膠質(zhì)，使纖維素與膠質(zhì)及韌皮部脫離，從而獲得可加工的原麻纖維［1］。傳統(tǒng)化學(xué)脫膠法是目前工業(yè)生產(chǎn)中制備亞麻纖維的常用方法，主要包括強(qiáng)堿液煮煉、酸洗及大量漂白劑漂白等工藝［2］?；瘜W(xué)脫膠法制備的纖維結(jié)構(gòu)完整、性能良好，但其生產(chǎn)流程繁瑣，能耗高且污染大。研究和開發(fā)高效、節(jié)能的氧化脫膠受到研究者的廣泛關(guān)注，近年來利用各類氧化劑體系對亞麻纖維進(jìn)行脫膠已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。氧化脫膠的主要原理是采用氧化劑快速降解膠質(zhì)［3］，并且可以在脫膠的同時(shí)完成漂白，能夠簡化先前的煮煉—漂白工藝。

目前，堿性過氧化氫是亞麻氧化脫膠最常用的體系，過氧化氫在堿性條件下分解生成的自由基和氧化性物質(zhì)［4］（如

O2、HO—、HOO—、O2—、HOO—）可以快速氧化去除亞麻中的膠質(zhì)成分，但需要注意該體系過度氧化對纖維的強(qiáng)度會(huì)造成一定程度的損傷。過碳酸鈉（2Na2CO3·3H2O2）是一種強(qiáng)氧化劑，具有碳酸鈉和過氧化氫的雙重性質(zhì)，其水溶性較好、漂白能力強(qiáng)，且無毒無污染，在紡織工業(yè)中常被用作漂白劑和染整劑。劉國亮［5］使用過碳酸鈉對苧麻纖維進(jìn)行脫膠，發(fā)現(xiàn)溶液中的碳酸鈉可以有效地控制過氧化氫的分解速度，制得的纖維具有較佳的強(qiáng)伸性能。2，2，6，6-四甲基哌啶氮氧化物自由基（TEMPO）是一種具有弱氧化性的哌啶類氮氧化物自由基，TEMPO可選擇性地將纖維素上C6位的伯羥基氧化為醛基或羧基［6］。Buapan Puangsin、Jovana Milanovic等研究者［7-8］采用TEMPO/NaBr/NaClO體系對大麻纖維進(jìn)行選擇性氧化，成功在纖維表面引入了醛基、羧基等官能團(tuán)，處理后的大麻纖維木質(zhì)素和半纖維素去除效果明顯，但纖維聚合度大幅下降。N-羥基鄰苯二甲酰亞胺（N-Hydroxyphthalimide，NHPI）是一種具有高反應(yīng)活性，能夠在溫和反應(yīng)條件下選擇性氧化纖維素分子中C6位伯羥基［9］的氧化劑。Coseri Sergiu等［10］將NHPI/NaClO/NaBr體系氧化多種纖維素材料，制得了具有高濃度羧基且解聚量很少的氧化纖維素。相比于TEMPO氧化體系，NHPI體系氧化纖維素反應(yīng)條件更溫和，所形成產(chǎn)物分子鏈中具有更多的羧基［11］，但暫未見其用于麻類纖維脫膠研究的報(bào)道。針對上述氧化體系制得麻纖維的理化性能差異，目前暫未有系統(tǒng)的對比研究。

基于此，本文采用堿性過氧化氫、過碳酸鈉、TEMPO/NaClO/NaBr及NHPI/NaClO/NaBr四種氧化體系，在相同條件下通過一次煮煉的方式處理亞麻纖維，對比幾種氧化脫膠體系處理下亞麻纖維理化性能的差異，為亞麻脫膠過程中氧化體系的選取提供新思路。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

