菠蘿纖維的開發(fā)利用及應(yīng)用價(jià)值

(山東英才學(xué)院醫(yī)學(xué)院 山東 濟(jì)南 250104)

一、前言

現(xiàn)如今，“綠色發(fā)展”理念是關(guān)系我國發(fā)展全局的一場深刻變革，也是我國實(shí)現(xiàn)全面建成小康社會目標(biāo)的重要途徑。同時環(huán)保對于我們來說愈發(fā)重要，市場上許多新型環(huán)保材料不斷涌出。為適應(yīng)綠色發(fā)展理念和低碳生活，大多數(shù)國家已經(jīng)開始積極探索、尋找新型環(huán)保材料。

新型環(huán)保材料大多來源于自然，本文所講的菠蘿纖維來源于菠蘿葉中，早在古印度、印度、馬來西亞、菲律賓等盛產(chǎn)菠蘿的地區(qū)率先進(jìn)行了研究，而作為菠蘿產(chǎn)量較多的中國來說，含有菠蘿纖維的菠蘿葉并沒有很好的利用，往往作為農(nóng)業(yè)垃圾而存在，這說明菠蘿纖維有著巨大的市場發(fā)展?jié)撃?。其中菠蘿纖維還有著來源廣、韌性強(qiáng)、外觀潔白、柔軟等優(yōu)點(diǎn)，是我國新型環(huán)保材料的不二之選。

二、菠蘿纖維的成分、化學(xué)性能及制取方法

(一)菠蘿纖維的成分

菠蘿纖維是熱帶地區(qū)廣泛種植的水果菠蘿葉纖維。菠蘿纖維外層有一層較厚的木質(zhì)層包裹著，與其他麻類纖維相比不同的是，菠蘿纖維是有多條短纖維混合為一條長纖維的，其單纖維的長度最短為0.1英寸，最長約0.36英寸，細(xì)度最小為1～4微米，最大約26微米[1]。其中，菠蘿纖維含有大量纖維素，較一般硬纖維高，化學(xué)成分如下：

表1 菠蘿纖維的成分含量[2]

(二)菠蘿纖維的特殊化學(xué)性能

近年來，隨著作為環(huán)保新型材料的菠蘿纖維發(fā)現(xiàn)，人們也開始對他們進(jìn)行了深入研究，有研究證明菠蘿纖維有著抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的作用。

1.菠蘿纖維抗菌性定性分析

通過根據(jù)AATCC 147-2004 的研究標(biāo)準(zhǔn)，采用平行劃線法，對菠蘿纖維的抗菌性能進(jìn)行定性分析。一份瓊脂上涂有革蘭氏陰性菌的大腸桿菌菌種，另一份瓊脂上涂有革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌菌種，放入條件相同的菠蘿纖維后，兩者進(jìn)行比較。據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的測定，發(fā)現(xiàn)瓊脂上的菠蘿纖維附近未出現(xiàn)抑菌帶，根據(jù)抗菌方式來分，菠蘿纖維是屬于非溶出型纖維，因此細(xì)菌在上面無法進(jìn)行存活、繁殖[3]。

2.抗菌性能的定量分析

表3 菠蘿纖維與亞麻纖維抗菌性能的比較[3]

在此本實(shí)驗(yàn)中，選擇了菠蘿纖維和亞麻纖維兩種纖維作為試樣，分別對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，根據(jù)表 3得出以下結(jié)論：

(1)從增殖值來看，在接種濃度和試樣條件相同的條件下，菠蘿纖維瓊脂培養(yǎng)皿和亞麻纖維瓊脂培養(yǎng)皿中都產(chǎn)生了金黃色葡萄球菌和大腸桿菌，其中菠蘿纖維和亞麻纖維培養(yǎng)基上金黃色葡萄球菌增殖均為3.09，菠蘿纖維和亞麻纖維培養(yǎng)基上大腸桿菌增殖均為3.27，兩者增殖速度一致。

