天然荷纖維的性能及應(yīng)用前景

余 彩

(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院,陜西西安710048)

天然荷纖維的性能及應(yīng)用前景

余 彩

(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院,陜西西安710048)

荷纖維來(lái)源于蓮藕收獲之后農(nóng)業(yè)廢棄物中的荷葉莖。通過(guò)介紹荷纖維的結(jié)構(gòu),闡述了其熱學(xué)、吸濕、物理、化學(xué)和染色性能,并分析了應(yīng)用前景。

蓮纖維;綠色環(huán)保;結(jié)構(gòu);性能;前景

近年來(lái),棉糧爭(zhēng)地、生態(tài)環(huán)境惡化和能源短缺問(wèn)題日益凸顯,常規(guī)的植物纖維資源(棉、麻等)已滿(mǎn)足不了紡織工業(yè)的需求,國(guó)內(nèi)外掀起了開(kāi)發(fā)新型綠色環(huán)保纖維的熱潮,先后研發(fā)了椰殼纖維、棉秸稈纖維、香蕉皮纖維等綠色環(huán)保纖維。從生態(tài)學(xué)角度看,綠色環(huán)保纖維必須滿(mǎn)足以下條件:(1)采用可再生資源為原料,不會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境,更不會(huì)導(dǎo)致資源枯竭;(2)生產(chǎn)過(guò)程符合節(jié)能環(huán)保要求,不會(huì)給環(huán)境帶來(lái)污染,產(chǎn)品用戶(hù)體驗(yàn)健康舒適;(3)可回收利用或自然降解廢棄制成品。利用廢棄荷葉莖生產(chǎn)纖維素纖維,不僅可以變廢為寶,發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè),緩解能源、環(huán)境問(wèn)題,還豐富了紡織原料種類(lèi),給紡織服裝業(yè)創(chuàng)造良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[1]。

1 荷纖維及其結(jié)構(gòu)

1.1 荷纖維

荷纖維來(lái)源于蓮藕收獲之后的農(nóng)業(yè)廢棄物中的荷葉莖,又稱(chēng)“蓮纖維”。荷纖維是由荷葉莖內(nèi)帶狀螺旋狀導(dǎo)管及管胞的次生壁抽長(zhǎng)而成的植物纖維,目前制取荷纖維的方法主要有濕態(tài)人工抽取、干態(tài)機(jī)械加工、微生物加工法及其復(fù)合應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn),濕態(tài)人工抽取法制成的荷纖維有類(lèi)似蠶絲特點(diǎn),細(xì)長(zhǎng)柔軟,潔白飄逸;干態(tài)機(jī)械加工法制成的荷纖維則像麻纖維,纖維較粗硬,色澤棕白色;微生物加工法是利用微生物分解蓮桿內(nèi)部的橫向連接物質(zhì),再進(jìn)行加工,制取纖維較容易[]。

1.2 纖維結(jié)構(gòu)

荷纖維是由多根單絲纖維(或稱(chēng)為微細(xì)纖維)締合成的扁平帶狀復(fù)絲纖維,一般由4～10根單絲組成一根復(fù)絲纖維。單絲纖維直徑約4μm,單絲纖維橫向締合間距為3～5μm,單絲縱向光滑,略有細(xì)微橫紋,截面近似圓形,有中腔和孔洞。通過(guò)紅外光譜圖分析得出荷纖維的成分包括半纖維素、多糖類(lèi)纖維素及一定量的木質(zhì)素,其主要成分為纖維素。通過(guò)X射線(xiàn)衍射曲線(xiàn)圖得出荷纖維為典型的纖維素Ⅰ結(jié)構(gòu),其結(jié)晶度為48%,取向度為60%[3-5]。

2 荷纖維性能

2.1 熱學(xué)性能

纖維熱學(xué)性能直接影響其制品的后加工和服用性能,研究纖維的耐熱性對(duì)于確定加工可行性和產(chǎn)品使用的溫度范圍具有重要意義。王建剛等[6]采用熱重和差熱分析法測(cè)試了蓮纖維的熱學(xué)特征,同時(shí)還測(cè)試了蓮纖維的熱收縮率和極限氧指數(shù)。發(fā)現(xiàn)荷纖維的TG曲線(xiàn)從受熱到分解主要有2個(gè)失重階段:失水階段和分解階段。荷纖維的熱分解溫度在160℃左右,而主失重溫度約為260℃。荷纖維的DSC曲線(xiàn)出現(xiàn)雙熔融峰,第1個(gè)較高的熔融峰出現(xiàn)在324.7℃,第2個(gè)較低的熔融峰出現(xiàn)在377.7℃。荷纖維在沸水和干熱空氣中的收縮率分別為0.36%和0.30%,極限氧指數(shù)為17.0%～19.0%,燃燒特征與棉、麻纖維類(lèi)似[6]。

