雷　雷　陳效文　徐　欽

摘要：綜述了黃麻纖維軟化的化學(xué)和生化方法研究進(jìn)展，并對(duì)各種方法的纖維軟化機(jī)理和效果進(jìn)行了分析和對(duì)比。

關(guān)鍵詞：黃麻；纖維；纖維軟化

1前言

黃麻纖維是一種韌皮纖維，屬天然纖維素纖維。黃麻纖維抗張強(qiáng)度大、吸濕性好、染色性好、價(jià)格低廉，是一種重要的天然紡織纖維，并且種植黃麻能夠改良土壤，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)有積極作用[1-2]。但是黃麻纖維存在硬、粗、黃、形變恢復(fù)性能差等一些缺陷，紡織工業(yè)一般只將其用于制造麻袋、麻布、造紙、繩索、織地毯和窗簾等，種植量及在紡織工業(yè)中應(yīng)用更是在近幾年呈逐年萎縮趨勢(shì)。

為更好地研究利用黃麻纖維，須采用適當(dāng)?shù)奶幚矸椒▽?duì)黃麻纖維進(jìn)行軟化。國(guó)內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)在這個(gè)領(lǐng)域做了很多工作，多數(shù)研究[1-3]使用H2O2、H2O2和K2S2O8混合試劑、NaOH、HCl等，近年來(lái)更多的是采用化學(xué)軟化劑或生化試劑進(jìn)行黃麻纖維軟化處理研究 [4-7]。本文僅就近年來(lái)針對(duì)黃麻纖維軟化研究的應(yīng)用進(jìn)展加以綜述和分析，以供參考。

2試驗(yàn)方法

2.1NaOH處理

黃麻纖維經(jīng)1%、5%、10%、18%的NaOH溶液浸泡，黃麻纖維和NaOH溶液的比例為1:20（w/w），浸泡時(shí)間為1?min或30?min，溫度選擇室溫（30℃）或100℃。浸泡后壓干水分，再經(jīng)15%的醋酸浸泡15?min，清水沖洗，空氣干燥。

2.2稀鹽酸處理

用0.5%~2%的鹽酸溶液在室溫條件下浸泡黃麻纖維30?min~240?min，取出后壓干水分，經(jīng)1%的NaOH浸泡15?min，清水沖洗，空氣干燥。

2.3K2S2O8和H2O2處理

分別采用0.5%、1%、2%、4%的K2S2O8，在室溫下浸泡30?min，用清水沖洗，空氣干燥。對(duì)于黃麻原麻或經(jīng)K2S2O8氧化處理的黃麻纖維，常規(guī)H2O2漂白處理是使用3% H2O2、8%偏硅酸鈉、0.7%NaOH、0.05%EDTA、0.2%非離子濕潤(rùn)劑，溫度為85℃，pH值為10.8~11.0，浸泡2?h。流水沖洗，再用1.5%的醋酸中和，清水沖洗，空氣干燥。

2.4纖維素酶和特制混合生化酶（由35?unit /mL纖維素酶、96?unit/mL木聚糖酶、136?unit/mL膠質(zhì)酶混合配制）處理

研究表明[4]，常規(guī)洗滌和H2O2漂白處理能夠提高黃麻以及黃麻和棉混紡織物的酶活性，因此試驗(yàn)中采用纖維素酶或特制混合生化酶處理黃麻纖維前，均經(jīng)過(guò)3% H2O2的漂白處理。處理過(guò)程使用2%、4%、6%、8%的生化試劑，溫度為55℃，1:20的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液，pH值為 4.8~5.0，置于離心機(jī)2?h。之后將溫度提高到90oC保持15?min，使酶鈍化。然后用清水沖洗，空氣干燥。試驗(yàn)分別采用了1?mL、2?mL、3?mL的纖維素酶(35 unit/mL)加入混合酶中，對(duì)混合酶進(jìn)行增強(qiáng)，重復(fù)以上步驟，進(jìn)行結(jié)果對(duì)比。

2.5染色處理

試驗(yàn)采用酸性染料、堿性染料和活性染料依據(jù)不同試驗(yàn)條件分別對(duì)經(jīng)各種處理方法軟化后的黃麻纖維樣品進(jìn)行染色處理。染色處理后，將樣品水分?jǐn)D干，分別用熱水和冷水漂洗，皂洗（清潔劑用量為5?g/L，溫度50℃，時(shí)間15?min），流水漂洗，空氣晾干。

2.6Catasoftener 和多縮含氧乙烯基乳液軟化劑(20%固體)處理

分別采用1%、2%、4%、6%的Catasoftener和多縮含氧乙烯基乳液軟化劑對(duì)不同的經(jīng)預(yù)處理或漂白處理的黃麻纖維樣品進(jìn)行處理。