原料：木質(zhì)素含量3.12%、果膠含量1.91%、聚合度2806的亞麻粗紗（常州美源亞麻紡織有限公司）。

試劑：氫氧化鈉（NaOH）、30%過氧化氫（30%H2O2）、九水偏硅酸鈉（Na2SiO3·9H2O）、三聚磷酸鈉（Na5P3O10）、次氯酸鈉水溶液（活性氯含量5.8%的NaClO）、溴化鈉（NaBr）、濃硫酸（H2SO4）、苯（C6H6）、無水乙醇（C2H6O）、一水合草酸銨（C2H8N2O4·H2O）、雙氫氧化乙二胺銅溶液（C2H6CuN2）（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），過碳酸鈉（2Na2CO3·3H2O2）（阿拉丁試劑（上海）有限公司），2，2，6，6-四甲基哌啶-氮-氧化物（TEMPO）（山東麥克林生化科技有限公司），N-羥基鄰苯二甲酰亞胺（NHPI）（阿達(dá)瑪斯貝塔（上海）化學(xué)試劑有限公司），實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

儀器：GZX-9030MBE型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠），AX224ZH/E型電子天平（奧豪斯儀器（常州）有限公司），HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司），WSB-2型白度計(jì)（上海昕銳儀器儀表有限公司），Y171B型纖維切斷器、YG011N型束纖維強(qiáng)力儀（南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司），JN-B-25型精密扭力天平（上海良平儀器儀表有限公司），D2 PHASER型X射線儀（德國布魯克AXS有限公司），su1510型掃描電子顯微鏡（日本日立株式會(huì)社），Nicilet is10型傅里葉變換紅外光譜儀（美國賽默飛世爾科技有限公司）。

1.2 工藝條件

1.2.1 工藝流程

亞麻粗紗（5 g）→氧化煮煉（浴比1︰20，75 ℃，2 h）→熱水洗（70 ℃）→冷水洗→烘干（105 ℃，3 h）。

1.2.2 工藝參數(shù)

1） 堿性過氧化氫煮煉：過氧化氫6 g/L、氫氧化鈉10 g/L（硅酸鈉2.5 g/L、三聚磷酸鈉2 g/L）;

2） 過碳酸鈉煮煉：過碳酸鈉15 g/L（硅酸鈉2.5 g/L、三聚磷酸鈉2 g/L）;

3） TEMPO體系煮煉：TEMPO 0.05 g、溴化鈉0.5 g、次氯酸鈉水溶液15 mL，配置成100 mL溶液;

4） NHPI體系煮煉：NHPI 0.05 g、溴化鈉0.5 g、次氯酸鈉水溶液15 mL，配置成100 mL溶液。

1.3 測 試

1.3.1 白度測試

參照GB/T 17644—2008《紡織纖維白度色度試驗(yàn)方法》，在WSB-2型白度計(jì)上進(jìn)行測試，每個(gè)試樣在不同部位測試5次取平均值。

1.3.2 失重率測試

W/%=m0-m1m0×100（1）

式中：W為纖維的失重率，%;m0為處理前的纖維干重，g;m1為脫膠煮練后的纖維干重，g。

1.3.3 殘膠率及化學(xué)成分分析測試

根據(jù)GB/T 5889—1986《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》對亞麻纖維進(jìn)行殘膠率測試，以及脂蠟質(zhì)、水溶物、果膠、半纖維素等化學(xué)成分分析測試。

木質(zhì)素含量測試［12］：稱取1 g左右（ma）提取完脂蠟質(zhì)的亞麻纖維放入30 mL錐形瓶中，加入15 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72%的硫酸浸透試樣，置于25 ℃水浴恒溫磁力攪拌器中攪拌2 h。結(jié)束后，將錐形瓶內(nèi)水解懸浮液加水漂洗并全部移入圓底燒瓶中至總體積為150 mL，裝好球形冷凝管煮沸回流4 h，取出并靜置使木質(zhì)素沉積下來。用已知質(zhì)量的砂芯漏斗（mb）反復(fù)抽濾混合液，用熱水洗滌至最后濾出的洗液滴加10%氯化鋇溶液不再渾濁，廣泛pH值試紙檢查漏斗邊緣不再呈酸性為止，取下砂芯漏斗放于105 ℃的烘箱中烘3 h后放入干燥器內(nèi)平衡后稱量（mc）。再按下式計(jì)算亞麻纖維中木質(zhì)素的含量：

