新疆棉稈皮纖維紡紗性能的研究方向探討

文/張慧卿 劉永川

新疆作為全國的商品棉基地，實(shí)施棉花目標(biāo)價(jià)格改革政策后，2017年度棉花總產(chǎn)量在450萬噸以上。棉花秸稈作為棉花生長的枝干，其數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于棉花。棉花采摘完畢后，棉稈大部分被焚燒或者直接翻埋漚肥，焚燒棉稈會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，直接翻埋漚肥的降解周期長，未降解的棉稈會(huì)對地膜等設(shè)施造成傷害。棉稈皮纖維存在于棉花秸稈的表層韌皮中，是由纖維素伸長增厚形成的長纖維，這種纖維是純天然有機(jī)纖維，綠色環(huán)保，可以自然降解。

棉稈皮纖維是一種優(yōu)良的韌皮長纖維，棉稈皮部分占整株棉稈重的26%，棉稈皮中纖維素含量高達(dá)70%，纖維長度多分布在5cm～25cm，細(xì)度為2.77tex～4.46tex，斷裂強(qiáng)力44.63cN/tex，斷裂伸長7.56%；其長度比黃麻、大麻和竹纖維要長，細(xì)度與亞麻、黃麻接近，斷裂強(qiáng)力與亞麻接近，比黃麻、竹纖維要高[1]，斷裂伸長比亞麻、黃麻、竹纖維都要高。由此可見棉稈皮纖維具有較強(qiáng)的可紡性能，通過試驗(yàn)已經(jīng)證明棉稈皮纖維經(jīng)過精細(xì)處理后可以應(yīng)用于紡織，如果能夠大規(guī)模推廣，不僅能避免資源浪費(fèi)，還能顯著增加農(nóng)民收入。

棉稈皮纖維脫膠工藝

棉稈皮纖維是由纖維素、果膠、半纖維素、木質(zhì)素和灰分等組成，其中纖維素等成分都是由果膠作為粘合劑粘結(jié)在一起，只有對棉稈皮纖維進(jìn)行脫膠處理，才能得到適于紡織的纖維，并且脫膠的方法和效果決定了棉稈皮纖維的可紡性和染色性[2]。傳統(tǒng)的棉稈皮脫膠方法采用化學(xué)方法或天然水漚法，化學(xué)法環(huán)境污染嚴(yán)重，水資源消耗大，水漚法勞動(dòng)生產(chǎn)率低、耗費(fèi)時(shí)間長?？紤]到新疆水資源匱乏，生態(tài)資源基礎(chǔ)脆弱，因此認(rèn)為棉稈皮纖維的脫膠研究方向?yàn)榫G色環(huán)保的生物酶脫膠法、閃爆脫膠法、超聲波脫膠法。

生物酶脫膠法就是將脫膠菌培養(yǎng)到菌生長的衰老期后進(jìn)行過濾或離心等處理，得到的粗酶液，再將粗酶液提純、濃縮為液劑或粉劑，使用時(shí)再還原成粗酶液，用于浸漬棉稈皮，使其酶解脫膠[3]。生物酶脫膠法具有纖維損傷小、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，但面臨的困難主要是產(chǎn)酶菌種活力太低，去除木質(zhì)素效果不是很好，脫膠后的纖維還含有較多的殘留膠質(zhì)，目前國內(nèi)生物酶脫膠的應(yīng)用尚未形成規(guī)模。

閃爆脫膠法就是在高溫高壓條件下，水蒸氣滲入到纖維素分子內(nèi)部與纖維素內(nèi)部羥基形成氫鍵，由于閃爆過程是瞬間完成，吸附在纖維素內(nèi)孔及間隙的水蒸氣瞬間沖出，釋放出巨大的能量，足以打斷纖維束間的化學(xué)鍵結(jié)合，達(dá)到脫膠的目的。閃爆脫膠法具有處理時(shí)間短、高效、低成本、無污染等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)閃爆脫膠法還能夠有效改善纖維的結(jié)構(gòu)，提高了纖維的熱穩(wěn)定性及化學(xué)反應(yīng)性能，但也存在蒸汽閃爆壓力較難控制、纖維分裂度不高等問題。