(2)從抑菌活性來看，在其余條件一致的情況下，菠蘿纖維對金黃色葡萄球菌的抑菌活性值為4.34，而亞麻纖維對金黃色葡萄球菌的抑菌活性值僅為0.84，說明菠蘿纖維有著強(qiáng)大的抑制金黃色葡萄球菌的作用；在相同的條件下，菠蘿纖維對大腸桿菌的抑菌活性值為6.73，亞麻纖維對大腸桿菌的抑菌活性值為3.12，兩者均有抑制大腸桿菌的作用，但菠蘿纖維作用更加強(qiáng)大。

(3)從殺菌活性值來看，當(dāng)其他定量一致時，菠蘿纖維對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺菌活性值分別為1.25和3.46；而亞麻纖維對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺菌活性值分別為-2.25和-0.15。因此與亞麻纖維相比，菠蘿纖維有著殺滅金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的作用。

3.結(jié)論

(1)菠蘿纖維和亞麻纖維均有著抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的作用，其中菠蘿纖維抑菌作用更為強(qiáng)大。

(2)菠蘿纖維在抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌作用的同時，也有著殺滅這兩個菌種的作用，而亞麻纖維有抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的作用，但沒有殺滅兩個菌種的作用。

(3)有研究表明，菠蘿纖維不需加任何添加劑就有著強(qiáng)大的抑菌作用，屬于天然的抗菌纖維，是開發(fā)抗菌防臭的紡織材料和食品包裝的不二之選。

(三)菠蘿纖維的制取方法

一個成熟的菠蘿長有二十到三十片菠蘿葉子，葉子的外面有一層表皮，分為上表皮和下表皮，表皮里面有一層葉肉，葉肉里面包裹著密密的白色絲狀物，那就是菠蘿葉的纖維，又名菠蘿纖維。

1.人工提取

提取菠蘿纖維有著很長的歷史，但是過去菠蘿纖維的提取一直停留在手工提取。傳統(tǒng)手工提取是先將菠蘿葉放到水里浸泡10天左右，當(dāng)葉片的表面組織泡軟，開始腐爛的時候，用木棒進(jìn)行捶打。這種方法雖然也能將纖維提取出來，但是效率極低，同時也浪費(fèi)了很多水資源，污染環(huán)境。如果用這種方法進(jìn)行菠蘿纖維的提取是非常困難的。

2.機(jī)器提取

由于菠蘿纖維是束纖維，多根短纖維由于膠質(zhì)的作用黏連在一起，按照劍麻的提取方法是不可行的。因此，現(xiàn)有團(tuán)隊(duì)已經(jīng)制造出專門提取菠蘿纖維的機(jī)器。在機(jī)器提取的過程中，只需要將菠蘿葉推入機(jī)器口再拉出，拉出來的就是分離后的菠蘿纖維。提取出的纖維再經(jīng)過清洗、晾曬，就形成了可以加工使用的原纖維。后期也可經(jīng)過脫膠、養(yǎng)生、梳理就可以形成了長纖維麻條，這樣就可以投入紡織等應(yīng)用過程中了。

三、菠蘿纖維的應(yīng)用價(jià)值

(一)紡織

紡織技術(shù)歷史悠久，原料在紡織中有著重要地位?，F(xiàn)在做衣服的原料主要還是有以下幾種：棉、麻、絲、毛、化纖等制品組成。其中菠蘿纖維制成的紡織品也是非常好的。

從上世紀(jì)七十年代，人們率先使用菠蘿纖維紡布制衣。菠蘿纖維就是菠蘿葉纖維，顧名思義就是從菠蘿的葉片中提取的物質(zhì)。菠蘿纖維可以通過人工或機(jī)器剝?nèi)〉姆椒ㄖ频?，取得葉片后進(jìn)行刮青處理，然后充分用水洗滌，日光曬干，即菠蘿葉片→刮青→水洗→曬干→原麻，之后利用陽光的氧化作用使纖維褪去了最后的綠意，潔白光亮，制得的菠蘿纖維經(jīng)過適當(dāng)化學(xué)處理后，可在棉紡設(shè)備、毛紡設(shè)備、亞麻及黃麻紡紗設(shè)備上進(jìn)行紡紗。菠蘿纖維潔白無瑕、天然柔韌、廉價(jià)環(huán)保，菠蘿纖維成為非常有競爭力的生態(tài)紡織材料[4]。

