姜為青 趙 磊 姚桂香 卜啟虎 宋銀銀

（1.鹽城工業(yè)職業(yè)技術學院，江蘇鹽城，224005；2.江蘇悅達棉紡有限公司，江蘇鹽城，224000；3.泰興市凱萊時裝有限公司，江蘇泰州，225471）

山麻桿具有頑強的生命力，通常在海拔100 m～800 m的低山區(qū)河谷兩岸或等地進行栽培；山麻桿一般分布在河南、陜西、江蘇、安徽、浙江、湖北、湖南、廣西、四川等地方。據(jù)相關資料，山麻桿韌皮纖維中所含的纖維素達40%左右[1]，從中可以斷定山麻桿的韌皮中含有一定數(shù)量的纖維，其吸濕、力學等性能可能與亞麻、黃麻等其他麻類纖維較相似，可作為紡織品的原料，但目前對山麻桿韌皮纖維的研究非常少[2]。本研究通過物理化學及生物酶脫膠的方法進行山麻桿韌皮纖維的精細化提取，分析其成分，研究山麻桿韌皮纖維主要性能。

1 試驗與方法

1.1 原料與準備

選用寧夏和氏璧生物科技有限公司的果膠酶作為酶脫膠的主要用劑，選用濟南鑫隆化工有限公司的NaOH作為堿脫膠的主要用劑。山麻桿韌皮纖維取自于大豐某農(nóng)場，電子天平、玻璃杯等均由江蘇省生態(tài)紡織研發(fā)中心提供。

1.2 提取方法與工藝

預處理工藝路線[3?4]：山麻桿韌皮自然、機械處理→開松→去離子水浸漬→酸浸漬→低濃度堿煮→酸洗→水洗→晾干。酸浸漬工藝：H2SO43.5 g/L，浸酸時間2.5 h，處理溫度60℃，浴比1∶30。低濃度堿煮工藝：Na OH 10 g/L，堿預處理時間3 h，處理溫度60℃，浴比1∶30，硅酸鈉1.4 g/L，三聚磷酸鈉0.9 g/L，十二烷基苯磺酸鈉0.8 g/L，乳化劑OP 1.4 g/L，JFC 1.3 g/L。

化學堿脫膠工藝路線[5?6]：預備處理山麻桿韌皮纖維→開松→高濃度堿煮→水洗→開纖→水洗→脫水→抖松→給油→脫油→干燥。高濃度堿煮工藝：Na OH 30 g/L，處理時間3.5 h，處理溫度80℃，浴比1∶30，硅酸鈉1.7 g/L，三聚磷酸鈉1.0 g/L，十二烷基苯磺酸鈉0.95 g/L，乳化劑OP 1.35 g/L，JFC 1.25 g/L。

生物酶脫膠工藝路線：預備處理山麻桿韌皮纖維→開松→生物酶煮→水洗→開纖→水洗→脫水→抖松→給油→脫油→干燥。生物酶煮工藝：生物酶11 g/L，處理時間4 h，處理溫度55℃，浴比1∶30。

1.3 性能表征

按照GB/T 6100—2007《棉纖維線密度試驗方法中段稱重法》測試山麻桿韌皮纖維線密度；參照GB/T 14337—2008《化學纖維短纖維拉伸性能試驗方法》測試山麻桿韌皮纖維的拉伸性能；采用熱重分析法表征山麻桿韌皮纖維的熱學性能；采用紅外光譜分析山麻桿韌皮纖維的分子結構；參照國家標準GB 5889—1989《苧麻化學成分定量分析方法》測試和分析山麻桿韌皮纖維的化學成分；采用電子顯微鏡觀測山麻桿韌皮纖維的縱橫向形態(tài)。按照FZ/T 73023—2006《抗菌針織品》測試山麻桿韌皮纖維的抑菌率。

2 結果與分析

2.1 山麻桿韌皮纖維的成分分析

山麻桿韌皮纖維原樣、堿脫膠處理和生物酶脫膠后各成分含量測試結果如表1所示。由表1可見，經(jīng)堿脫膠和酶脫膠后，山麻桿韌皮纖維的纖維素含量都有不同程度的提高，其中酶脫膠后纖維素含量提高最為顯著；半纖維素、木質素、果膠物質的含量明顯下降。成分的變化能極大地改善山麻桿韌皮纖維的可紡性。

表1 山麻桿韌皮纖維脫膠處理前后主要成分含量

2.2 山麻桿韌皮纖維脫膠形態(tài)分析

山麻桿韌皮纖維脫膠過程中纖維形態(tài)的變化如圖1所示。從圖1可以看出：山麻桿韌皮纖維堿脫膠和果膠酶脫膠后與原樣相比存在一定的差異，山麻桿韌皮纖維原樣的黃色較深，堿處理后山麻桿韌皮纖維的黃色褪去一些，但看上去纖維損傷較大，而果膠酶脫膠處理后山麻桿韌皮纖維的顏色顯淡黃色，且纖維損傷不大。堿脫膠后山麻桿韌皮纖維手感、粗細與黃麻等麻類纖維非常相似，生物酶脫膠后山麻桿韌皮纖維的顏色相比堿處理黃色還要淡出很多，但手感基本相似，這說明堿和生物酶脫膠均去除了大量的色素，生物酶還帶有輕微的漂白效果。

圖1 山麻桿韌皮纖維脫膠過程纖維形態(tài)變化圖

生物酶脫膠后的山麻桿韌皮纖維的縱橫向形態(tài)如圖2所示。從圖2可以看出：山麻桿韌皮纖維縱向呈條紋狀，有利于增加纖維之間的抱合力，而橫截面呈現(xiàn)橢圓形、不規(guī)則多邊形，有很小的中腔，這說明山麻桿韌皮纖維縱橫向形態(tài)與黃麻纖維也非常相似。