2.7氨基改性有機(jī)硅乳劑（Silicorel-TTSC25%固體）處理

分別采用1%、2%、4%、6%的氨基改性有機(jī)硅乳劑，并添加2%醋酸鋅作為催化劑，對(duì)黃麻纖維樣品進(jìn)行處理。流水沖洗，空氣干燥。

2.8使用Catasoftener和氨基改性有機(jī)硅乳劑混合處理

試驗(yàn)采用Catasoftener和氨基改性有機(jī)硅乳劑按照100:0、70:30、50:50、30:70、0:100的比例對(duì)經(jīng)預(yù)處理和H2O2漂白處理的黃麻纖維進(jìn)行處理。流水沖洗，空氣干燥。

3結(jié)果和討論

（1） NaOH處理

試驗(yàn)中隨NaOH濃度增加（1%~18%）或者稀NaOH(1%~5%)條件下溫度增加都會(huì)明顯伴隨纖維重量損失、收縮率、斷裂伸長(zhǎng)、折皺回復(fù)角、黃度、K/S值等指標(biāo)的增加，同時(shí)，強(qiáng)度、彎曲長(zhǎng)度、抗彎剛度、彎曲模量、白度和亮度的值降低。在10%~18% NaOH溶液中，室溫（30℃）處理30?min條件下，可以得到明顯的軟化效果，能夠使黃麻纖維得到最大的彎曲長(zhǎng)度、抗彎剛度、彎曲模量的降低，并且強(qiáng)度損失適中，斷裂伸長(zhǎng)增加到最大值。這個(gè)條件下的重量損失，顏色變黃的程度，強(qiáng)度損失可以接受，并且顏色變化可以由接下來(lái)的3%H2O2處理步驟消除。

研究[8]認(rèn)為，經(jīng)NaOH處理后，黃麻纖維強(qiáng)度降低與在NaOH的作用下半纖維素的分解有關(guān)，并且這種情況在18% NaOH條件下達(dá)到最大。低溫條件下，NaOH濃度大于8%特別是在18%時(shí)，半纖維素分解加劇，導(dǎo)致黃麻纖維發(fā)生卷曲，產(chǎn)生收縮效果，纖維的斷裂伸長(zhǎng)值增加，使纖維具有更好的收縮性能，結(jié)合更為緊湊，獲得更好的回彈性能。同時(shí)，經(jīng)10%~18% NaOH處理過(guò)的黃麻纖維的彎曲長(zhǎng)度、抗彎剛度、彎曲模量顯著降低。如果使用較稀的NaOH溶液(1%~5%)，即使溫度提高到100℃也只是重量損失顯著增大，對(duì)纖維的軟化和彈性改善效果很弱。經(jīng)NaOH處理后纖維表面黃化，可以解釋為由于半纖維素溶解后，使得木質(zhì)素的暴露增加，以及半木質(zhì)素向表面的遷移并被氧化所致。但是這種黃化效果很容易在后續(xù)的H2O2漂白處理中得到部分消除，而且不會(huì)影響纖維的各項(xiàng)參數(shù)。

試驗(yàn)中，隨NaOH濃度增加，能明顯提高纖維對(duì)酸性染料吸收指標(biāo)，但對(duì)于活性染料則呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)。半纖維素的去除會(huì)導(dǎo)致纖維羥基（–OH）和醛基（–CHO）減少，銅值（斐林試劑）降低，半纖維素增溶性降低，活性染料附著依賴羥基，因此出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。試驗(yàn)同時(shí)表明NaOH濃度由1% 增加至10%，會(huì)導(dǎo)致羧基（–COOH）增加，使得酸性染料附著能力增強(qiáng)。NaOH濃度由10% 增加至18%，羧基又會(huì)出現(xiàn)減少的趨勢(shì)，酸性染料附著能力也隨之有一定程度的削弱。

（2）稀鹽酸（HCl）處理

試驗(yàn)采用0.5%~2% HCl、30℃、30?min~240?min對(duì)黃麻纖維進(jìn)行處理，結(jié)果表明試驗(yàn)條件下能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)黃麻纖維一定程度的軟化效果（彎曲長(zhǎng)度、抗彎剛度、彎曲模量值降低），重量損失較少，強(qiáng)力、折皺回復(fù)角降低，而且亮度指標(biāo)明顯提高。但是經(jīng)稀鹽酸處理的軟化效果遠(yuǎn)不如18% NaOH的處理效果好。