L/%=mc-mbma×100（2）

式中：L為纖維的木質(zhì)素含量，%；ma為絕干纖維試樣質(zhì)量，g;mb為烘干后玻璃砂芯漏斗質(zhì)量，g;mc為烘干后玻璃砂芯漏斗和木質(zhì)素質(zhì)量，g。

1.3.4 聚合度測試

根據(jù)FZ/T 50010.3—2011《黏膠纖維用槳粕黏度的測定》對亞麻纖維進(jìn)行聚合度測試，每組試樣測試3次取平均值。

先根據(jù)試樣溶液在黏度計(jì)的流出時(shí)間（ts）計(jì)算出溶液的相對黏度（η相對）：

η相對=h×ts（3）

式中：η相對為相對黏度;h為黏度計(jì)常數(shù)，s-1;ts為試樣溶液的流出時(shí)間，s。

再由η相對值在附錄表中查出相應(yīng)的［η］·ρ值，根據(jù)樣品質(zhì)量和溶液體積計(jì)算出溶液黏度ρ，則特性黏度［η］的值（以mL/g表示）即可確定。最后根據(jù)下式計(jì)算纖維的聚合度：

DP0.905=0.75［η］（4）

1.3.5 纖維機(jī)械物理性能測試

線密度測試：參考GB/T 5884—1986《苧麻纖維支數(shù)試驗(yàn)方法》對亞麻纖維線密度進(jìn)行測試，先用鋼梳將纖維梳理整齊平行，再在Y171B型纖維切斷器（切斷長度20 mm）上切斷，用扭力天平稱量束纖維的質(zhì)量，并統(tǒng)計(jì)所含有的亞麻纖維的根數(shù)。最后按下式計(jì)算其線密度：

Ndt=m×100.02×n（5）

式中：Ndt為纖維的線密度，dtex;m為束纖維的公定質(zhì)量，mg;n為束纖維含有的纖維根數(shù)，根。

束纖維強(qiáng)度測試：亞麻纖維之間的各項(xiàng)性能離散性很大，測量單纖維強(qiáng)度很難準(zhǔn)確反映亞麻纖維的強(qiáng)力，因此測量亞麻束纖維的強(qiáng)度來表達(dá)其力學(xué)性能［13-14］。參考GB/T 13783—1992《棉纖維斷裂比強(qiáng)度的測定平束法》對亞麻纖維進(jìn)行束纖維強(qiáng)力測試，使用束纖維強(qiáng)力儀測試，夾持距離近似零隔距，能夠準(zhǔn)確反映亞麻纖維的強(qiáng)力。最后按下式計(jì)算束纖維強(qiáng)度：

P0=PL1 000G（6）

式中：P0為束纖維強(qiáng)度，cN/tex;P為束纖維斷裂強(qiáng)力，cN;L為切斷纖維的長度，mm;G為切斷纖維的質(zhì)量，mg。

1.3.6 X射線衍射測試（XRD）

使用D2 PHASER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40 mA，掃描速度0.08°/s，2θ范圍5°～55°。

1.3.7 紅外光譜測試（FTIR）

使用Nicolet is10紅外光譜測試儀檢測脫膠前后纖維中官能團(tuán)的變化情況，波長的測試范圍4 000～400 cm-1。

1.3.8 掃描電鏡測試（SEM）

樣品的表面形貌在su1510型掃描電子顯微鏡（SEM）下觀察。測試條件為相對濕度65%，溫度20 ℃，加速電壓10 kV，測試前樣品需進(jìn)行鍍金處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 各氧化體系對纖維化學(xué)成分的影響

