竹漿纖維紅外光譜分析及再生纖維素纖維市場(chǎng)簡(jiǎn)析*

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（1.長(zhǎng)春教育學(xué)院理化生系,長(zhǎng)春 136000； 2.長(zhǎng)春建筑學(xué)院基礎(chǔ)教學(xué)部，長(zhǎng)春 136000）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，民眾消費(fèi)習(xí)慣的改變直接催生了對(duì)于產(chǎn)品適應(yīng)性進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新的動(dòng)能，竹纖維產(chǎn)品在紡織行業(yè)中的大量應(yīng)用，說(shuō)明在環(huán)保理念的推動(dòng)下，民眾對(duì)生態(tài)功能性纖維的基本需求不斷增長(zhǎng)。從生產(chǎn)加工工藝來(lái)看，竹纖維是一種純天然的纖維材料，它是繼麻纖維在紡織生產(chǎn)中大量使用之后，又一個(gè)具有較強(qiáng)產(chǎn)品及市場(chǎng)適應(yīng)性的功能性纖維材料。由于竹纖維有很強(qiáng)的除臭性和抗菌性，因此在家用紡織品，特別是床上用品的使用過(guò)程中受到關(guān)注[1]。

1 竹纖維紅外光譜

竹纖維的直徑通常為0.03～0.18 mm，其長(zhǎng)度為10～40 mm[2]。由于質(zhì)量特殊性，其含水率≤15%[3]。在物理特征相對(duì)較為穩(wěn)固的情況下，與其它纖維材料相比，瞬間吸水性和獨(dú)特的透氣性使其能夠較為靈活地適應(yīng)多種行業(yè)及產(chǎn)品的需求。特別是在消費(fèi)者對(duì)于“綠色消費(fèi)”愈發(fā)認(rèn)同的環(huán)境氛圍促進(jìn)下，這種被譽(yù)為“會(huì)呼吸的面料”已成為家用紡織品中不可或缺的重要原材料之一[4]。

1.1 竹纖維紅外光譜

由于竹纖維的環(huán)保特性突出，因此在現(xiàn)階段的終端消費(fèi)市場(chǎng)上，以竹纖維為原材料的制品受到消費(fèi)者的喜愛(ài)。但因其加工工藝之間存在著較為明顯的差異，竹原纖維和竹漿纖維紫外線抗阻能力經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室有效對(duì)比之后，其數(shù)值存在明顯差異（如圖1所示）。

圖1相關(guān)數(shù)據(jù)表明，竹原纖維對(duì)于紫外線的阻擋能力優(yōu)于竹漿纖維，這主要是因?yàn)橹裨w維中存在苯環(huán)，可有效吸收紫外線，從而最終形成電子躍遷效應(yīng)。

圖1 竹纖維紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectrogram of bamboo fiber

1.2 紅外光譜差異性

紫外光譜和紅外光譜雖然都同屬光譜，但其本質(zhì)上存在差異，這主要是因?yàn)槎呱a(chǎn)機(jī)制不同，紫外光譜是因?yàn)榉肿觾?nèi)的價(jià)電子躍遷而產(chǎn)生。紅外光譜是分子中的化學(xué)鍵或官能團(tuán)振動(dòng)而產(chǎn)生。不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜上處于不同位置，從而獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。至于定性定量，二者都可以。

2 堿溶液處理竹漿纖維紅外光譜分析

就目前市場(chǎng)發(fā)展前景來(lái)看，竹纖維的實(shí)際應(yīng)用渠道越來(lái)越廣，為了能夠確保其工藝及品質(zhì)，借助不同的介質(zhì)對(duì)其進(jìn)行有效分析，能夠進(jìn)一步拓展其市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值，催生出更多的商業(yè)價(jià)值與社會(huì)效應(yīng)。

相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)研究提出粘膠纖維—OH較竹漿纖維活潑性大，竹漿纖維在3 450 ～3 250 cm-1處的—OH吸收比粘膠纖維弱，這是鑒別這兩種纖維的有效手段之一[5]。根據(jù)亞麻和竹原纖維分子結(jié)構(gòu)中—CH、—CH2、—CH3個(gè)數(shù)(聚合度)的差異[6]，發(fā)現(xiàn)紅外光譜圖在2 900 cm-1和2 850 cm-1處存在較為明顯的差異[7]，利用此光譜圖可以定性鑒別亞麻和竹原纖維。盡管紅外光譜的主要原理是特定的化學(xué)鍵會(huì)吸收一定波長(zhǎng)的紅外光，在光譜上留下吸收峰，因此其主要側(cè)重于檢測(cè)特定的化學(xué)鍵，進(jìn)而檢測(cè)化合物中是否有某特殊官能團(tuán)。對(duì)于小分子的有機(jī)分子，做紅外成分分析過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，但其結(jié)果能比較客觀地反應(yīng)真實(shí)信息。

