竹纖維制備工藝的研究現狀

劉美玲,高　路

(1．山東輕工職業學院，山東 淄博 255300；2.天津永舵科技有限公司,天津 300350)

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竹纖維制備工藝的研究現狀

劉美玲1,高路2

(1．山東輕工職業學院，山東 淄博 255300；2.天津永舵科技有限公司,天津 300350)

摘要：為了尋求更好的竹材分離成纖的方法,本文基于大量文獻報道，主要就竹纖維各種制備工藝的過程，以及各種方法的優缺點進行概述，通過分析竹纖維的制取方式存在的問題，發現聯合制取法是最好的制備方法之一。

關鍵詞：竹纖維；制備工藝；方法

1　前言

竹纖維在加工過程中保持了竹子纖維原有形態和很多優良性能，對其研究開發的熱潮不斷。但由于竹單纖維太短，無法直接用于紡紗，必須采用束纖維紡紗；且竹材中木質素、多戊糖等雜質很多，木質素又極難去除，這兩個問題的存在成為制約竹纖維發展的兩大難題。竹纖維的制取主要是將纖維和膠質分離，去除部分木質素、半纖維素等物質，使其達到一定的細度和強力，以滿足紡紗織造的要求。目前采用比較多的有化學制取法、生物制取法、物理制取法以及聯合制取法等方法，下面就各種制取方法的研究現狀進行簡單介紹。

2　制取方法

2.1化學制取法

化學制取法是目前制取竹纖維的方法中研究和使用最多的一種方法。化學法制取竹纖維的原理是利用纖維素和膠質對某些化學物質穩定性不同所采取的方法，在不損傷纖維素的前提下，將膠質去除，使纖維仍保持原有的特性，即化學脫膠法。傳統的化學脫膠通常都是采用堿煮來實現的，因此對脫膠工藝的研究相對較多。化學制取法的特點是效率高，但工藝流程長，能源消耗大，同時對環境會造成一定的污染。

在化學法制取竹纖維的研究方面，東華大學的萬玉芹[1]采用化學法對竹子堿脫膠工藝進行了研究，同時對竹纖維的細化工藝進行了探討；天津工業大學的王春紅[2]等人對爆破后的慈竹料進行化學處理，在傳統工藝基礎上使用尿素和滲透劑，同時堿煮過程中加入亞硫酸鈉試劑以減少纖維損傷，制得的纖維強度在5.4cN/dex，明顯高于傳統方法制得的纖維強度，但該方法制得的纖維顏色較黃，且堿煮后要經過手工捶打撕扯，不能保證纖維在細度和強度上的穩定性。東華大學的張巍[3]將傳統的纖維制取工藝進行改進，得出了竹纖維精細化加工工藝的基本工藝路線為：試樣準備→浸堿→碾壓梳理→水洗→煮練→碾壓梳理→酸洗→水洗→漂→DMD處理→堿抽提→二漂→水洗；蘇州大學的徐偉[4]采用化學方法，借鑒目前成熟的苧麻脫膠工藝，利用燒堿溶液常溫常壓法和高溫高壓法從粗竹纖維中提取竹纖維，研究燒堿濃度、處理溫度、處理時間及添加亞硫酸鈉、焦磷酸鈉等無機鹽處理與竹纖維提取的關系。北京服裝學院自2004年以來在化學法制取竹纖維方面也進行了較多的研究[5]，從方法到工藝都進行了較深入的研究，利用臭氧法去除木質素制得的竹纖維，已基本達到紡紗要求。

化學法對于竹纖維的制取是一種不可缺少的方法，通過使用化學試劑對竹材進行蒸煮軟化，有利于竹纖維的進一步加工和制取，同時化學法在竹纖維的精細化加工中應用也較多。但單純的化學方法制得的竹纖維很難達到紡紗的要求，這是因為化學法的原理主要是通過脫膠的方式使纖維和膠質分離，脫膠程度過高竹纖維則成為單纖維狀態，無法紡紗；脫膠程度過低制得的纖維則較粗且不勻，同樣不能進行紡紗，同時傳統的化學法制取竹纖維工藝復雜、工藝流程長、消耗能量大且對環境造成污染，作為竹纖維制取的一種方法仍有許多需要解決的問題。