由表1可知，四種氧化體系對膠質(zhì)成分均有明顯的去除效果，使得纖維素的占比得到了較大幅度的提升。其中，堿性過氧化氫、過碳酸鈉、TEMPO體系和NHPI體系處理后的亞麻纖維中纖維素的含量分別提升了14.27%、8.53%、13.31%和14.11%;纖維中存在一定量的脂蠟質(zhì)可以使得纖維松散、柔軟、有光澤。因此，脂蠟質(zhì)在脫膠過程中不應(yīng)被完全去除，實(shí)際生產(chǎn)中一般還需要額外的添加給油工序來提升纖維的可紡性［15］。上述四種氧化體系均只去除了少量的脂蠟質(zhì)，這對提升亞麻纖維的品質(zhì)是有益的。半纖維素是纖維中除纖維素外含量最多的成分，四種氧化體系處理后半纖維素含量依次降低了30.62%、13.37%、30.87%和37.03%，脫膠后的纖維中仍保留著較高含量的半纖維素，據(jù)相關(guān)研究表明，適當(dāng)保留纖維中的半纖維素不僅不會(huì)造成纖維強(qiáng)伸性能的降低，而且有利于提升纖維的制成率［16-17］;果膠和木質(zhì)素因?qū)喡槔w維的性能和手感有重要影響，是去除的主要對象及衡量亞麻脫膠效果的重要指標(biāo)。四種氧化體系處理后果膠含量依次降低了42.93%、17.28%、29.84%和12.57%，因此對果膠的去除效果為堿性過氧化氫＞TEMPO體系＞過碳酸鈉＞NHPI體系;四種氧化體系處理后木質(zhì)素含量依次降低了58.65%、44.23%、48.08%和54.49%，因此對木質(zhì)素的去除效果為堿性過氧化氫＞NHPI體系＞TEMPO體系＞過碳酸鈉?？梢?，堿性過氧化氫煮練對果膠和木質(zhì)素的去除效果是上述氧化體系中最明顯的。

2.2 各氧化體系對纖維失重率和殘膠率的影響

由圖1可知，堿性過氧化氫、過碳酸鈉、TEMPO體系、NHPI體系四組樣品的失重率分別為12.56%、8.27%、15.80%、28.43%，殘膠率分別為10.67%、15.89%、11.17%、14.15%。過碳酸鈉處理后纖維的失重率最低、殘膠率最高，

說明其纖維的制成率較高，但去除膠質(zhì)的能力相對其他氧化體系最弱;堿性過氧化氫處理后的纖維失重率相對過碳酸鈉較高，而相對TEMPO體系和NHPI體系較低，但纖維的殘膠率是最低的，說明其不僅能十分有效地去除膠質(zhì)，而且在脫膠過程中對纖維素的降解損傷程度也大幅度低于TEMPO體系

和NHPI體系;TEMPO體系處理后的纖維失重率和殘膠率略高于堿性過氧化氫，其去除膠質(zhì)的能力也較佳;NHPI體系處理后的纖維的失重率最大且殘膠率也較高，說明其氧化活性很高，在脫膠過程中對纖維素的降解損傷很大，但脫除膠質(zhì)的效果卻不及堿性過氧化氫和TEMPO體系。

2.3 各氧化體系對纖維白度的影響

由圖2可知，原麻、堿性過氧化氫、過碳酸鈉、TEMPO體系、NHPI體系五組樣品的白度分別為15.5、60.6、54.6、42.6、39.4。相較于原麻，經(jīng)氧化煮練后的纖維白度都得到了明顯改善，這是由于雙氧水、次氯酸鈉等漂白劑主要作用于木質(zhì)素等非纖維素成分和著色物質(zhì)，因此可以提高纖維白度及纖維柔軟性。其中堿性過氧化氫處理下的纖維白度最高，說明堿性過氧化氫對亞麻纖維具有良好的脫膠漂白效果。因?yàn)樵趬A性條件下，過氧化氫易發(fā)生分解產(chǎn)生多種物質(zhì)和自由基（如O2、HO—、HOO—、O2—、HOO—），這些基團(tuán)在堿性條件下具有強(qiáng)氧化性，可以迅速將亞麻中的膠質(zhì)脫除。

2.4 各氧化體系對纖維聚合度的影響

由圖3可知，原麻、堿性過氧化氫、過碳酸鈉、TEMPO體系、NHPI體系五組纖維的聚合度分別為2 806、1 268、2 315、1 086、572。纖維聚合度是反映其強(qiáng)伸性能的重要方面，一般聚合度越高的纖維強(qiáng)伸性能越好。過碳酸鈉體系制得的纖維聚合度最高，這是因?yàn)檫^碳酸鈉具有Na2CO3和H2O2的雙重性質(zhì)，碳酸鈉可以起到緩沖脫膠液pH值的作用，能夠有效控制過氧化氫的分解速度和程度，因此對纖維的損傷也相對較小。此外NHPI體系處理過的纖維聚合度下降很大，說明其纖維素發(fā)生了強(qiáng)烈的氧化降解，纖維的損傷較大。因此在使用氧化體系作為脫膠手段時(shí)，要關(guān)注脫膠過程中對纖維的保護(hù)，減少氧化作用對纖維素造成的降解及對纖維性能造成的損傷。