用菠蘿纖維進(jìn)行紡織主要具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

1.菠蘿纖維面料是由菠蘿葉加工而成的，屬于葉狀麻類纖維面料。

2.菠蘿纖維可以和其他其他天然纖維進(jìn)行混紡，增加其柔軟度。

3.菠蘿纖維由于潔白光亮，面料上色容易，色牢度高。

4.菠蘿纖維面料吸汗透氣，特別適合夏天來穿，同時菠蘿纖維有天然的抑菌作用，長期穿著可有有效的殺滅細(xì)菌、天然防臭功能。

5.菠蘿纖維面料手感柔軟，韌性比傳統(tǒng)的棉質(zhì)纖維強(qiáng)，因此面料吸汗透氣、挺括、不起皺。

菠蘿纖維現(xiàn)如今發(fā)展迅速，紡織發(fā)展良好。菠蘿纖維和棉混紡混合可生產(chǎn)出牛仔；和絹絲混紡可織成高級禮服面料用轉(zhuǎn)杯紡生產(chǎn)的純菠蘿纖維紗作緯紗；用棉或其它混紡紗作經(jīng)紗，可生產(chǎn)各種裝飾織物及家具布；用毛紡設(shè)備紡制羊毛和菠蘿纖維混紡紗可生產(chǎn)西服與外衣面料；在黃麻設(shè)備上生產(chǎn)的菠蘿纖維、棉混紡紗可織制窗簾布、床單、家具布、毛巾、地毯等；用亞麻設(shè)備生產(chǎn)滌綸、腈綸、菠蘿纖維混紡紗可用于生產(chǎn)針織女外衣、襪子等[4]。由此可以看出菠蘿纖維利用價(jià)值是非常高的，市場潛力也是特別大的。

(二)皮革：

近幾年皮革成為流行，很多人喜歡穿皮衣、皮鞋和掛皮包。但這些看起來昂貴且奢華的皮革，都來自于動物們的身體，這種美麗源于殘忍，如果我們繼續(xù)使用動物皮革，世界就會變得無情血腥。因此，有一名叫Carmen Hijosa的女博士發(fā)明了一個叫Piatex的方法[5]。

有數(shù)據(jù)表明，一個可以產(chǎn)兩斤菠蘿的植株就有2～3斤的菠蘿葉，則一畝菠蘿可以產(chǎn)生8噸左右的菠蘿葉，而世界上每年種植2500萬噸的菠蘿，如果把這些纖維材料都利用上，就可以制造出一億八千萬的菠蘿皮革。這些菠蘿葉對于農(nóng)民來說是不用的農(nóng)業(yè)廢棄物，同時這些菠蘿葉的菠蘿纖維進(jìn)行制作皮革，既減少了動物的殺戮，也解決了農(nóng)民的收入問題，可謂是一舉兩得。

(三)造紙

隨著造紙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我們的造紙材料也越來越環(huán)?；?。由于我國是資源匱乏的國家，林業(yè)資源總量不足、質(zhì)量較差，并不適合大規(guī)模發(fā)展造紙?jiān)吓嘤?。紙是由懸浮在流體中的纖維在網(wǎng)上相互交織，經(jīng)過壓榨和干燥以后形成的片狀物。因此，一些植物纖維就成了造紙產(chǎn)業(yè)的主原料，如棉花、黃麻等，作為新型環(huán)保材料的菠蘿纖維也是其中一個。

菠蘿纖維由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等成分構(gòu)成，其化學(xué)組成與黃麻等其他麻類纖維相似。下表為菠蘿纖維的化學(xué)組分與黃麻的比較(%)。

表2 菠蘿纖維的化學(xué)組分與黃麻比較(%)[2]

