天然荷纖維的性能及應用前景

余 彩

(西安工程大學紡織與材料學院,陜西西安710048)

天然荷纖維的性能及應用前景

余 彩

(西安工程大學紡織與材料學院,陜西西安710048)

荷纖維來源于蓮藕收獲之后農業廢棄物中的荷葉莖。通過介紹荷纖維的結構,闡述了其熱學、吸濕、物理、化學和染色性能,并分析了應用前景。

蓮纖維;綠色環保;結構;性能;前景

近年來,棉糧爭地、生態環境惡化和能源短缺問題日益凸顯,常規的植物纖維資源(棉、麻等)已滿足不了紡織工業的需求,國內外掀起了開發新型綠色環保纖維的熱潮,先后研發了椰殼纖維、棉秸稈纖維、香蕉皮纖維等綠色環保纖維。從生態學角度看,綠色環保纖維必須滿足以下條件:(1)采用可再生資源為原料,不會破壞生態環境,更不會導致資源枯竭;(2)生產過程符合節能環保要求,不會給環境帶來污染,產品用戶體驗健康舒適;(3)可回收利用或自然降解廢棄制成品。利用廢棄荷葉莖生產纖維素纖維,不僅可以變廢為寶,發展循環農業,緩解能源、環境問題,還豐富了紡織原料種類,給紡織服裝業創造良好的社會效益和經濟效益[1]。

1 荷纖維及其結構

1.1 荷纖維

荷纖維來源于蓮藕收獲之后的農業廢棄物中的荷葉莖,又稱“蓮纖維”。荷纖維是由荷葉莖內帶狀螺旋狀導管及管胞的次生壁抽長而成的植物纖維,目前制取荷纖維的方法主要有濕態人工抽取、干態機械加工、微生物加工法及其復合應用。研究發現,濕態人工抽取法制成的荷纖維有類似蠶絲特點,細長柔軟,潔白飄逸;干態機械加工法制成的荷纖維則像麻纖維,纖維較粗硬,色澤棕白色;微生物加工法是利用微生物分解蓮桿內部的橫向連接物質,再進行加工,制取纖維較容易[]。

1.2 纖維結構

荷纖維是由多根單絲纖維(或稱為微細纖維)締合成的扁平帶狀復絲纖維,一般由4～10根單絲組成一根復絲纖維。單絲纖維直徑約4μm,單絲纖維橫向締合間距為3～5μm,單絲縱向光滑,略有細微橫紋,截面近似圓形,有中腔和孔洞。通過紅外光譜圖分析得出荷纖維的成分包括半纖維素、多糖類纖維素及一定量的木質素,其主要成分為纖維素。通過X射線衍射曲線圖得出荷纖維為典型的纖維素Ⅰ結構,其結晶度為48%,取向度為60%[3-5]。

2 荷纖維性能

2.1 熱學性能

纖維熱學性能直接影響其制品的后加工和服用性能,研究纖維的耐熱性對于確定加工可行性和產品使用的溫度范圍具有重要意義。王建剛等[6]采用熱重和差熱分析法測試了蓮纖維的熱學特征,同時還測試了蓮纖維的熱收縮率和極限氧指數。發現荷纖維的TG曲線從受熱到分解主要有2個失重階段:失水階段和分解階段。荷纖維的熱分解溫度在160℃左右,而主失重溫度約為260℃。荷纖維的DSC曲線出現雙熔融峰,第1個較高的熔融峰出現在324.7℃,第2個較低的熔融峰出現在377.7℃。荷纖維在沸水和干熱空氣中的收縮率分別為0.36%和0.30%,極限氧指數為17.0%～19.0%,燃燒特征與棉、麻纖維類似[6]。

