微溶解處理對(duì)大麻/棉混紡織物拉伸性能的影響

鐘智麗， 廖鎮(zhèn)東， 張宏杰

(天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院， 天津 300387)

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微溶解處理對(duì)大麻/棉混紡織物拉伸性能的影響

鐘智麗， 廖鎮(zhèn)東， 張宏杰

(天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院， 天津 300387)

為探討預(yù)處理和微溶解工藝對(duì)大麻/棉混紡織物拉伸性能的影響，對(duì)織物和原大麻纖維進(jìn)行預(yù)處理和氯化鋰/N，N-二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)微溶解處理。其中，LiCl/DMAc是一種具有良好穩(wěn)定性的新型綠色纖維素溶劑體系，微溶解的具體工藝是10%的LiCl/DMAC溶劑，溫度65 ℃。用紅外光譜(FT-IR)和X射線(xiàn)衍射(XRD)對(duì)纖維進(jìn)行表征，并用萬(wàn)能強(qiáng)力機(jī)測(cè)試織物的拉伸性能。結(jié)果表明：大麻纖維經(jīng)過(guò)預(yù)處理和微溶解體系后，主要基團(tuán)沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，且纖維素在微溶解過(guò)程中未發(fā)生衍生化反應(yīng)。經(jīng)過(guò)不同工藝處理體系后，織物的斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂強(qiáng)力均得到不同程度的增加。其中，經(jīng)堿活化和LiCl/DMAc微溶解后，織物拉伸性能得到提高，斷裂強(qiáng)力提高44.5%。

大麻/棉混紡織物； 氯化鋰/N-N二甲基乙酰胺溶解體系； 大麻纖維； 拉伸性能

大麻是一種中國(guó)傳統(tǒng)種植的麻類(lèi)作物，隨著其培育和研究工作逐漸受到重視，麻類(lèi)紡織品的開(kāi)發(fā)和利用空間很大程度上為中國(guó)的麻紡織業(yè)提供了較好的宏觀(guān)環(huán)境[1]。大麻纖維除具備天然纖維素纖維吸濕透氣、穿著舒適外，還具備抗紫外線(xiàn)、抗菌抑菌等保健功能，日益受到人們的青睞[2]。大麻纖維的主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，和棉纖維一樣，是重要的紡織原材料[3]。

隨著人們對(duì)織物功能性要求的不斷提高，傳統(tǒng)織物已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們的要求。棉織物織造簡(jiǎn)單、天然環(huán)保、穿著舒服，但功能單一[4]。大麻纖維性能優(yōu)良，但純紡困難，很難織造出高品質(zhì)的紡織品[5]。因此，兩者混合一方面利用了棉纖維的高可紡性，另一方面利用了大麻纖維的高功能性，減少了棉織物的后期加工成本，提升了大麻纖維的綜合價(jià)值。

棉、大麻混紡雖然有利于2種纖維的價(jià)值體現(xiàn)，但是大麻纖維具有線(xiàn)密度大、飽和性差等缺點(diǎn)[6]，因此，大麻纖維影響最終產(chǎn)品的力學(xué)性能，特別是拉伸性能。纖維素纖維在試劑中發(fā)生溶脹皺縮，使紡織品的結(jié)構(gòu)變緊密，在堿溶液中，大麻纖維會(huì)發(fā)生部分“解束”，這些都會(huì)影響紡織品的拉伸性能。

1979年，氯化鋰/N,N-二甲基乙酰胺LiCl/DMAc體系首次被用來(lái)溶解纖維素[7]。王巖等[8]利用LiCl/DMAc體系溶解木材纖維素。陳一等[9]進(jìn)一步驗(yàn)證DMAc活化法和堿活化處理能夠有效提高棉纖維的溶解度。Kabir等[10]使用堿處理大麻纖維后發(fā)現(xiàn)其力學(xué)性能有所下降。張華等[11]運(yùn)用堿處理大麻織物，處理后織物的抗彎剛度和耐磨性能都有較大的增加。

利用纖維在溶液中的收縮提升織物的拉伸性能， LiCl/DMAc的溶解性能可部分去除或者“軟化”織物表面的纖維，提升表面光潔度[12]。本文采用不同的工藝對(duì)大麻/棉織物進(jìn)行整理，重點(diǎn)討論了織物的拉伸性能。并用相同工藝處理大麻纖維，利用紅外光譜、X射線(xiàn)衍射手段表征其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基團(tuán)變化，對(duì)應(yīng)分析織物拉伸性能變化的原因。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材 料

大麻/棉混紡平紋坯布(山西綠洲紡織有限公司，具體規(guī)格見(jiàn)表1)，大麻纖維，購(gòu)于沈陽(yáng)北江麻業(yè)發(fā)展有限公司。氫氧化鈉(NaOH),N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)，無(wú)水氯化鋰(LiCl)，購(gòu)于天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。

