詹小芳，應(yīng)偉偉，孫西超，祝成炎，1b，楊沛霖

（1.浙江理工大學(xué)，a.材料與紡織學(xué)院，b.先進紡織材料與制備技術(shù)教育部重點試驗室，杭州310018；2.寧波恰恰紡織工藝品有限公司，浙江慈溪，315300）

天然帽用草纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)及EDS能譜分析

詹小芳1a，應(yīng)偉偉1a，孫西超1a，祝成炎1a，1b，楊沛霖2

（1.浙江理工大學(xué)，a.材料與紡織學(xué)院，b.先進紡織材料與制備技術(shù)教育部重點試驗室，杭州310018；2.寧波恰恰紡織工藝品有限公司，浙江慈溪，315300）

對蓆草、棕絲草、瑯琊草、咸草、蒲草等5種帽用草纖維用掃描電鏡觀察其表面形態(tài)和截面結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)帽用纖維表面存在大量的氣孔和溝槽，測量出氣孔的長度20～73μm，寬度8～33μm。截面有較大的空隙，纖維空隙的大小依次是棕絲草、蒲草、瑯琊草、蓆草、咸草。對其表面選取微區(qū)進行FDS能譜分析，結(jié)果表明5種帽用草纖維都含有C、O、Al，且C、O元素的含量都在96.99%以上，其他如Si、Na、Mg、Cl、P等屬于微量元素，屬纖維素纖維。

草纖維；形態(tài)結(jié)構(gòu)；氣孔；FDS

0 引 言

一般天然草制織的帽子都具有舒適透氣的性能，深受廣大消費者的喜愛，草制品作為床上用品、室內(nèi)裝飾、車內(nèi)裝飾以及服裝配飾品等逐漸進入輕工紡織的范疇［1］。研究的天然帽用草主要包括蓆草、棕絲草、瑯琊草、咸草、蒲草、咸草繩等天然纖維。之前帽用草的研究主要停留在外觀、性能的描述，而很少對天然草纖維的組成、結(jié)構(gòu)、性能等進行分析［2-4］。本文主要用掃描電鏡觀察帽用草的形態(tài)結(jié)構(gòu)，通過X射線能譜分析得出表面元素的含量，為以后化纖代替帽用草纖維提供理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

材料：蓆草、棕絲草、瑯琊草、咸草、蒲草（由寧波恰恰紡織工藝品有限公司提供）?；厩闆r如表1所示。

儀器：JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡（日本電子JFOL）；JFC-1600離子濺射儀（日本電子JFOL）；INCA能譜儀（英國牛津儀器）等。

表1 各草纖維的基本情況

1.2 樣品制備

將各種纖維原料用導(dǎo)電膠逐個固定于樣品臺上，采用離子濺射儀在真空條件下對其鍍金，在10 m A電流下鍍金40 s，用掃描電鏡觀察該纖維的縱面表面形態(tài)，并用FDS（X射線能量色散譜分析方法）對各草纖維的微觀區(qū)域的元素分布進行定量分析。

各種纖維用液氮冷卻后脆斷，用導(dǎo)電膠固定于樣品臺上，對其在真空條件下用離子濺射儀來鍍金，在20 m A電流下鍍金40 s，用掃描電鏡觀察該纖維的橫截面。

2 天然帽用草纖維的縱橫向形態(tài)結(jié)構(gòu)及能譜分析

2.1 不同天然帽用草纖維縱向形態(tài)結(jié)構(gòu)

蓆草纖維表皮層有大量排列的氣孔，呈橢圓形，兩端尖細，排列方式為縱向排列，與表皮長細胞的長徑平行，其上的保衛(wèi)細胞呈腎狀，為縱向帶狀排列，其表面蠟質(zhì)紋飾光滑［5-6］。在放大100倍時，如圖1（a）中，清晰看出表面有較深的溝槽，且排列整齊。從圖1（b），觀察到氣孔的形態(tài)和大小，呈橢圓形，中間的空洞較大，氣孔呈帶狀分布于脈間。氣孔作為植物與外界進行氣體和水分交換的主要通道，是重要的植物學(xué)特征之一。

如圖1（c），在150倍時，棕絲草纖維表面較整齊，脈間有大量的氣孔，氣孔縱向緊密排列。在圖1中（d）中，氣孔呈橢圓形，貫穿于脈間，氣孔內(nèi)側(cè)上的空洞為條狀，較大，便于水分子與空氣分子進入。

瑯琊草纖維表面色白光亮，由于經(jīng)過特殊的纖維生產(chǎn)工藝，纖維表面粘附有較多的顆粒狀雜質(zhì)及涂層助劑，使纖維表面的孔洞不能完全顯露出來，如圖1（e），在100倍的情況下，發(fā)現(xiàn)纖維束呈帶狀分布，有溝槽，按一定的順序排列。而在圖1（f）中，放大500倍時，雖然表面有涂層助劑，但是明顯看出表面有氣孔，橢圓形，有內(nèi)外兩層，且呈縱向排列。