超聲波脫膠法就是利用超聲波特有的“空化效應(yīng)”，通過對預(yù)處理后棉稈皮纖維微觀結(jié)構(gòu)中水分子的作用，液體中的微小泡核在聲波作用下被激活，表現(xiàn)為泡核的振蕩、生長、收縮乃至崩潰等一系列動(dòng)力學(xué)過程，再通過微波獨(dú)特的加熱方式，達(dá)到松解和去除棉稈皮中膠質(zhì)的目的。超聲波脫膠法具有脫膠時(shí)間短、能耗小、低環(huán)保等特點(diǎn)，且在保護(hù)纖維原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，大幅度改善其可紡性能，但也存在脫膠設(shè)備費(fèi)用較高，效果影響因素復(fù)雜，技術(shù)研究不夠廣泛等問題。

棉稈皮纖維柔軟處理方法

脫膠后得到的棉稈皮纖維束，細(xì)度顯著提高，但仍具有彎曲剛度大、成網(wǎng)抱合力差等缺點(diǎn)，在棉型梳理機(jī)上成網(wǎng)困難，無法直接與棉及其他纖維進(jìn)行紡紗，需要進(jìn)行棉稈皮纖維柔軟處理，增加纖維的柔軟度，改善回潮率，降低表面摩擦系數(shù)等。纖維柔軟處理方法主要有草酸交聯(lián)法、陽離子活性劑法和養(yǎng)生軟化法。通過相關(guān)試驗(yàn)對比，認(rèn)為研究方向?yàn)閷w維損傷小、試劑殘留量少的養(yǎng)生軟化法。

草酸交聯(lián)法是使用化學(xué)的方法，通過交聯(lián)劑的作用，使纖維分子間發(fā)生縮聚反應(yīng)和加聚反應(yīng)，生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子，試驗(yàn)證明經(jīng)適度交聯(lián)，纖維的柔軟度會(huì)有所改善，但會(huì)對纖維造成不同程度的損傷。

陽離子活性劑法就是利用纖維素在水中，因?yàn)殡婋x作用呈現(xiàn)負(fù)電性，加入帶有正電性的陽離子活性劑后，發(fā)生定向吸附，借助陽離子活性劑的特殊性能可以改善纖維的柔軟度，但是陽離子活性劑的吸附具有較強(qiáng)的作用力不易發(fā)生脫附，致使纖維增重率很大，試劑殘留比較嚴(yán)重。

養(yǎng)生軟化法是指用油劑、助劑等制備養(yǎng)生乳液，養(yǎng)生乳液在一定條件下對纖維進(jìn)行處理，表現(xiàn)為纖維表面的吸附和纖維內(nèi)部的滲透，從而增加纖維的強(qiáng)度、柔軟度、控制靜電的產(chǎn)生。油劑包括各種礦物油、植物油和動(dòng)物油，助劑包括乳化劑、滲透劑、柔軟劑等[4]。這種吸附和滲透的作用力較弱，不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的纖維增重，有效提高了纖維表面的光滑性，減少纖維與纖維以及纖維與機(jī)件之間的摩擦。

棉稈皮纖維紡織改性方法

棉稈皮纖維經(jīng)過柔軟處理之后，適紡性能明顯改善，可以與棉等纖維進(jìn)行混紡，得到不同紡織類型和混紡比例的紗線或面料。根據(jù)棉稈皮纖維具有高結(jié)晶度、高取向度、斷裂伸長小、卷曲性小、初始模量大等缺點(diǎn)，預(yù)計(jì)其紗線或面料粗糙硬挺，毛羽多、染色性差，穿著時(shí)有刺癢感，易折皺，為了克服這些缺點(diǎn)，就要進(jìn)行棉稈皮纖維的紡織改性處理。改性處理方法主要有化學(xué)處理法、低溫等離子法、生物酶法、超聲波處理法、液氨處理法等?；瘜W(xué)處理法對纖維有不同程度的損傷，環(huán)境污染嚴(yán)重，認(rèn)為研究方向?yàn)楣?jié)能環(huán)保的低溫等離子法、生物酶法、超聲波處理法、液氨處理法。