表1 織物規(guī)格

1.2 儀器及測(cè)試方法

電子天平(諸暨市超澤衡儀器設(shè)備有限公司)，DZKW-S-6型電熱恒溫水浴鍋(余姚市東方電子儀器廠(chǎng))，萬(wàn)用電爐(北京中興偉業(yè)儀器公司)，INSTRON3369型萬(wàn)能強(qiáng)力拉伸儀(美國(guó)英斯特朗公司)。

Tensor37傅里葉變換紅外光譜儀(德國(guó)Bruker公司)，掃描范圍4 000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1。

D8 DISCOVER with GADDS面探測(cè)器X射線(xiàn)衍射儀(德國(guó)BRUKER公司)，掃描模式2θ，Cu靶α射線(xiàn)(λ=0.154 1 nm)，電壓40 KV,電流為40 mA, 角度為5°～60°，掃描步徑為0.05°。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

表2示出對(duì)2種規(guī)格的織物進(jìn)行預(yù)處理和微溶解的方法。試樣1、2和3經(jīng)過(guò)不同的預(yù)處理工藝后進(jìn)入微溶解體系，試樣4和5直接進(jìn)入微溶解體系，對(duì)試樣的處理時(shí)間均為165 min。試樣6為未處理原樣。同時(shí)，使用同樣的工藝對(duì)大麻纖維進(jìn)行處理。

表2 實(shí)驗(yàn)工藝表

1.4 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB/T 7689.5—2001《增強(qiáng)材料 機(jī)織物試驗(yàn)方法》，利用INSTRON3369萬(wàn)能強(qiáng)力儀測(cè)定織物的拉伸性能?？椢镆?guī)格為25 cm×2.5 cm，隔距為10 cm，拉伸速度為50 mm/min。

2 結(jié)果與討論

表3示出棉/大麻的微觀(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)。由表可知，棉的聚合度、纖維素含量、結(jié)晶度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大麻。聚合度越大，相對(duì)分子質(zhì)量越大，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定；結(jié)晶度高，分子間作用力強(qiáng)，化學(xué)試劑的可及性降低。同等條件下，試劑與大麻纖維發(fā)生反應(yīng)的幾率增大，纖維破壞程度增強(qiáng)。同時(shí)，大麻剩余的成分多為半纖維素、木質(zhì)素、果膠等，這些低分子物質(zhì)在預(yù)處理和微溶解體系中更易發(fā)生反應(yīng)。鑒于以上原因，微溶解體系作用于棉/麻混紡織物中，最主要、最直接受影響的是大麻纖維。

表3 大麻/棉的微觀(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.1 傅里葉變換紅外光譜分析

圖1 不同工藝處理?xiàng)l件下的大麻纖維紅外光譜圖(a)及X射線(xiàn)衍射圖(b)Fig.1 FT-IR spectrogram (a) and XRD diagram (b) of hemp fibers be treated with different methods

同時(shí),譜圖其他波數(shù)的峰形位置沒(méi)有發(fā)生明顯變化，這也說(shuō)明LiCl/DMAc在溶解大麻纖維時(shí)是非衍生化的直接溶解。

2.2 X射線(xiàn)衍射分析

圖2為不同工藝處理?xiàng)l件下的X射線(xiàn)衍射圖從圖1(b)可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)不同手段處理后，各晶面的位移沒(méi)有出現(xiàn)明顯遷移，唯一不同點(diǎn)是纖維特征衍射峰強(qiáng)度發(fā)生了變化，這與處理前后纖維結(jié)晶度發(fā)生變化有關(guān)。經(jīng)過(guò)NaOH處理過(guò)的3、5試樣在11.8°和11.9°左右出現(xiàn)微小的波峰，是由于纖維在堿液作用下發(fā)生堿化作用，形成了堿纖維素。

經(jīng)過(guò)不同工藝處理后， 除處理工藝3和處理工藝5，大麻纖維的結(jié)晶度變化不大(見(jiàn)表4)。主要由于濃堿液除對(duì)纖維素、木質(zhì)素具有溶解作用，同時(shí)對(duì)纖維素也有一定的破壞作用，特別是在長(zhǎng)時(shí)間高溫條件下，如處理工藝5；對(duì)于處理工藝3而言，經(jīng)過(guò)了NaOH活化后，纖維活性增加，試劑可及性增強(qiáng)，因此在進(jìn)入溶解體系后，纖維素纖維會(huì)發(fā)生部分溶解，非結(jié)晶區(qū)增加，相對(duì)而言，纖維結(jié)晶區(qū)下降。同時(shí)，測(cè)試了采用處理工藝3的棉纖維的結(jié)晶度，實(shí)驗(yàn)表明結(jié)晶度由72.13%上升到了79.62%，這是由于棉纖維的高分子質(zhì)量使試劑進(jìn)入纖維內(nèi)部難度增大，由于試劑對(duì)于非結(jié)晶區(qū)的破壞，相對(duì)結(jié)晶區(qū)增大，結(jié)晶度增加。大麻纖維結(jié)晶度的微小減少和棉纖維結(jié)晶度增加，有利于織物拉伸性能的改善。