2.2 吸濕性能

纖維的吸濕性能不但會影響其質量、強力等許多物理性能,從而影響加工工藝和使用性能,而且還直接影響織物的穿著舒適性。相關文獻在標準狀態下,測定了荷纖維的吸、放濕特征曲線,其吸、放濕回潮率分別為10.34%、12.62%,結果表明,蓮纖維具有較好的吸、放濕性能[7]。荷纖維為什么具有較好的吸濕性,歸功于以下幾個方面:(1)荷纖維是纖維素纖維,其結構中的-OH鍵可以與H2O分子廣泛結合;(2)X射線衍射儀測得荷纖維的結晶度為48%,結晶度低,水分子比較容易進入纖維內部的無定形區,結晶度越低,纖維的吸濕量越多;(3)荷纖維存在由數根微細纖維并排締合組成的特殊形態結構,其表面存在縫隙孔洞,這種特殊的結構決定了荷纖維具有比較大的比表面積,表面能高,從而其吸濕能力強。

2.3 物理性能

通過測試荷纖維的密度、線密度和回潮率等基本物理性能分析其紡紗性能。荷纖維的密度為1.184 8 g/cm3,比棉、苧麻的密度小,與蠶絲、腈綸接近,荷纖維密度較小,質量輕,纖維柔軟、飄逸。荷纖維的線密度為1.55 dtex,小于苧麻、蠶絲,與棉纖維及棉型化纖的線密度較接近。表明荷纖維較細,有利于成紗強力和條干均勻度,可紡高支高密紗。荷纖維回潮率為12.32%,與苧麻接近,比棉、蠶絲大,比羊毛、粘膠要小,這說明荷纖維具有很好的吸濕性。荷纖維的初始模量較大,為146.81 c N/dtex,比棉纖維大,略小于麻纖維;斷裂強度較大,為3.44 cN/dtex,與棉纖維接近,略小于麻纖維;斷裂伸長率較小,為2.72%,略小于棉纖維,大于麻纖維。荷纖維的初始模量、斷裂強度、斷裂伸長介于麻纖維和棉纖維之間,因此可以判斷荷纖維具有較好的可紡性,適合與棉、麻進行混紡[8]。

2.4 化學性能

研究發現荷纖維的耐酸性與棉纖維相近,但較棉纖維稍差一些。荷纖維對酸敏感度高,即穩定性較差,酸對荷纖維作用的強弱程度隨酸的種類、濃度、作用時間及溫度的不同而異。硫酸、鹽酸這兩大無機強酸對荷纖維破壞強烈,冰乙酸對荷纖維作用則較弱。

荷纖維和棉纖維等天然纖維素纖維一樣,在堿溶劑中穩定性好,但耐堿穩定性較棉纖維稍差,對氧化劑穩定性也較差,抗氧化性與棉纖維相近。不同的氧化劑對荷纖維的氧化作用不同,過氧化氫和次氯酸鈉都是非選擇性的。過氧化氫對荷纖維的氧化作用不明顯,但是荷纖維對次氯化鈉溶液的氧化作用很敏感,并且一定程度上會降低纖維的斷裂強力和色牢度,因此,使用次氯酸鈉作漂白劑時,必須嚴格控制工藝條件,以免荷纖維織物的強度受破壞[9]。

2.5 染色性能

袁小紅等[10]采用活性染料對荷纖維進行染色研究,為荷纖維織物的開發和應用提供依據。選取兩種不同活性染料(活性大紅、活性嫩黃),利用單因素分析法,在改變溫度、浴比、時間、元明粉用量、純堿濃度等工藝條件下,對荷纖維進行染色實驗,得出以下結論: (1)荷纖維上染活性大紅的最佳染色工藝條件為:染色溫度40℃,染液浴比1∶40,染色時間60 min,元明粉質量濃度20 g/L,純堿質量濃度30 g/L。(2)荷纖維上染活性嫩黃的最佳染色工藝條件為:染色溫度40℃,染液浴比1∶50,染色時間60 min,元明粉質量濃度10 g/L,純堿質量濃度20 g/L。(3)活性染料耐皂洗色牢度和耐汗漬色牢度都在3級以上,加入元明粉起到了緩染作用,加入純堿起到了固色作用。

