苧麻纖維改性方法的對比分析

喻紅芹，張琦，李虹，任遠(yuǎn)

(中原工學(xué)院 紡織工程系，河南 鄭州 450007)

摘要：將脫膠過后的苧麻分別在不同濃度的堿液條件下進(jìn)行堿液蒸煮改性，在不同濃度的尿素和NaOH中煮沸進(jìn)行堿-尿素改性，在銅氨溶液中進(jìn)行常溫銅氨改性，在高溫條件下進(jìn)行高溫改性.對改性后的苧麻纖維進(jìn)行斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率和纖維橫縱向形態(tài)測試.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在w(NaOH)為8%、煮沸時(shí)間為30 min的條件下進(jìn)行改性處理，可以使苧麻纖維變細(xì)、伸長率和柔軟度增加、膠質(zhì)降低并且保持較好的強(qiáng)度.

關(guān)鍵詞：苧麻纖維；改性；性能

中圖分類號：TS102.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2015-06-29

作者簡介：喻紅芹(1975-)，女，河南南陽人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)樘烊焕w維的開發(fā).

苧麻為多年生宿根性草本植物，屬半灌木，是重要的紡織纖維作物.與其他麻類作物相比，苧麻單纖維長度長，橫截面呈多角形或橢圓形，有著優(yōu)良的品質(zhì)[1-3].苧麻纖維堅(jiān)韌且富有光澤、易于染色、不容易褪色，浸濕后還具有強(qiáng)度增強(qiáng)、耐腐、不易發(fā)霉的特性[4-7]，可純紡或混紡成各種苧麻布料，既美觀又耐用.雖然苧麻有諸多優(yōu)良性能，但用作服裝產(chǎn)品時(shí)會使人們產(chǎn)生刺癢感，在穿著時(shí)感覺不適.苧麻纖維經(jīng)過改性處理后，可以有效改善纖維的細(xì)度、斷裂伸長率和柔軟度，同時(shí)又能保證纖維的強(qiáng)力，滿足紡紗工藝的要求.通過對苧麻纖維化學(xué)改性的方法進(jìn)行對比研究，以期在解決苧麻服用產(chǎn)生刺癢感問題的同時(shí)保證纖維的紡紗要求.

1實(shí)驗(yàn)

1.1原料

實(shí)驗(yàn)原料為脫膠后的苧麻纖維，細(xì)度為9.8 dtex，強(qiáng)度為4.575 cN/dtex，伸長率為2.26%，斷裂捻回?cái)?shù)為52.9捻/20 mm，殘膠率為2.39%.

1.2方案

1.2.1堿液改性

將脫膠后的苧麻纖維在w(NaOH)分別為2%，5%，8%，10%和12%的氫氧化鈉溶液中蒸煮30 min，取出后洗滌烘干并進(jìn)行測試.在w(NaOH)為5%的氫氧化鈉溶液中分別煮沸10 min，20 min，30 min，40 min和50 min,取出后洗滌烘干并進(jìn)行測試.

1.2.2堿-尿素改性

在w(NaOH)為10%的條件下，尿素濃度分別取1.0%，1.5%，2.0%，2.5%和3.0%,煮沸20 min，取出后洗滌烘干并進(jìn)行測試.在w(NaOH)為10%、w(尿素)為2.0%不變的前提下分別處理10 min，15 min，20 min，25 min和30 min，取出后洗滌烘干并進(jìn)行測試.

1.2.3銅氨溶液改性

將脫膠后的苧麻纖維放入質(zhì)量濃度分別為13 g/L，17 g/L，20 g/L，25 g/L和30 g/L的銅氨溶液中，常溫狀態(tài)下處理35 min.將脫膠后的苧麻纖維放入銅離子質(zhì)量濃度為13 g/L的銅氨溶液中,常溫狀態(tài)下分別處理15 min，25 min，35 min，45 min和55 min，取出后洗滌烘干并進(jìn)行測試.