某大學(xué)將復(fù)合纖維生產(chǎn)制作工藝進(jìn)行優(yōu)化，與生物質(zhì)石墨烯復(fù)合后的內(nèi)暖纖維，強(qiáng)化了粘膠纖維固有的吸濕性、透氣性，織品光潔柔軟，手感滑爽，不易褪色；同時(shí)，較好地體現(xiàn)了生物質(zhì)石墨烯的功效，最明顯的是增強(qiáng)了體溫遠(yuǎn)紅外功效，即在20～35 ℃低溫狀態(tài)下，對(duì)6～14 μm波長(zhǎng)遠(yuǎn)紅外光吸收率達(dá)88%以上[8]。內(nèi)暖纖維織品強(qiáng)大的體溫遠(yuǎn)紅外功能，改善身體微循環(huán)。

圖2 在纖維原料中的紅外光譜波數(shù)分析Fig.2 Infrared spectral wavenumber analysis in fiber raw materials

在該過(guò)程中需要注意，在近紅外光譜分析中，平滑處理是最常用的消除光譜噪聲的方法。平滑處理的數(shù)學(xué)方法很多，如傅立葉變換（FFT）、奇異值分解（SVD）、卷積平滑方法、卡爾曼濾波等。在近紅外光譜分析領(lǐng)域中，小波變換主要用于去噪、數(shù)據(jù)壓縮、模型傳遞以及背景的扣除（如圖2所示）。

在進(jìn)行紅外光譜分析的過(guò)程中，原子發(fā)射譜和原子吸收譜不屬于熒光光譜范疇。在光照（激發(fā)光）的作用下，熒光分子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，在從激發(fā)態(tài)返回到基態(tài)的過(guò)程中，有可能會(huì)發(fā)射光子而發(fā)光（發(fā)射光）[9]，如果激發(fā)態(tài)到基態(tài)的躍遷過(guò)程是自旋允許的稱為熒光，自旋禁阻的稱為磷光。發(fā)射光譜是固定激發(fā)波的波長(zhǎng)，測(cè)定發(fā)射光強(qiáng)度與波長(zhǎng)（有時(shí)候也測(cè)波數(shù)或者頻率等）的關(guān)系，通俗地說(shuō)，發(fā)射光譜測(cè)定的是發(fā)射光的顏色。激發(fā)光譜是固定發(fā)射光的波長(zhǎng)，測(cè)量激發(fā)光的波長(zhǎng)與熒光強(qiáng)度之間的關(guān)系。如從發(fā)射光譜知道某分子最大發(fā)射波長(zhǎng)為500 nm，想得知哪個(gè)波長(zhǎng)的激發(fā)光照射該分子，可獲得最大的發(fā)射強(qiáng)度，可以通過(guò)測(cè)定激發(fā)光譜來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般情況下，最大激發(fā)波長(zhǎng)小于最大發(fā)射波長(zhǎng)。另外，由于紅外光譜是分子振動(dòng)光譜，所以萬(wàn)變不離其宗，紅外光譜測(cè)試無(wú)機(jī)物和有機(jī)物是一樣的，都是研究在振動(dòng)中伴隨有偶極矩變化的基團(tuán)。常見(jiàn)無(wú)機(jī)物主要包括H2O, CO[10], 氧化物，無(wú)機(jī)鹽中的陰離子，配位化合物等。對(duì)于無(wú)機(jī)鹽而言，陽(yáng)離子類(lèi)型不同會(huì)影響到其陰離子的振動(dòng)頻率。例如，對(duì)于無(wú)水堿性氫氧化物而言，OH—的伸縮振動(dòng)頻率都在3 550～3 720 cm-1范圍內(nèi)[11]。其中，KOH為3 678 cm-1，NaOH在3 637 cm-1, Mg(OH)2為3 698 cm-1，Ca(OH)2為3 644 cm-1。

3 再生纖維素纖維市場(chǎng)簡(jiǎn)析

再生纖維素纖維是以天然纖維素（棉、麻、竹子、樹(shù)、灌木）為原料，經(jīng)過(guò)特殊制作與提取工藝，并沒(méi)有改變其基礎(chǔ)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，僅從物理結(jié)構(gòu)層面對(duì)部分材料的適應(yīng)性進(jìn)行更為精細(xì)地優(yōu)化和調(diào)整[12]，使其能夠在提升其柔韌性和透氣性上更符合紡織產(chǎn)品的再生產(chǎn)、再加工需求。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是從天然的原材質(zhì)中，通過(guò)人工技術(shù)，提取出纖維素，再進(jìn)行紡絲，屬于人造纖維，但不屬于化學(xué)纖維。

3.1 供需產(chǎn)能基本保持平衡

再生纖維素纖維和棉的成分基本一致，通過(guò)工藝手段提取了木等植物中的纖維素，再抽絲制成。由于結(jié)構(gòu)更松散，所以吸濕性，透氣性，染色都優(yōu)于棉花。適合做貼身服裝，不刺激皮膚，沒(méi)有靜電，且透氣性好。跟棉花相比，某些纖維素纖維可以天然抑菌。缺點(diǎn)在于，強(qiáng)度比棉花差，但可通過(guò)織造等工藝進(jìn)行改善。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化和升級(jí)之后的纖維素纖維，染色亮麗，穿著舒適，同時(shí)又具有麻織物的特性?？缮a(chǎn)用于休閑褲、襯衫、牛仔、西裝等的織機(jī)面料，用于內(nèi)衣、T恤、襪子等的針織面料，以及醫(yī)療衛(wèi)生用的無(wú)紡布等。