2.5 各氧化體系對纖維線密度及束纖維強(qiáng)度的影響

由圖4可知，原麻、堿性過氧化氫、過碳酸鈉、TEMPO體系、NHPI體系五組樣品的線密度分別為21.53、10.41、15.72、8.33、10.32 dtex，束纖維強(qiáng)度分別為71.60、49.14、63.09、39.08、24.41 cN/tex。TEMPO體系處理后的纖維線密度最小，纖維分離均勻，堿性過氧化氫和NHPI體系處理過的亞麻纖維線密度接近且略大于TEMPO體系，而過碳酸鈉處理后的纖維線密度則明顯高于其他體系，線密度的小幅度變化不會(huì)對纖維的實(shí)際使用產(chǎn)生較大影響，但增幅過大則可能會(huì)導(dǎo)致纖維的可紡性下降。束纖維的強(qiáng)度大小依次是原麻＞過碳酸鈉＞堿性過氧化氫＞TEMPO體系＞NHPI體系，其規(guī)律和纖維聚合度之間呈現(xiàn)出相同的趨勢，不同氧化體系對纖維的作用機(jī)理和程度是不同的，因此在脫膠過程中對纖維膠質(zhì)的去除效果及對纖維的損傷程度上具有明顯差異。在使用氧化體系脫膠時(shí)，需要充分考慮脫膠過程中對纖維素的保護(hù)，通過工藝優(yōu)化或添加助劑等方式在降低反應(yīng)劇烈程度的同時(shí)且能較

好地脫除膠質(zhì)，從而減少氧化作用對纖維性能造成的損傷。值得注意的是，NHPI體系處理后纖維的纖維素保留率（82.93%）與其他氧化體系處理后纖維的纖維素保留率相近且均比較高，但其束纖維強(qiáng)度（24.41 cN/tex）及聚合度（572）卻非常低，這表明影響纖維強(qiáng)伸性能的更顯著因素是纖維素的聚合度，而非纖維素的保留率。

2.6 XRD衍射圖譜分析

原麻及各氧化體系處理下的纖維XRD圖譜如圖5所示，都存在兩個(gè)特征吸收峰，22°～23°是纖維素Ⅰ的特征吸收峰（002晶面），14.7°～16.7°是纖維素Ⅱ的特征吸收峰（101晶面）。當(dāng)麻纖維中纖維素含量較高時(shí)，15.1°～16.8°處會(huì)出現(xiàn)特征吸收峰。當(dāng)纖維中含有大量無定型物質(zhì)（如木質(zhì)素、半纖維素和無定型纖維素）時(shí)，這兩個(gè)峰重疊成為一個(gè)較寬的峰［18-19］;原麻纖維和脫膠后亞麻纖維的XRD圖譜基本相同，可見上述四種氧化體系處理亞麻纖維，不會(huì)造成纖維晶型的變化。原麻及各氧化體系處理下的纖維結(jié)晶度如表2所示，四種氧化處理下的纖維結(jié)晶度依次提升了4.15%、1.93%、0.20%、3.37%，說明氧化體系能夠去除非晶態(tài)的膠質(zhì)成分，由于半纖維素的結(jié)晶度遠(yuǎn)低于纖維素，其含量的提高會(huì)導(dǎo)致纖維整體的結(jié)晶度的下降［20］。由表1中原麻及各種氧化體系處理后纖維的化學(xué)成分含量可知，堿性過氧化氫及NHPI體系處理下的纖維素含量較高且半纖維素含量較低，因此結(jié)晶度相對較大。一般情況下，纖維的斷裂強(qiáng)度會(huì)隨結(jié)晶度的上升而升高，柔軟度則隨結(jié)晶度的上升而下降［21-22］，但值得注意的是，雖然經(jīng)堿性過氧化氫及NHPI體系處理后的纖維結(jié)晶度較高，但纖維依舊表現(xiàn)出較低的斷裂強(qiáng)度，這可能與非晶態(tài)纖維素的過度水解有關(guān)［23］。