圖2 生物酶脫膠后的山麻桿韌皮縱向和橫向形態(tài)結構

2.3 線密度與力學性能測試結果

3種山麻桿韌皮纖維的樣品放在恒溫恒濕室（相對濕度65%，27℃）平衡24 h，纖維夾持長度3 cm，拉伸速度1.7 mm/min，測試20根纖維試樣取平均值。脫膠前后山麻桿韌皮纖維的線密度與力學性能測試結果如表2所示。

表2 山麻桿韌皮纖維拉伸性能測試表

從表2可以看出，脫膠處理后山麻桿韌皮纖維的線密度明顯降低，已達到可紡指標，且生物酶脫膠后效果更好；3種試樣中山麻桿韌皮纖維原樣的斷裂強度最小，脫膠處理后，山麻桿韌皮纖維的斷裂強度有所提高，斷裂伸長率有所降低。這說明脫膠過程提高了纖維內(nèi)部大分子的結晶度。

2.4 纖維熱學性能分析

脫膠處理前后山麻桿韌皮纖維的熱學性能如圖3所示。

圖3 不同處理山麻桿韌皮纖維的熱分析測試結果

從圖3發(fā)現(xiàn)，不管是經(jīng)過哪種脫膠處理，山麻桿韌皮纖維的初始熱分解溫度和最高熱分解溫度都有顯著提高，熱學性能均有很大程度的改善，其原因在于經(jīng)脫膠方法處理后，尤其是經(jīng)酶脫膠處理后，山麻桿韌皮纖維中的大部分非纖維素物質被去除，致使山麻桿韌皮纖維的結晶度大大提升。脫膠處理后的山麻桿韌皮纖維具有良好的熱穩(wěn)定性，特別是經(jīng)果膠酶生物脫膠處理后的山麻桿韌皮纖維熱學性能更好。

2.5 纖維紅外光譜分析

脫膠處理前后山麻桿韌皮纖維的紅外光譜如圖4所示。

圖4 脫膠處理前后山麻桿韌皮纖維的紅外光譜圖

從圖4發(fā)現(xiàn)，山麻桿韌皮纖維原樣中幾個重要特征吸收峰（O—H振動的特征吸收峰在2918 cm-1～2920 cm-1左右，C—O伸縮振動吸收產(chǎn)生的吸收峰在787 cm-1～789 cm-1左右，C—O—C振動的特征吸收峰在1058 cm-1～1060 cm-1附近）均為纖維素Ⅰ特征吸收峰所處的位置，這說明脫膠處理沒有破壞山麻桿韌皮纖維的纖維素Ⅰ分子結構。木質素顯示的特征吸收峰（1538 cm-1～1541 cm-1）、半纖維素顯示的特征吸 收 峰（1534 cm-1～1536 cm-1、1582 cm-1～1586 cm-1）比在山麻桿韌皮纖維原樣中都有所變?nèi)跎踔料?，生物酶脫膠處理后山麻桿韌皮纖維的木質素和半纖維素減弱最多。因此可知：堿脫膠和生物酶脫膠均能達到去除非纖維素物質的效果，其中生物酶脫膠的效果更好。這結果與掃描電鏡測試結果一致。對比3條曲線發(fā)現(xiàn)，在山麻桿韌皮纖維原樣中—OH伸縮振動特征吸收峰在2916 cm-1～2920 cm-1，堿脫膠 和 生物 酶 脫膠處理后山麻桿韌皮纖維—OH伸縮振動特征吸收峰降低到2912 cm-1～2914 cm-1附近，這說明—OH的伸縮振動特征吸收峰從高波數(shù)轉化到低波數(shù)，這就驗證了脫膠處理后—OH（自由基團）顯著減少，其原因在于脫膠處理后纖維大分子鏈排列重構，大分子鏈之間的氫鍵結合增多。

2.6 纖維抗菌性能測試

脫膠處理前后山麻桿韌皮纖維原樣、堿脫膠處理和生物酶脫膠處理所得山麻桿韌皮纖維的抑菌率分別為57.24%、73.12%和83.58%。可以看出，山麻桿韌皮纖維具有天然抗菌效果，脫膠處理能顯著提高山麻桿韌皮纖維的抗菌性，且與堿脫膠處理相比，生物酶脫膠處理后山麻桿韌皮纖維的抗菌性提升更顯著。這對開發(fā)天然抗菌纖維織物具有很好的開發(fā)思路。

3 結論

（1）山麻桿韌皮纖維脫膠后，主要成分為纖維素，其他成分的比例與麻類纖維非常相似，纖維縱向有條紋，而纖維橫向（橫截面）呈橢圓形、不規(guī)則多邊形，有很小的中腔。

（2）經(jīng)過堿脫膠處理和生物酶脫膠處理后，山麻桿韌皮纖維細度有明顯的降低，斷裂強度有所提高，已達到可紡指標，且生物酶脫膠效果更好。

（3）脫膠處理后的山麻桿韌皮纖維具有良好的熱穩(wěn)定性，特別是經(jīng)果膠酶生物脫膠處理后的纖維熱學性能更好；紅外光譜測試說明堿脫膠和生物酶脫膠均能達到去除非纖維素物質的效果，且生物酶脫膠的效果更好，脫膠處理后—OH（自由基團）顯著減少。

（4）與原樣相比，堿脫膠處理后山麻桿韌皮纖維抑菌率達到73.12%，而生物酶脫膠處理后山麻桿韌皮纖維抑菌率達到83.58%，這說明山麻桿韌皮纖維具有很好的天然抗菌效果。