纖維強(qiáng)力、折皺回復(fù)角、彎曲長(zhǎng)度、彎曲模量的降低是稀鹽酸的酸性水解作用使得黃麻纖維的纖維素和半纖維素聚合鏈發(fā)生了退化[9]。在0.5%~2%鹽酸、30℃、30min的條件下，重量損失2%左右，主要是由于黃麻中礦物油的流失，并且由于半纖維素中羥基酸性脂陽(yáng)離子被H離子交換，纖維酸性增強(qiáng)，因此，經(jīng)稀鹽酸處理后的黃麻纖維的堿性染料附著增加。

（3）纖維素酶、特制混合生化酶處理

試驗(yàn)表明，相比較黃麻原麻或經(jīng)NaOH處理的黃麻纖維，酶的作用對(duì)經(jīng)沖洗或傳統(tǒng)3%H2O2漂白的黃麻纖維更加明顯。在單獨(dú)使用纖維素酶、特制混合生化酶以及加入纖維素酶的增強(qiáng)混合酶的試驗(yàn)中，隨著酶濃度增加，重量損失、收縮性能顯著增加，斷裂伸長(zhǎng)、白度和亮度邊際增加。彎曲長(zhǎng)度、抗彎剛度、彎曲模量值降低（但不能達(dá)到經(jīng)18% NaOH處理后的指標(biāo)）。試驗(yàn)加入增強(qiáng)纖維素酶沒(méi)有顯著提高對(duì)纖維的軟化效果，而且僅相當(dāng)于1% NaOH、30℃、30?min條件的處理結(jié)果。

（4）化學(xué)軟化劑處理

試驗(yàn)中采用的3種化學(xué)軟化劑：Catasoftener、氨基改性有機(jī)硅乳劑、多縮含氧乙烯基乳液軟化劑。

使用Catasoftener會(huì)使得黃麻纖維顏色黃化程度加劇。氨基改性有機(jī)硅乳劑可以增加黃麻纖維的抗撓剛性，但如果百分比濃度過(guò)高則會(huì)顯示相反的效果。試驗(yàn)中采用Catasoftener、氨基改性有機(jī)硅乳劑混合處理經(jīng)漂白的黃麻纖維，結(jié)果顯示并沒(méi)有出現(xiàn)兩種試劑的協(xié)同效果。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相同條件下，應(yīng)用2%～4%的多縮含氧乙烯基乳液軟化劑軟化經(jīng)3% H2O2漂白的黃麻纖維能夠得到明顯的軟化效果，比應(yīng)用Catasoftener和氨基改性有機(jī)硅乳劑要好，但比生化酶和NaOH的軟化效果差。

研究[5]證明輕度氧化處理可以破壞黃麻纖維中的聚合鏈。在應(yīng)用化學(xué)軟化劑前，必須采用適當(dāng)?shù)念A(yù)處理降低黃麻纖維的內(nèi)在硬度，例如采用K2S2O8對(duì)黃麻纖維進(jìn)行輕度氧化。

試驗(yàn)采用不同濃度的K2S2O8、30℃、30?min，然后經(jīng)傳統(tǒng)3% H2O2、85℃、2?h漂白處理，再經(jīng)各種化學(xué)軟化劑處理后的黃麻纖維對(duì)比結(jié)果。經(jīng)K2S2O8、H2O2處理后，纖維有7.2%到10.6%的重量損失（其中H2O2處理的重量損失為6%到6.6%）。試驗(yàn)表明，預(yù)處理可以有效地降低初始模量和纖維強(qiáng)度，折皺回復(fù)角、彎曲長(zhǎng)度、抗彎剛度、彎曲模量一定程度下降，白度和亮度有一定的改善。

根據(jù)掃描電鏡圖譜（圖1、圖2、圖3），經(jīng)K2S2O8或H2O2處理的黃麻纖維有明顯的表面損壞。同時(shí)，再分別經(jīng)過(guò)3種化學(xué)軟化劑處理，纖維表面受到的破壞得到了一定程度的掩蓋（圖4、圖5、圖6）。

使用catasoftener 和多縮含氧乙烯基乳液軟化劑時(shí)，纖維重量有增加，彎曲長(zhǎng)度、抗彎剛度、彎曲模量均下降。但是catasoftener和氨基改性有機(jī)硅乳劑不能形成連續(xù)的覆蓋膜，因此圖譜中仍然可以看到微小的孔洞和裂縫（圖4、圖5）。應(yīng)用多縮含氧乙烯基乳液軟化劑時(shí)，能夠較好地實(shí)現(xiàn)纖維表面修復(fù)，這也可能是其軟化效果較好的原因之一。

（作者單位：雷雷，陳效文：中國(guó)纖維檢驗(yàn)局技術(shù)管理處；徐欽：北京科技大學(xué)）

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