1.纖維素是重要的造紙?jiān)?，纖維素是由許多β型葡萄糖分子脫水聚合形成的高分子化合物，是紙張的主要化學(xué)成分。纖維素具有強(qiáng)度大的特點(diǎn)，理化性質(zhì)比較穩(wěn)定，不容易發(fā)生化學(xué)變化，其中纖維素在紙張中的含量越高就越有利于紙張耐久性。此外，使用纖維素含量高的植物纖維造紙時，不必為清除造紙纖維原料中所含的其他理化性能不穩(wěn)定的物質(zhì)而大量使用化學(xué)藥品，這樣造紙工藝流程對纖維素的損壞更少，更有利于紙張耐久性的提高。從表 2中得知，菠蘿纖維與黃麻對比，菠蘿纖維的纖維素比黃麻的要高，說明菠蘿纖維造出的紙比黃麻紙更具有使用耐久性。

2.半纖維素在菠蘿纖維生物質(zhì)中的含量占28.5%-30%僅次于纖維素的含量，有研究表明[6]，在紙漿中加入適量的含有半纖維素的植物纖維可以讓紙有足夠的黏結(jié)力，增加紙張間的接合作用，從而提高紙張的物理強(qiáng)度。因此，半纖維素對提高紙漿得率、改善紙漿質(zhì)量、生產(chǎn)特種紙張都有著重大意義[7]。

3.木質(zhì)素是造紙用生木漿中化學(xué)性質(zhì)最復(fù)雜,而且不需要太多的成分。在機(jī)械漿中木質(zhì)素以其天然結(jié)構(gòu)狀態(tài)大量存在，從而影響木漿的膨脹性能、纖維強(qiáng)度和韌性。木質(zhì)素在纖維原料里起的是粘結(jié)劑的作用，如果不去除的話，纖維原料是無法分離。同時，木質(zhì)素存在于植物纖維細(xì)胞的四周，容易被氧化，尤其在光照下，氧化程度加劇。木質(zhì)素氧化后變黃發(fā)脆。有些紙張如新聞紙(白報(bào)紙)容易發(fā)黃變脆,主要原因是紙中木質(zhì)素被氧化。因此，紙張中木素含量越多，其耐久性越差。從表 2中看出，菠蘿纖維造的紙張的耐久性比黃麻紙要好很多。

雖然大規(guī)模紙和紙板的生產(chǎn)使用非木材纖維原料的比率相對較低，但是利用非木材造紙有助于減少對造紙木材的需要量，并能大規(guī)模種植和收割，且周期短。利用菠蘿葉作為制漿造紙用纖維原料，可制得滿意的造紙用漿，為新型的植物纖維的造紙?jiān)稀?/p>

(四)其他

作為新型環(huán)保材料的菠蘿纖維有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，在我國，菠蘿纖維發(fā)展的還不是很迅速，但是它的應(yīng)用在皮革、紡織等處的應(yīng)用卻是完美的。菠蘿纖維也在交通上也有著廣泛應(yīng)用，用其生產(chǎn)的針剌非織造布可用作車內(nèi)座椅裝飾面料、帳篷等；菠蘿纖維還有著韌性強(qiáng)、強(qiáng)度高的功能，因此可用用來做麻繩、繩索等材料。同時，菠蘿纖維還可用于塑料、屋頂材料、手工工藝品等。由于菠蘿纖維也有著透氣性好和抑菌性的功能，后期也可制作一些透氣性良好的抑菌創(chuàng)可貼、敷料巾等，都是一些不錯的選擇。

四、總結(jié)

目前，在我國，菠蘿纖維作為新型環(huán)保材料來說，符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，值得我們?nèi)シe極推廣，而且我國對纖維處理技術(shù)、纖維提取技術(shù)、紡織產(chǎn)品的研發(fā)均取得了較大的進(jìn)步和階段性的成果，已具備商業(yè)化的開發(fā)條件，尤其是利用天然抗菌的特性去開發(fā)功能紡織產(chǎn)品的潛力巨大。但由于政治、經(jīng)濟(jì)、文化等因素的影響滯后不前，這就需要我們積極去探索、開發(fā)和利用菠蘿纖維。