1.2.4高溫改性

在120 ℃條件下使用w(NaOH)分別為3%，5%，7%，9%和11%的氫氧化鈉溶液對苧麻纖維進(jìn)行高溫蒸煮,取出后洗滌烘干并進(jìn)行測試.

1.3苧麻纖維的表征

將改性處理后的苧麻纖維取1 500~2 000根，根據(jù)纖維切斷長度、根數(shù)和質(zhì)量，利用中段切斷稱重法計(jì)算得出苧麻纖維細(xì)度.將處理后的苧麻纖維利用加捻至斷裂的方法計(jì)算捻回?cái)?shù),從而表征纖維的柔軟度,根據(jù)GB 5889—86《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》[8]的方法測試試樣的殘膠率.將試樣制成切片放置于VHX-600型數(shù)字式三維測量系統(tǒng)中觀察記錄.取50根纖維利用LLY-06ED型電子單纖維強(qiáng)力儀對試樣進(jìn)行強(qiáng)力測試.

2結(jié)果與討論

2.1堿液改性對苧麻纖維的影響

堿液改性實(shí)驗(yàn)后苧麻纖維的物理指標(biāo)如表1所示.從表1中可以看出，改性后的纖維細(xì)度與原樣相比明顯變小且隨NaOH濃度的增加而增大,這是由于堿濃度越大對纖維素的溶脹作用越強(qiáng).隨著NaOH濃度的增加，纖維的斷裂強(qiáng)度呈下降趨勢，而斷裂伸長率先增大后變小,在w(NaOH)為8%時(shí)達(dá)到最佳.

不同的堿液處理時(shí)間對苧麻纖維物理指標(biāo)的影響如表2所示.從表2可以看出，隨著堿煮時(shí)間的延長，苧麻的細(xì)度降低，故延長時(shí)間可以顯著提高改性效果.但當(dāng)反應(yīng)時(shí)間至50 min時(shí)，纖維素與堿生成堿纖維素，會導(dǎo)致纖維變粗.

表1　堿處理濃度對苧麻纖維的影響

表2　堿液處理時(shí)間對苧麻纖維的影響

將兩組實(shí)驗(yàn)所得的最佳試樣比較得出，堿改性方法最佳試樣是w(NaOH)8%、煮沸30 min后得到的苧麻.

表3　尿素濃度對苧麻纖維的影響

2.2堿-尿素改性對苧麻纖維的影響

堿-尿素改性后苧麻纖維的物理指標(biāo)如表3所示.從表3可以看出，隨著尿素濃度的增加，纖維細(xì)度變化不明顯、纖維強(qiáng)力先增大后變小，伸長率有增大趨勢.由此得出，在w(NaOH)為10%、w(尿素)為2.0%、煮沸時(shí)間為20 min時(shí)最適宜.

2.3銅氨溶液改性對苧麻纖維的影響

銅氨溶液的制備是向硫酸銅溶液中加入氨水，生成氫氧化銅沉淀，繼續(xù)加入氨水藍(lán)色沉淀逐漸溶解，生成的絡(luò)合物即為銅氨溶液.銅氨溶液改性后苧麻纖維的物理指標(biāo)如表4所示.可以看出，纖維細(xì)度隨Cu2+濃度的增加而增大,這主要是由纖維的溶脹作用引起的.隨著銅氨溶液濃度的增加，纖維的斷裂強(qiáng)度逐漸降低、斷裂伸長率逐漸增大.繼續(xù)增加濃度，強(qiáng)度和伸長率變化不顯著.銅氨溶液改性處理時(shí)間對苧麻的影響如表5所示.隨時(shí)間的延長,斷裂強(qiáng)度逐漸降低，斷裂伸長率逐漸增大，45 min為最佳,可以看出纖維細(xì)度隨時(shí)間的延長逐漸變小.

表4　銅氨溶液濃度對苧麻的影響

表5　銅氨溶液處理時(shí)間對苧麻的影響

兩組實(shí)驗(yàn)比較得出，銅氨溶液改性的最佳方案是Cu2+質(zhì)量濃度20 g/L、常溫處理35 min.