低溫等離子處理法是利用等離子體中含有的大量電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子等活性粒子，用其轟擊材料表面時(shí)會(huì)將能量傳遞給表層分子，使材料發(fā)生熱蝕、交聯(lián)、降解和氧化反應(yīng)，在材料表面產(chǎn)生大量的自由基或引進(jìn)一些極性基團(tuán)，從而使材料表面性能獲得優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果表明通過等離子體作用，明顯改進(jìn)棉稈皮纖維的染色性能，同時(shí)對接枝改性效果也較好[5]。

生物酶法是通過生物酶催化作用，使纖維素大分子發(fā)生水解，從而改變分子間結(jié)構(gòu)。此方法對環(huán)境污染小，節(jié)約能源，整理后的紗線和面料上不殘留任何有害化學(xué)物質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過生物酶法整理的棉稈皮纖維白度、斷裂強(qiáng)度有所下降，但是織物的手感變得柔軟，品質(zhì)提高。

超聲波處理法是通過超聲波的“空化效應(yīng)”，對纖維微觀結(jié)構(gòu)中水分子的作用，使纖維無定形區(qū)的空隙加大，同時(shí)提高染料的分散程度，致使染料分子更容易地?cái)U(kuò)散進(jìn)入纖維的無定形區(qū)。試驗(yàn)表明超聲波處理后，棉稈皮纖維上染速率增大，勻染透染性好，可以實(shí)現(xiàn)織物的低溫短時(shí)間染色等效果。

液氨處理法是利用液氨分子量小，能滲入纖維內(nèi)部，引起纖維均勻膨化，從而松弛了織物加工過程中所受的各種應(yīng)力，提高纖維分子間定向排列程度，同時(shí)又不損傷纖維，作用完畢能夠快速滲出，達(dá)到改變纖維性質(zhì)的目的。試驗(yàn)結(jié)果表明用液氨整理出的紗線和面料具有尺寸穩(wěn)定、回彈性好，布面平整、紋路清晰，光澤柔和、手感滑爽，變色少等顯著特點(diǎn)[6]。

通過上面的分析可以看出，棉稈皮纖維具有很高的可紡性能和使用價(jià)值，是優(yōu)質(zhì)的天然纖維[7]。然而目前對棉稈皮纖維紡織性能方面的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，沒有開發(fā)出棉稈皮纖維的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，造成大量寶貴資源的廢棄。應(yīng)當(dāng)從節(jié)能環(huán)保、減少化學(xué)殘留的方向，加大力度對棉稈皮纖維的綜合利用進(jìn)行研究，彌補(bǔ)我國天然紡織纖維資源的短缺。文章不足之處請大家指正。

[1] 張勝靖,李龍.棉稈皮纖維柔軟處理工藝與梳理性能研究[D].西安:西安工程大學(xué)，2010:20-23.

[2] 李龍，盛冠忠，吳磊，棉稈皮資源利用開發(fā)研究[J]，中國麻業(yè)科學(xué)，2008(4):12-13.

[3] 張燕，陳宇岳，亞麻纖維蛋白質(zhì)改性及結(jié)構(gòu)與性能研究[D].江蘇:蘇州大學(xué),2009:25-27.

[4] 吳君南，陳建勇，郝新敏，閃爆處理對環(huán)麻纖維脫膠效果結(jié)構(gòu)與性能影響的研究[D].浙江:浙江理工大學(xué)，2008:31-33 .

[5] 楊震，陳建勇，棉稈皮高溫快速脫膠及棉稈皮纖維結(jié)構(gòu)性能的研究[D].浙江:浙江理工大學(xué)，2003:27-29.

[6] 楊英賢,姜宜寬.羅布麻超聲波脫膠工藝研究[D].青島:青島大學(xué),2006:36-38.

[7] 裴華強(qiáng)，翟耀華，棉稈皮纖維化學(xué)脫膠工藝初探[J]，山東紡織科技， 2008(4):30-32.