在圖1（g）中，在150倍的情況下，咸草表皮細胞排列緊密，為縱向帶狀排列。在圖1（h）中，縱向排列的兩氣孔之間有細胞相隔，橫向兩氣孔間存在溝槽，且橫向的兩氣孔間距遠大于縱向的兩氣孔間距。氣孔呈帶狀分布于脈間，細胞垂周壁淺或深的波浪狀。

蒲草表面較光潔，質(zhì)地柔軟，沿葉脈方向很容易撕成絲狀。在150倍時，如圖1（i），發(fā)現(xiàn)纖維表面呈扁平的外觀，有明顯的豎紋。在圖1（j）中放大500倍時，看出表皮細胞含有大量的氣孔，呈縱向排列，氣孔間存在溝痕。由于經(jīng)過特殊的纖維生產(chǎn)工藝，纖維表面粘附有較多的顆粒狀雜質(zhì)及涂層助劑，使纖維表面的孔洞不能很明顯顯露出來。

圖1 5種天然帽用草纖維縱向表面形態(tài)

表2 各帽用草纖維表面氣孔的對比

由于上述5種帽用草纖維的表面都有橢圓形的氣孔，都具有相對較多的溝槽。在表2中，是通過image pro plus軟件測量出草纖維表面幾個氣孔的大小，然后求平均得出。其中氣孔的長度范圍在20～73μm，寬度在8～33μm，長寬比在2～3，為橢圓形。而棉、麻和竹纖維的表面則為溝槽和裂縫［7-8］，使得他們與棉、麻、竹等常見的天然纖維不同。由于這些帽用草纖維有氣孔和溝槽，所以單位質(zhì)量的纖維都具有較大的表面積，即比表面積較大［9-10］。比表面積越大，表面上的分子越多，表面能也越大。故帽用草纖維都有較大的表面能，從而表面吸附能力越強，其纖維表面吸附水分子的能力也越強。

2.2 不同天然草纖維的橫向截面形態(tài)結(jié)構(gòu)

蓆草纖維的橫截面結(jié)構(gòu)如圖2（a）所示，在放大75倍時，纖維的外表皮細胞由一系列無色厚膜小型細胞組成，表皮下有幾層富含葉綠體的葉綠柔細胞組成柵欄狀，即同化組織，其內(nèi)有厚壁細胞組成的維管束鞘，起增強莖桿的機械拒抗能力和保護的功能。往內(nèi)有兩三層大而無色的薄壁細胞。期間環(huán)列多層維管束，外小內(nèi)大。中間髓部由無數(shù)白色多孔疏松的星狀細胞組成，又稱海綿組織。圖2（b），在2 000倍時，看出維管束分散于皮層薄壁組織之間，大小不一致，做多輪排列，內(nèi)部呈螺旋狀排列而成。由于纖維的結(jié)構(gòu)，外堅內(nèi)松，外密內(nèi)疏，具有較大的中空度［6-8］。所以全莖堅韌且富有彈性，吸濕力強，通氣性能好，能吸收有害物質(zhì)的特殊功能。

在圖2（c）中，在低倍數(shù)65倍時，棕絲草纖維由上下兩層外表皮細胞構(gòu)成，排列緊密，及中間多層環(huán)列的維管束，其中維管束大小不一，從圖2（d）（500倍）中可以看出，內(nèi)部都呈螺旋狀環(huán)繞而成。纖維內(nèi)部不像蓆草纖維那樣由疏松的星狀細胞組成，而是空的，空隙較大，約占整個切面的1/4，中空度較高。

瑯琊草纖維的截面如圖2（e）所示，在100倍時，整體截面外觀呈鋸齒狀，由上下兩層細胞組成，對稱規(guī)則排列。而圖2（f）中，在350倍時，看出外表皮凸處由一系列近似圓形的細胞組成，而凹處則為方形的細胞，表皮下有幾層富含葉綠體的葉綠柔細胞組成柵欄狀，內(nèi)部有厚壁細胞組成的維管束鞘，維管束分布在其中間，有大有小。并有緊密排列的內(nèi)表皮細胞環(huán)繞其間，中部為空隙，外堅內(nèi)松。

由圖2（g）可知，在200倍時，看出咸草纖維由表皮、基本組織和維管束三個基本組成部分構(gòu)成。咸草表皮的幾層細胞較小，胞壁增厚木質(zhì)化，為厚壁細胞，起機械支持作用。在圖2（h）（1 500倍時），發(fā)現(xiàn)散生在基本組織中的維管束相對集中在纖維的中心，且維管束中空，呈螺旋狀環(huán)繞成束，這使得咸草纖維有很強的通氣和吸水性能。