2.2生物制取法

生物法制取竹纖維即生物脫膠法。生物脫膠的原理是利用生物酶作用的單一性對某種膠質起作用，而對纖維素成分影響很小，將膠質等成分去除。利用生物酶進行脫膠具有產品質量好、環境污染小和經濟效率高等優點，具有很好的發展前景。東華大學的張巍采用生物-化學聯合脫膠的方法制取竹纖維，在利用復合生物酶對竹材進行處理的基礎上再進行化學脫膠處理。經處理后，制得的纖維膠質含量少，但脫膠工藝復雜，同時需使用多種脫膠助劑。東華大學的張磊[6]采用生物法對竹纖維進行精細化處理，探討了纖維素酶處理工藝對竹纖維線密度和殘膠率的影響，并確定了最佳處理工藝條件。經過纖維素酶處理后的竹纖維性能得到了一定的提高，但是纖維還偏粗，要在紡紗廠實際應用還需做進一步的柔軟和梳理處理。

盡管生物酶脫膠具有很多優點，但到目前為止生物酶脫膠方法的研究仍然沒有取得突破性的進展，其應用十分有限。對于竹纖維的制取，由于竹材莖桿皮層組織緊密，密度很大，而且細胞組織中又有大量空氣存在，浸漬液很難浸透，勢必延長脫膠時間；且竹子內部含有多種抑菌物質，菌種的選擇也具有較大難度。因此竹纖維的生物脫膠還需要長期大量的工作。

2.3物理制取法

物理制取法也是目前竹纖維制取中研究較多的一種方法。物理制取法的原理是借助機械外力等作用方式將膠質和纖維分離。目前采用較多的物理制取法主要包括以下幾種：

(1)錘擊或碾壓開纖法：該方法一般將竹材分片，然后蒸煮軟化，使纖維牢固結合一體的木質素胞間層部分分離，通過錘擊或反復碾壓來削弱纖維之間的結合強度。竹片在受到機械沖擊、擠壓的外力作用下，最終導致纖維分解。但由于濕態下竹纖維的強力非常低，錘擊和反復碾壓對纖維的強力損傷特別大，纖維的長度、細度及均勻度難以保證。

(2)機械梳解制纖法：該方法采用高速旋轉的釘輥或針板將經過碾壓的扁竹材直接梳解制成纖維束形態。這一方法工藝過程簡單，加工效率較高。但由于生產過程中采用強力的機械作用破壞了纖維的強力，使所獲得的竹纖維粗、短、脆，柔韌性差，一般只能用于生產竹纖維板等低附加值產品。

(3)爆破法：早在上世紀90年代，日本同志社大學的研究人員就開始用高溫高壓蒸汽釜蒸煮竹材，然后突然釋放壓力的方法來使竹材爆碎[7]，高壓狀態下液態水和水蒸汽作用于纖維材料，并通過瞬間泄壓過程實現材料的組分分離和結構變化。這種技術最大的優點是在突然釋壓閃爆時，過熱水蒸汽由液體變為氣體時對竹纖維空腔內的作用力是均一的，不會對某部分造成特別的損壞。但此方法制得的纖維粗硬，需經過進一步細化，且纖維長度、細度規格尺寸上不易達到紡紗要求。

(4)超聲波法：超聲波法大多作為纖維制取的一種輔助手段，利用超聲波的高頻機械能量能夠使纖維材料的初始缺陷裂縫處產生應力、應變能的集中，引起裂紋的擴展，致使纖維細化分離[8,9]。利用超聲波可以加速和改善竹纖維脫膠。

由于竹材中纖維素的含量較低，而木質素及半纖維素的含量相對較高，單靠純物理方法是很難將木質素等物質去除的，因此純物理法制取竹纖維的研究較少，浙江林學院姚文斌、張蔚提出的熱-機械耦合開纖法，首先對竹材進行高溫蒸煮軟化，然后采用機械外載將竹片開纖制得粗竹纖維，粗竹纖維經過進一步梳解制得竹纖維[10]。不過這種方法目前工藝還不完善，對機械作用力的方式、加載條件、邊界約束等還不確定。其它如東華大學，蘇州大學等也有關于物理法制取竹纖維的研究，但這些方法都是以化學法或生物法為主進行的，物理方法只是輔助手段之一。