2.2 吸濕性能

纖維的吸濕性能不但會(huì)影響其質(zhì)量、強(qiáng)力等許多物理性能,從而影響加工工藝和使用性能,而且還直接影響織物的穿著舒適性。相關(guān)文獻(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,測(cè)定了荷纖維的吸、放濕特征曲線(xiàn),其吸、放濕回潮率分別為10.34%、12.62%,結(jié)果表明,蓮纖維具有較好的吸、放濕性能[7]。荷纖維為什么具有較好的吸濕性,歸功于以下幾個(gè)方面:(1)荷纖維是纖維素纖維,其結(jié)構(gòu)中的-OH鍵可以與H2O分子廣泛結(jié)合;(2)X射線(xiàn)衍射儀測(cè)得荷纖維的結(jié)晶度為48%,結(jié)晶度低,水分子比較容易進(jìn)入纖維內(nèi)部的無(wú)定形區(qū),結(jié)晶度越低,纖維的吸濕量越多;(3)荷纖維存在由數(shù)根微細(xì)纖維并排締合組成的特殊形態(tài)結(jié)構(gòu),其表面存在縫隙孔洞,這種特殊的結(jié)構(gòu)決定了荷纖維具有比較大的比表面積,表面能高,從而其吸濕能力強(qiáng)。

2.3 物理性能

通過(guò)測(cè)試荷纖維的密度、線(xiàn)密度和回潮率等基本物理性能分析其紡紗性能。荷纖維的密度為1.184 8 g/cm3,比棉、苧麻的密度小,與蠶絲、腈綸接近,荷纖維密度較小,質(zhì)量輕,纖維柔軟、飄逸。荷纖維的線(xiàn)密度為1.55 dtex,小于苧麻、蠶絲,與棉纖維及棉型化纖的線(xiàn)密度較接近。表明荷纖維較細(xì),有利于成紗強(qiáng)力和條干均勻度,可紡高支高密紗。荷纖維回潮率為12.32%,與苧麻接近,比棉、蠶絲大,比羊毛、粘膠要小,這說(shuō)明荷纖維具有很好的吸濕性。荷纖維的初始模量較大,為146.81 c N/dtex,比棉纖維大,略小于麻纖維;斷裂強(qiáng)度較大,為3.44 cN/dtex,與棉纖維接近,略小于麻纖維;斷裂伸長(zhǎng)率較小,為2.72%,略小于棉纖維,大于麻纖維。荷纖維的初始模量、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)介于麻纖維和棉纖維之間,因此可以判斷荷纖維具有較好的可紡性,適合與棉、麻進(jìn)行混紡[8]。

2.4 化學(xué)性能

研究發(fā)現(xiàn)荷纖維的耐酸性與棉纖維相近,但較棉纖維稍差一些。荷纖維對(duì)酸敏感度高,即穩(wěn)定性較差,酸對(duì)荷纖維作用的強(qiáng)弱程度隨酸的種類(lèi)、濃度、作用時(shí)間及溫度的不同而異。硫酸、鹽酸這兩大無(wú)機(jī)強(qiáng)酸對(duì)荷纖維破壞強(qiáng)烈,冰乙酸對(duì)荷纖維作用則較弱。

荷纖維和棉纖維等天然纖維素纖維一樣,在堿溶劑中穩(wěn)定性好,但耐堿穩(wěn)定性較棉纖維稍差,對(duì)氧化劑穩(wěn)定性也較差,抗氧化性與棉纖維相近。不同的氧化劑對(duì)荷纖維的氧化作用不同,過(guò)氧化氫和次氯酸鈉都是非選擇性的。過(guò)氧化氫對(duì)荷纖維的氧化作用不明顯,但是荷纖維對(duì)次氯化鈉溶液的氧化作用很敏感,并且一定程度上會(huì)降低纖維的斷裂強(qiáng)力和色牢度,因此,使用次氯酸鈉作漂白劑時(shí),必須嚴(yán)格控制工藝條件,以免荷纖維織物的強(qiáng)度受破壞[9]。

2.5 染色性能

袁小紅等[10]采用活性染料對(duì)荷纖維進(jìn)行染色研究,為荷纖維織物的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供依據(jù)。選取兩種不同活性染料(活性大紅、活性嫩黃),利用單因素分析法,在改變溫度、浴比、時(shí)間、元明粉用量、純堿濃度等工藝條件下,對(duì)荷纖維進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn),得出以下結(jié)論: (1)荷纖維上染活性大紅的最佳染色工藝條件為:染色溫度40℃,染液浴比1∶40,染色時(shí)間60 min,元明粉質(zhì)量濃度20 g/L,純堿質(zhì)量濃度30 g/L。(2)荷纖維上染活性嫩黃的最佳染色工藝條件為:染色溫度40℃,染液浴比1∶50,染色時(shí)間60 min,元明粉質(zhì)量濃度10 g/L,純堿質(zhì)量濃度20 g/L。(3)活性染料耐皂洗色牢度和耐汗?jié)n色牢度都在3級(jí)以上,加入元明粉起到了緩染作用,加入純堿起到了固色作用。