從圖2（i）中，明顯看出蒲草表皮由一層近圓形的細胞組成，細胞壁角質(zhì)化程度不高，表皮下為不甚發(fā)達的機械組織，大小維管束相間排列成環(huán)形，維管束有厚壁及薄壁細胞，上下表皮下機械組織向內(nèi)延伸形成多個隔，由薄壁細胞特化形成的通氣組織特化形成的通氣堰填充其內(nèi)，通氣組織十分發(fā)達，約占據(jù)整個橫切面的2/3，具有較大的中空度，通氣組織柔軟蓬松呈海綿狀。

圖2 5種天然帽用草纖維截面形態(tài)

從圖2及表3可知，截面外觀上，蓆草、棕絲草、咸草、蒲草的截面都是扁平型，而瑯琊草卻是鋸齒狀。內(nèi)部的維管束都是螺旋狀排列而成，但是蓆草的內(nèi)部有絮狀物質(zhì)，其他草纖維則是空隙。纖維空隙是根據(jù)圖2的掃描電鏡圖片放大觀察得到，大小依次是棕絲草、蒲草、瑯琊草、咸草。這4種草纖維相比，棕絲草的空隙大，中空度遠遠大于咸草，能吸收更多的水分子。

表3 各帽用草的截面形態(tài)

2.3 各種天然帽用草纖維的FDS能譜分析

進一步對幾種天然草纖維選取微區(qū)進行FDS能譜分析，蓆草、棕絲草、瑯琊草、咸草、蒲草的結(jié)果如圖3所示。

圖3 5種草纖維的FDS能譜分析

從圖3發(fā)現(xiàn)這5種帽用草纖維都含有C、O、Al元素，其中的C、O元素的含量都在96.99%以上，其他如Si、Na、Mg、Cl、P等元素，其和只占總質(zhì)量分數(shù)的百分之零點幾?？梢娒庇貌堇w維都屬于纖維素纖維。而纖維大分子中，親水基團的多少和基團極性的強弱均對纖維的吸濕性能有很大的影響，其中羥基（-OH）和羧基（-COOH）都是較強的親水基團。帽用草纖維中，大分子中的每一葡萄糖?；泻?個羥基，他們與水分子的親和力大，能與水分子形成化學(xué)結(jié)合水。

3 結(jié) 論

a）帽用草纖維的表面都有縱向排列的氣孔，測量出氣孔的長在20～73μm，寬度在8～33μm，長寬比在2～3，為橢圓形，與棉、麻、竹等常見的天然纖維不同。他們都具有相對較多的溝槽，具有較大的表面能。

b）蓆草、棕絲草、咸草、蒲草的截面都是扁平型，而瑯琊草卻是鋸齒狀。內(nèi)部的維管束都是螺旋狀排列而成，但是蓆草的內(nèi)部有絮狀物質(zhì)，其他草纖維則是空隙。纖維空隙的大小依次是棕絲草、蒲草、瑯琊草、咸草。

c）帽用草纖維都含有C、O、Al，且C、O元素的含量都在96.99%以上，其他如Si、Na、Mg、Cl、P等元素，加起來只占總質(zhì)量的百分之零點幾，是微量元素。可見帽用草纖維都是纖維素纖維，主要都是由C、H、O等構(gòu)成。

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AnaIysis of MorphoIogicaI Structure and EDS Energy Spectrum of NaturaI Grass Fiber for Caps

ZHAN Xiao-fang1a，YING Wei-wei1a，SUN Xi-chao1a，ZHUCheng-yan1a，b，YANG Pei-Lin2
（1.Zhejiang Sci-Tech University，a.School of Materials and Textiles；b.Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology，Ministry of Fducation，Hangzhou 310018，China；2.Ningbo Qiaqia Textile Crafts Co.，Ltd.，Ningbo 315300，China）

Surface morphology and cross-section structure of 5 types of grass fibers for caps（mat grass，harness wire grass，yellow grass，salt grass and cattail grass）were observed with SFM.It is found that there are large quantities of pores and grooves on the surface of fibers used to make caps.The length of those pores ranges from 20 to 73μm，while the width ranges from 8 to 33μm.The ratio of length to width is 2 to 3.There is large space on the cross-section，and the sequence of fiber space is as follows：harness wire grass，cattail grass，yellow grass，mat grass and salt grass.FDS energy spectrum analysis is conducted for the micro-area on the surface.The results show all those fibers contain C，O，Al，and the content of C and O is above 96.99%.Other elements such as Si，Na，Mg，Cl and P belong to microelements.So those fibers are cellulose fibers and belong to cellulosic fiber.

grass fiber；morphological structure；pore；FDS

TS101.9211

A

（責(zé)任編輯：許惠兒）

1673-3851（2014）04-0373-05

2013-09-25

詹小芳（1989-），女，浙江衢州人，碩士研究生，主要從事現(xiàn)代紡織技術(shù)及新產(chǎn)品研究。

祝成炎，F(xiàn)-mail：cyzhu@zstu.edu.cn