表4 不同處理工藝大麻纖維的2θ位置和結(jié)晶度

2.3 織物拉伸性能測(cè)試

表5示出2種織物的斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂強(qiáng)力。從表中可看出，經(jīng)過(guò)不同手段處理后，織物的斷裂伸長(zhǎng)率均得到了不同程度的增加，其中2種經(jīng)過(guò)堿處理后織物的變化尤為明顯。這是因?yàn)榭椢镌谔幚磉^(guò)程中逐漸吸收試劑，發(fā)生溶脹，隨著時(shí)間和溫度的增加，可能會(huì)發(fā)生皺縮，纖維素纖維在堿液中表現(xiàn)的尤為明顯，這種狀態(tài)會(huì)在織物整理后保持下來(lái)。因此，在織物拉伸過(guò)程中，先是紗線(xiàn)受力，然后單纖維在拉伸力作用下逐漸伸直，同時(shí)伴隨著纖維間的摩擦，產(chǎn)生一定的位移，纖維的斷裂伸長(zhǎng)增大，最終導(dǎo)致織物斷裂伸長(zhǎng)的增加。

表5 不同處理工藝織物的斷裂強(qiáng)力與伸長(zhǎng)率

從表中還可以看出，織物經(jīng)過(guò)不同的處理工藝后，織物的斷裂強(qiáng)力變化不大，但經(jīng)工藝2、3處理后，織物拉伸強(qiáng)力提高，這是由于織物在微溶解體系中，堿縮使得紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)變緊密，其次大麻與棉纖維會(huì)在堿液、熱水中發(fā)生部分的分束，增加紗線(xiàn)在單位面積內(nèi)的承載力的個(gè)數(shù)，從而使得織物的強(qiáng)力會(huì)有一定程度的提高。最后，纖維中半纖維素、木質(zhì)素的部分去除，提高了纖維的結(jié)晶度，構(gòu)成紗線(xiàn)主體的纖維結(jié)構(gòu)性能提高，紗線(xiàn)強(qiáng)力提高，織物的斷裂強(qiáng)度增加[13]。

其中，36 tex的大麻/棉混紡織物，拉伸斷裂強(qiáng)力高于28 tex大麻/棉混紡織物，是由于紗線(xiàn)線(xiàn)密度大，紗線(xiàn)斷裂強(qiáng)力高，從而織物的斷裂強(qiáng)力也提高。

3 結(jié) 論

1)大麻纖維經(jīng)預(yù)處理、微溶解后，主要基團(tuán)沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，紅外、X射線(xiàn)衍射波峰的變化說(shuō)明半纖維素、木質(zhì)素得到了部分的去除，大麻纖維在溶解體系中是非衍生化的直接溶解。

2)大麻纖維經(jīng)預(yù)處理、微溶解后，除經(jīng)過(guò)堿處理的纖維結(jié)晶度有所減小外，其他并無(wú)大的變化；同時(shí)，經(jīng)過(guò)工藝3處理后，棉纖維結(jié)晶度增加，棉纖維結(jié)晶度的增加與大麻纖維結(jié)晶度的降低對(duì)于大麻織物性能有一定影響。

3)大麻/棉混紡織物經(jīng)預(yù)處理和微溶解后，織物的拉伸性能均有所提高。其中，經(jīng)NaOH活化預(yù)處理和LiCl/DMAc微溶解后，織物拉伸性能提高最大，36 tex的大麻/棉混紡織物拉伸斷裂強(qiáng)力提高44.5%。

FZXB

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Influence of micro-dissolution treatment on tensile properties of hemp/cotton blended fabric

ZHONG Zhili， LIAO Zhendong， ZHANG Hongjie

(CollegeofTextile,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China)

In order to discuss the influence of different micro-dissolution methods and activation on the tensile properties of hemp/cotton blended fabric, fabrics and hemp fibers were subjected to pretreatment and LiCl/DMAc micro-dissolution. LiCl/DMAc is a kind of green cellulose solvent system with good stability, and the process of the micro-dissolution was LiCl/DMAc solvent of 10% and temperature of 65 ℃. Fibers were analyzed with FT-IR and XRD methods, and the tensile properties of fabrics were tested by Instron. The result shows that after hemp fibers were subjected to pretreatment and micro-dissolution treatment, the main groups have no obvious changes, and cellulose derivative reaction has not been found during micro-dissolution. The elongation at break and the breaking strength of fabrics subjected to different micro-dissolution processing systems increase by different degrees. After alkali activation and LiCl/DMAc micro-dissolution, the tensile properties of fabric are improved, and the breaking strength is improved by 44.5%.

hemp/cotton blended fabric; LiCl/DMAc; hemp fiber; tensile property

10.13475/j.fzxb.20140902705

2014-09-18

2015-06-24

鐘智麗(1962—)，女，教授，博士。主要研究方向?yàn)槔w維新材料、產(chǎn)業(yè)用紡織品、紡織復(fù)合材料。E-mail:zhongzhili@tjpu.edu.cn。

TS 106.5

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