3 應(yīng)用前景

荷纖維具有良好的吸濕、排汗、防臭、透氣和抗霉殺菌功能,含有多種對(duì)人體健康有益的微量元素,其織物被譽(yù)為紡織領(lǐng)域的“綠色”織物,織物特色主要表現(xiàn)為涼爽、挺括、透氣、舒適、抗皺、健康、環(huán)保,是夏季服裝面料的首選。此外,荷纖維具有很好的生物相容性,是當(dāng)今醫(yī)療領(lǐng)域一種新型醫(yī)用材料和敷料,利用荷纖維制作的醫(yī)療手術(shù)縫合線(xiàn)、醫(yī)用紗布、止血條、止血帶等是外科手術(shù)、五官整容手術(shù)、燙燒傷病人和一般緊急外傷處理的必備用品[11-13]。

開(kāi)發(fā)、研究并應(yīng)用天然環(huán)保型荷纖維,是對(duì)發(fā)展綠色、環(huán)保、循環(huán)農(nóng)業(yè)道路的又一種嘗試。這不僅符合當(dāng)前的國(guó)際趨勢(shì),也可以有效地利用我國(guó)的農(nóng)業(yè)資源,給農(nóng)民帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。雖然我國(guó)對(duì)荷纖維的開(kāi)發(fā)已達(dá)到一定的程度,但是在應(yīng)用方面還存在一些問(wèn)題,這需要我們投入更多的時(shí)間和精力去解決。

[1]潘 穎.蓮纖維的結(jié)構(gòu)與性能研究[D].上海:東華大學(xué), 2011.

[2]陳東生,甘應(yīng)進(jìn).蓮纖維及其制備方法與制品:中國(guó), 200610140888.4[P].2008-04-23.

[3]何 軍,陳東生.蓮纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)探討[J].中國(guó)纖檢,2010, (1):70-73.

[4]甘應(yīng)進(jìn),袁小紅,王建剛,等.蓮纖維微觀結(jié)構(gòu)分析[J].紡織學(xué)報(bào),2009,30(11):14-17.

[5]明津法,蔣耀興.荷葉絲纖維結(jié)構(gòu)與性能探討[J].山東紡織科技,2009,(5):54-56.

[6]王建剛,袁小紅,甘應(yīng)進(jìn),等.蓮纖維的熱學(xué)性能[J].紡織學(xué)報(bào),2010,2(31):7-9.

[7]王建剛,倪海燕,袁小紅,等.蓮纖維的吸濕性能[J].紡織學(xué)報(bào),2009,(9):11-14.

[8]王建剛,袁小紅,何 軍,等.蓮纖維的物理性能[J].紡織學(xué)報(bào),2008,(12):9-11.

[9]袁小紅,陳東生,甘應(yīng)進(jìn).蓮纖維的化學(xué)性能[J].纖維素科學(xué)與技術(shù),2012,(3):44-50.

[10]袁小紅,甘應(yīng)進(jìn),陳東生,等.活性染料對(duì)蓮纖維的染色性能研究[J].纖維素科學(xué)與技術(shù),2012,(2):51-57.

[11]王曉麗.兩種綠色環(huán)保纖維——絲瓜纖維與荷纖維[J].中國(guó)纖檢,2011,(6):77-79.

[12]王建剛,嚴(yán)濤海,蘇靜芳.淺談蓮纖維的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].輕紡工業(yè)與技術(shù),2012,(4):39-40.

[13]李岱祺,李建強(qiáng),陳 悟,等.一種新型生物質(zhì)服用纖維——蓮絲纖維[J].服飾導(dǎo)刊,2014,(1):30-31.

更正與補(bǔ)充說(shuō)明

本刊2015年第1期刊載的文章《亞麻纖維/萊賽爾纖維/竹炭粘膠纖維混紡紗的開(kāi)發(fā)》,作者姓名“姚貴香”更改為“姚桂香”,特此更正。

本刊2015年第2期刊載的文章《時(shí)尚產(chǎn)業(yè)外延發(fā)展與時(shí)裝周創(chuàng)新研究》一文增加“基金項(xiàng)目:山東省高校人文社科研究計(jì)劃資助經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(J14WJ20)”,特此補(bǔ)充。

《紡織科技進(jìn)展》編輯部

Performance and Application Prospects of Nature Lotus Fiber

YU Cai
(School of Textiles and Materials,Xi'an Polytechnic University,Xi'an 710048,China)

The lotus fiber was made from the lotus stem which was the agricultural waste after harvesting the lotus.Through the introduction of the structure of the lotus fiber,the properties of thermal,moisture absorption,physical,chemical and dyeing were detailed.Finally the application prospect of the lotus fiber were introduced.

lotus fiber;green and environmental;structure;performance;prospect

TS102.2

:A

:1673-0356(2015)03-0008-02

2015-03-23

余 彩(1989-),女,在讀碩士研究生,主要研究方向?yàn)榧徔椥虏牧?、新工藝、新技術(shù)、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,E-mail:1013775814 @qq.com。