3.2 粘膠短纖盈利能力穩(wěn)定

經(jīng)改良后的粘膠纖維，是一種天然材質(zhì)，由天然植物纖維分子重塑而來(lái)，準(zhǔn)確的應(yīng)該稱之為人造纖維或者再生纖維素纖維[13]，而化纖指的是滌綸、尼龍、腈綸等這類(lèi)由石油化工技術(shù)提取的纖維[14]。粘膠纖維與化纖有本質(zhì)差別[15]。與粘膠纖維同類(lèi)得還有天絲、莫代爾、竹纖維等，雖然他們的特性各有不同，但都是從天然材質(zhì)中提取出纖維素進(jìn)行紡絲而成，例如竹纖維就是利用竹子纖維素提取，不過(guò)竹纖維目前的問(wèn)題在于其工藝及性能的不穩(wěn)定性?；氐絾?wèn)題所說(shuō)的粘膠纖維，粘膠纖維在衣服洗標(biāo)上面標(biāo)注的名字，來(lái)源于德文VISCOSE的直譯[16]。VISCOSE實(shí)際代表的是在粘膠纖維提取植物纖維素的工藝中，產(chǎn)生的像蜂蜜一樣的膠狀物質(zhì)，因此稱之為“粘膠”。在業(yè)內(nèi)，粘膠纖維更常見(jiàn)的名字叫做纖維素纖維[17-22]。

圖3 粘膠短纖毛利分析Fig.3 Gross margin analysis of viscose staple fiber

纖維素纖維源于自然，也可以完全在自然中生物降解。相比于腈綸、聚酯纖維、尼龍這些基于石油合成纖維面料在丟棄后對(duì)造成環(huán)境負(fù)荷的傷害小得多。纖維素纖維中的木纖維完全源自于樹(shù)木，只要生產(chǎn)企業(yè)管理好樹(shù)種林區(qū)，完全可以比棉花的種植更加節(jié)水節(jié)地。另外，相對(duì)于純棉，纖維素纖維比較容易染色，纖維素纖維的面料通常比純棉色彩更加鮮艷生動(dòng)，由于柔軟親膚的特性，所以市面上一般用在內(nèi)衣、嬰兒服飾上。在家紡市場(chǎng)，纖維素纖維生產(chǎn)的面料是一些高端床單、高端毛巾的選擇。同時(shí)也一般是嬰兒濕巾、美容面膜、醫(yī)用敷料和其他一次性衛(wèi)生產(chǎn)品的基礎(chǔ)材料。

然而，由于受到中美貿(mào)易摩擦等客觀原因的影響，自2018年以來(lái)，下游整體消費(fèi)疲軟（如圖3所示），從紗線到坯布再到家紡等終端產(chǎn)品，整條產(chǎn)業(yè)鏈都處于累庫(kù)存狀態(tài)，部分地區(qū)一些中小型棉紡廠棉紗庫(kù)存普遍已經(jīng)超過(guò)1個(gè)月，最多的長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月[23-30]。雖然中美貿(mào)易市場(chǎng)持樂(lè)觀態(tài)度，但是形勢(shì)嚴(yán)峻，為解決現(xiàn)狀，有些企業(yè)采取限產(chǎn)措施，以此來(lái)減少庫(kù)存，由于資金流困難，部分小廠選擇停產(chǎn)檢修[31-37]。結(jié)合這些分析來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)化地研判可以發(fā)現(xiàn)，粘膠短纖維企業(yè)的開(kāi)工階段率已經(jīng)明顯受到中美貿(mào)易摩擦的影響，從而呈現(xiàn)下滑趨勢(shì)，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，這種供需失衡的狀態(tài)大約還會(huì)導(dǎo)致粘膠短纖維企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)秩序會(huì)繼續(xù)受到?jīng)_擊，企業(yè)的生產(chǎn)效率大致會(huì)持續(xù)維持在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的七成左右，不過(guò)由于前期各企業(yè)對(duì)于市場(chǎng)前景都做出了比較正確的預(yù)估，預(yù)計(jì)粘膠市場(chǎng)整體維穩(wěn)，短期內(nèi)價(jià)格不會(huì)有大的波動(dòng)[38-40]。

4 結(jié)語(yǔ)

竹纖維材料的開(kāi)發(fā)與利用，為紡織行業(yè)實(shí)現(xiàn)“低碳生產(chǎn)”提供新思路，也符合消費(fèi)者基于環(huán)保理念下對(duì)于紡織類(lèi)產(chǎn)品性能的基本需求。本文通過(guò)介紹竹纖維紅外光譜及堿溶液處理竹漿纖維紅外光譜[41-45]，對(duì)再生纖維素在供需產(chǎn)能平衡及其對(duì)粘膠短纖盈利的影響進(jìn)行分析，并對(duì)再生纖維素的市場(chǎng)化應(yīng)用及前景進(jìn)行了展望，以期能為竹纖維、竹漿纖維的開(kāi)發(fā)利用提供參考。