2.7 FTIR紅外光譜分析

原麻及各氧化體系處理下的纖維FTIR紅外圖譜如圖6所示。由圖6可見，各樣品的FTIR圖譜上都存在典型的纖維素特征峰，這包括—OH的伸縮振動(dòng)峰（3 336 cm-1），甲基與亞甲基中C—H的伸縮振動(dòng)峰（2 909 cm-1），—CH2的對稱彎曲振動(dòng)峰（1 318 cm-1），C—O—C的伸縮振動(dòng)峰（1 033 cm-1）。與原麻的FTIR圖譜相比，經(jīng)氧化體系處理后的這些屬于纖維素的特征峰吸收強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，這表明纖維中的纖維素含量顯著上升;2 847 cm-1處是木質(zhì)素中C—H的伸縮振動(dòng)，幾種氧化體系處理后的纖維該處峰伸縮振動(dòng)相比原麻減弱，可見氧化體系對去除原麻中的木質(zhì)素均具有較明顯的作用;1 736 cm-1處為CO聚木糖伸縮振動(dòng)，各氧化體系處理后的纖維在該處的振動(dòng)峰減小，說明去除了一定量的半纖維素;1 644 cm-1處左右為果膠的特征吸收峰，各氧化體系處理后的纖維在該處的吸收峰有所減弱，說明經(jīng)過氧化體系處理后，果膠的含量有所降低，膠質(zhì)結(jié)構(gòu)黏連現(xiàn)象減弱。

2.8 SEM掃描電鏡分析

圖7顯示了原麻和經(jīng)過不同氧化體系處理后的亞麻纖維的掃描電子顯微鏡照片。從圖7可以看出，亞麻原麻（圖7

（a））的表面被許多的非纖維素成分緊密包裹。用堿性過氧化氫處理后的亞麻纖維（圖7（b））表面的膠質(zhì)得到了明顯的去除，纖維之間也出現(xiàn)了明顯的分離，纖維表面非常的清潔且光滑;用過碳酸鈉處理后的亞麻纖維（圖7（c））也出現(xiàn)了較好地分離，但是纖維表面仍有部分膠質(zhì)殘留;用TEMPO體系和NHPI體系處理后的亞麻纖維（圖7（d）（e））均具有明顯的分離，TEMPO體系處理后的纖維表面較為光滑，而NHPI體系處理后的纖維表面光滑程度不均勻，部分纖維表面仍黏附著大量的膠質(zhì)。這也說明了相較于TEMPO體系，NHPI體系反應(yīng)更為劇烈，在脫除膠質(zhì)的同時(shí)也較為嚴(yán)重地?fù)p傷了纖維，且其對膠質(zhì)的去除效果反而不及TEMPO體系和堿性過氧化氫體系。

3 結(jié) 論

本文為拓寬亞麻氧化脫膠研究思路，對比了四種氧化脫膠體系處理下亞麻纖維理化性能的差異。

1） 氧化脫膠體系流程簡潔，堿性過氧化氫、過碳酸鈉、TEMPO體系和NHPI體系四種氧化脫膠體系均能成功實(shí)現(xiàn)對亞麻的脫膠。脫膠后的亞麻纖維果膠、木質(zhì)素等膠質(zhì)成分含量大幅下降，纖維素含量占比顯著增加，纖維的綜合品質(zhì)和使用價(jià)值進(jìn)一步提升。