3 應用前景

荷纖維具有良好的吸濕、排汗、防臭、透氣和抗霉殺菌功能,含有多種對人體健康有益的微量元素,其織物被譽為紡織領域的“綠色”織物,織物特色主要表現為涼爽、挺括、透氣、舒適、抗皺、健康、環保,是夏季服裝面料的首選。此外,荷纖維具有很好的生物相容性,是當今醫療領域一種新型醫用材料和敷料,利用荷纖維制作的醫療手術縫合線、醫用紗布、止血條、止血帶等是外科手術、五官整容手術、燙燒傷病人和一般緊急外傷處理的必備用品[11-13]。

開發、研究并應用天然環保型荷纖維,是對發展綠色、環保、循環農業道路的又一種嘗試。這不僅符合當前的國際趨勢,也可以有效地利用我國的農業資源,給農民帶來一定的經濟和社會效益。雖然我國對荷纖維的開發已達到一定的程度,但是在應用方面還存在一些問題,這需要我們投入更多的時間和精力去解決。

[1]潘 穎.蓮纖維的結構與性能研究[D].上海:東華大學, 2011.

[2]陳東生,甘應進.蓮纖維及其制備方法與制品:中國, 200610140888.4[P].2008-04-23.

[3]何 軍,陳東生.蓮纖維形態結構探討[J].中國纖檢,2010, (1):70-73.

[4]甘應進,袁小紅,王建剛,等.蓮纖維微觀結構分析[J].紡織學報,2009,30(11):14-17.

[5]明津法,蔣耀興.荷葉絲纖維結構與性能探討[J].山東紡織科技,2009,(5):54-56.

[6]王建剛,袁小紅,甘應進,等.蓮纖維的熱學性能[J].紡織學報,2010,2(31):7-9.

[7]王建剛,倪海燕,袁小紅,等.蓮纖維的吸濕性能[J].紡織學報,2009,(9):11-14.

[8]王建剛,袁小紅,何 軍,等.蓮纖維的物理性能[J].紡織學報,2008,(12):9-11.

[9]袁小紅,陳東生,甘應進.蓮纖維的化學性能[J].纖維素科學與技術,2012,(3):44-50.

[10]袁小紅,甘應進,陳東生,等.活性染料對蓮纖維的染色性能研究[J].纖維素科學與技術,2012,(2):51-57.

[11]王曉麗.兩種綠色環保纖維——絲瓜纖維與荷纖維[J].中國纖檢,2011,(6):77-79.

[12]王建剛,嚴濤海,蘇靜芳.淺談蓮纖維的開發與應用[J].輕紡工業與技術,2012,(4):39-40.

[13]李岱祺,李建強,陳 悟,等.一種新型生物質服用纖維——蓮絲纖維[J].服飾導刊,2014,(1):30-31.

更正與補充說明

本刊2015年第1期刊載的文章《亞麻纖維/萊賽爾纖維/竹炭粘膠纖維混紡紗的開發》,作者姓名“姚貴香”更改為“姚桂香”,特此更正。

本刊2015年第2期刊載的文章《時尚產業外延發展與時裝周創新研究》一文增加“基金項目:山東省高校人文社科研究計劃資助經費項目(J14WJ20)”,特此補充。

《紡織科技進展》編輯部

Performance and Application Prospects of Nature Lotus Fiber

YU Cai
(School of Textiles and Materials,Xi'an Polytechnic University,Xi'an 710048,China)

The lotus fiber was made from the lotus stem which was the agricultural waste after harvesting the lotus.Through the introduction of the structure of the lotus fiber,the properties of thermal,moisture absorption,physical,chemical and dyeing were detailed.Finally the application prospect of the lotus fiber were introduced.

lotus fiber;green and environmental;structure;performance;prospect

TS102.2

:A

:1673-0356(2015)03-0008-02

2015-03-23

余 彩(1989-),女,在讀碩士研究生,主要研究方向為紡織新材料、新工藝、新技術、新產品的開發與應用,E-mail:1013775814 @qq.com。