2.4聯合制取法

聯合法是將物理法、化學法及生物法聯合使用來制取竹纖維的方法。這樣可以發揮每種方法的優點，如在對竹材進行物理碾壓梳解之前，可先用化學法或生物法將其軟化，使竹材中的部分膠質、半纖維素等受到破壞而溶解，從而削弱與纖維之間的結合力，再經機械外力作用制取纖維。目前制取竹纖維的各種方法，總的來說都屬于幾種方法的聯合，只是有的側重化學方法，有的側重于生物法或物理法。東華大學的研究主要是以化學脫膠法為主，在此基礎之上再考慮生物法、物理法等輔助方法，如俞建勇在《竹材成纖的制備方法》一文中，主要介紹了化學法制取竹纖維工藝流程及工藝參數，借助機械碾壓作用使竹材更好地開纖[11]；張巍主要研究了化學法制取竹纖維的精細化加工工藝流程和工藝條件，將傳統的纖維制取工藝進行改進，同時將生物脫膠和物理機械脫膠作為輔助方法對竹纖維進一步細化處理。湖南株洲的劉憶萍[12]在其申請的《一種將原竹加工成可紡性竹纖維的制作方法》專利中，首先采用了高溫蒸煮去除部分木質素、果膠等雜質，然后利用生物酶處理，進一步去除木質素、果膠及糖類物質，最后采用碾壓分絲、漂白等工序制得可紡性竹纖維。

3　結束語

通過以上對各種制取方法的分析可以看出，要使制得的竹纖維達到紡紗的要求，單純的某一種方法很難實現，必須采用幾種方法聯合的方式，化學法在竹纖維制取中作為一種不可缺少的方法可以在竹材的預處理階段使用，生物法可以作為輔助方法對纖維的脫膠做進一步處理，物理法在竹纖維的細化過程中非常重要，同時物理法的使用可以縮短工藝流程，節能環保等。

參考文獻：

[1]萬玉芹．紡織用竹纖維脫膠、細化工藝及其結構性能研究[D]．上海：東華大學，2003．

[2]王春紅，王瑞，朱若英．竹原纖維制取工藝探討[J]．天津工業大學學報，2005，24(4)：16—17．

[3]張巍．竹纖維精細化加工的研究[D]．上海：東華大學，2004．

[4]徐偉．天然竹纖維的提取及其結構和化學性能的研究[D]．蘇州：蘇州大學，2006．

[5]呂明霞．臭氧對竹纖維產品的氧化處理研究[D]．北京：北京服裝學院，2008．

[6]張磊，俞建勇．竹原纖維生物法精細化探討[J]．紡織科技進展，2008，(6)：70—72．

[7]Fuji.T, Okubo.K.Eco-composites using bamboo [J].Sen’i Gakkaishi, 2003, 59(3):12—16.

[8]K A Tllakore，陳水栩．超聲波在紡織品濕加工過程的應用[J]．國外紡織技術術，1991，(6)：28—33．

[9]萬震．超聲波在紡織品加工中的應用[J]．紡織導報，2001，(2)：22—24．

[10]張蔚，李文彬，姚文斌．天然長竹纖維的分離機理及其制備方法初探[J]．北京林業大學學報．2007，(29)：63—66．

[11]俞建勇，萬玉芹，吳麗莉等．竹材成纖的制備方法[P]．中國：02151265．5，2003—5—7．

[12]劉憶萍，黃杰．一種將竹加工成可紡性竹纖維的制作方法[P]．中國：200410046835．7，2005—03—30．

收稿日期：2015-12-15

作者簡介：劉美玲(1984—)，女，山東淄博人，講師。

中圖分類號：TS102.31

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3028(2016)01-0046-03

Status Quo of Bamboo Fiber Preparation Process

Liu Meiling1, Gao Lu2

(1.Shandong Vocational College of Light Industry,Zibo 255300,China； 2.Tianjin Yongtuo Technology Co.Ltd.,Tianjin 300350，China)

Abstract:In order to found the best way to separate the bamboo into fiber，based on a large number of paper, many kinds of bamboo fiber preparation processes and their respective advantages and disadvantages were summarized.By analyzing the problems in the preparation processes,it was found that the combined method was the best way to separate the bamboo into fiber.

Key words:bamboo fiber, preparation process;method