2） 相同處理?xiàng)l件下，經(jīng)四種氧化脫膠體系處理后的亞麻纖維理化性能差異明顯，綜合來看堿性過氧化氫的處理效果較佳。TEMPO體系處理后的亞麻纖維細(xì)度較佳，膠質(zhì)去除情況良好，但聚合度及束纖維強(qiáng)度相對較低;NHPI體系處理后的亞麻纖維失重率較大（制成率較低），且纖維聚合度、束纖維強(qiáng)度及膠質(zhì)去除情況均較差，脫膠過程宜采用更溫和的反應(yīng)條件以減少對纖維的損傷;過碳酸鈉處理后的亞麻纖維聚合度及束纖維強(qiáng)度較佳，果膠、木質(zhì)素等膠質(zhì)去除效果則相對較差;堿性過氧化氫處理后的亞麻纖維白度、線密度較佳，果膠、木質(zhì)素等膠質(zhì)去除效果較好，脫膠過程會(huì)對纖維造成一定的損傷，但程度不及TEMPO體系和NHPI體系。

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Effects of the oxidation system on physicochemical properties of flax fibers

TANG Linghui， MENG Chaoran， ZHANG Lin， SHEN Gen， FU Jiajia

（College of Textile Science and Engineering， Jiangnan University， Wuxi 214122， China）

Abstract：

Linen products are widely used in clothing， home textiles and industrial textiles and are favored in the textile market for their excellent properties， such as good moisture permeability， antibacterial and anti-radiation properties. The key to improve the spinnability of flax raw materials and the quality of finished products lies in degumming and extracting high-quality hemp fibers. Traditional chemical degumming methods of flax involve complicated steps， long production process and high labor intensity， which is no longer in line with the current trend of efficient production in factories. The research and development of efficient and energy-saving oxidative degumming has attracted wide attention of researchers. In recent years， degumming flax fibers with various oxidant systems has become a research hotspot. The main principle of oxidation and degumming is to use oxidizer to quickly degrade the colloid， and complete the bleaching at the same time， which can simplify the cooking-bleaching process in the traditional de-bonding process. At present， alkaline hydrogen peroxide is the most commonly used flax oxidation degumming system， sodium percarbonate is often used as bleach and dyeing agent in the textile industry， while the TEMPO system and the NHPI system are more frequently used for selective oxidation of plant cellulose to prepare fibers with high carboxyl content of high added value. However， no related application in degumming of hemp fibers has been reported. At the same time， the differences of physical and chemical properties of the four oxidation systems have not been systematically studied. The four oxidation systems of alkaline hydrogen peroxide， sodium percarbonate， TEMPO system and NHPI system were used in this study. The results show that all the four oxidation systems can successfully realize the degumming of flax fibers. Compared with primary flax， the collagen content of flax fiber lignin and pectin decreases significantly， the change of polymerization and bundle fiber strength varies greatly， and the fiber fineness and whiteness are greatly improved. Specifically， in terms of the NHPI system， the fiber polymerization degree is 572， the bundle fiber strength is 24.41 cN/tex， and the pectin content is 1.67%， and its fiber tensile performance is poor and the residual pectin content is high. As for the TEMPO system， the fiber fineness is 8.33 dtex， the degree of aggregation is 1 086， the lignin content is 1.62%， and the fiber fineness is satisfactory. However， the residual lignin content is relatively high and the polymerization degree is relatively low. As regards the sodium supercarbonate system， the fiber polymerization degree is 2 315， the beam line dimension strength is 63.09 cN/tex， the lignin content is 1.74%， and the pectin content is 1.58%. Its fiber strength and elongation performance is satisfactory， while the gum content of residual lignin and residual pectin is relatively high. As for the alkaline hydrogen peroxide system， the fiber whiteness is 60.6， the lignin content is 1.29%， and the pectin content is 1.09%. It has the lowest fibrous pectin content. By exploring the differences in the physical and chemical properties of flax fibers under the four oxidation degumming systems， this paper provides a new idea for the selection of the oxidation system in the flax degumming process.

Key words：

flax fiber; oxidation degumming; fiber strength and elongation; residual lignin; residual pectin; fiber damage

收稿日期：

2022-06-08;

修回日期：

2023-01-18

基金項(xiàng)目：

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31470509）;江蘇省自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（BK20190609）;中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（JUSRP122006）;紡織行業(yè)天然染料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目（SDHY2122）;江南大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（2022049Z）

作者簡介：

湯靈輝（1997），男，碩士研究生，研究方向?yàn)楣δ芗徔棽牧?。通信作者：傅佳佳，教授，kathyfjj@126.com。