表6　高溫處理中堿濃度對苧麻纖維的影響

2.4高溫改性不同用堿量對苧麻纖維的影響

表6是不同堿濃度對苧麻纖維的影響.可以看出，處理后纖維的細(xì)度隨堿濃度的增加逐漸變小.當(dāng)w(NaOH)達(dá)到7%時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到最大值.當(dāng)w(NaOH)大于7%時(shí),由于纖維素降解劇烈，苧麻纖維的強(qiáng)度明顯降低.通過比較細(xì)度和伸長率得出，w(NaOH)為9%時(shí)最適宜.

2.5各種改性處理方法纖維處理后的物理性能比較

4種改性方法在各自的最佳條件下處理的樣品和原樣的測試結(jié)果如表7所示.根據(jù)加捻原理可知，斷裂時(shí)所加的捻回?cái)?shù)越多，纖維就越柔軟.由此可知，各改性試樣相對于原樣柔軟度大大改善，殘膠率越小，改性效果越好.

表7　各方法處理后苧麻纖維細(xì)度、強(qiáng)度和伸長率的比較

注：1-原料；2-銅氨溶液改性； 3-堿-尿素改性； 4-堿液改性； 5-高溫改性.

圖1　原樣橫縱向形態(tài) Fig.1　Horizontal and vertical configuration of the original samples

結(jié)合以上參數(shù)來看，試樣4的纖維細(xì)度由原料的9.80 dtex降至8.53 dtex，纖維殘膠率由原料的2.39%降至1.13%，在細(xì)度變小、伸長率增加、柔軟度增加的同時(shí)強(qiáng)度降低較少，所以處理效果最好，即當(dāng)w(NaOH)為8%、煮沸時(shí)間為30 min時(shí)改性處理的效果最好.

2.6各種改性方法處理后纖維的形貌分析

原樣的橫縱向形態(tài)如圖1所示.圖2至圖5分別表示原料經(jīng)過堿液改性、堿-尿素改性、銅氨改性和高溫改性處理后樣品的橫縱向形態(tài).由圖可見，改性后原樣的細(xì)度明顯變小，纖維之間的膠質(zhì)明顯減少.

圖2　堿液改性后試樣橫縱向形態(tài) Fig.2　Horizontal and vertical configuration of alkali modified samples

圖3　堿-尿素改性后試樣橫縱向形態(tài) Fig.3　Horizontal and vertical configuration of alkali-urea modified samples

圖4　銅氨改性后試樣的橫縱向形態(tài) Fig.4　Horizontal and vertical configuration of copper ammonia modified samples

圖5　高溫改性后試樣橫縱向形態(tài) Fig.5　Horizontal and vertical configuration of high temperature modified samples

3結(jié)語

通過對改性后的苧麻纖維進(jìn)行性能測試可以得出，改性后苧麻的性能明顯改善.比較各種方法處理后的苧麻得到，在w(NaOH)為8%、煮沸30 min的條件下改性處理，可以使苧麻纖維達(dá)到最好的效果.通過改性處理，苧麻的性能得到了改善，應(yīng)用會更加廣泛.

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Comparison of modification methods of ramie fiber

YU Hongqin, ZHANG Qi, LI Hong, REN Yuan

(DepartmentofTextileEngineering,ZhongyuanUniversityofTechnology,Zhengzhou450007,China)

Abstract:The ramie of degum is put in different concentrations of alkali for caustic cooking to modify, boiling the ramie of degum at different concentrations of urea and sodium hydroxide, modifying the ramie of degum in copper ammonia solution at room temperature, the modification under the high temperature is researched. For the modified ramie fiber, the fiber strength, elongations at break, fiber morphology of transverse and longitudinal forms are tested. The results show that boiling ramie degumming at a concentration of NaOH 8% for 30 min can make ramie fiber thinner, and elongation to increase, flexibility to be increased and glial to be reduced while maintaining good strength.

Key words:ramie fiber； modification；performance