苧麻柔軟整理研究現狀

聶 凱

(青島大學，山東 青島 266071)

隨著生活水平的提升，消費者對綠色生態紡織品的需求量越來越大，天然生物質纖維素纖維資源的開發利用已成為紡織行業的重要課題。我國苧麻常年種植面積為1×105 hm2～2×105 hm2，約占全球總年產量的90%[1]。苧麻纖維作為一種廉價、產量大、易生物降解的天然高分子材料，因具有優良的吸濕性、透氣性、抑菌性和獨特的風格等優點，受到消費者的青睞，但由于苧麻纖維大分子間及分子內存在大量氫鍵，結晶度高，織物彈性差、易起皺性、不耐磨、易損壞、易產生刺癢感等缺點，極大影響了應用，因此通過改性降低苧麻的結晶度，提高柔軟度是目前的研究重點之一。

1 苧麻纖維柔軟改性的機理

1.1 溶脹預處理機理

合適的溶脹劑，可以使得纖維大分子之間的距離增大，實現使纖維柔軟目的，同時也為纖維素分子上的羥基發生化學反應提供輔助作用。同時溶脹作用降低了結晶度、取向度，使纖維素大分子無法重結晶，提高了纖維的斷裂伸長和可紡性[2，3]。

1.2 化學改性機理

化學改性的機理是在纖維表面引入新的官能團，使纖維素分子不能重結晶，主要方式為接枝共聚。接枝共聚改變了苧麻纖維的微細晶體結構，降低了它的結晶度和取向度。并且引入官能團能減小纖維表面的摩擦因數，提高彈性回復率和大分子的延伸能力，增加纖維的柔韌性。由于接枝基團化學性質活潑，易與染料分子結合，因而改善了苧麻纖維的染色性。通過與不同的官能團接枝共聚，還可改善苧麻纖維的抗靜電性、防菌性等[4]。研發能適用苧麻纖維柔軟改性的新型高效、綠色、低能耗處理工藝和化學助劑是今后的發展趨勢[5]。

2 苧麻柔軟改性研究現狀

苧麻脫膠之后的精干苧麻纖維中除了含有少量木質素外，大部分都為纖維素[6]。纖維素(C6H10O5)是由D-葡萄糖通過1，4-苷鍵連結而成的高分子聚合物[7]。葡萄糖環上3個位置有活潑羥基，這些羥基提供了大量的氫鍵。氫鍵的斷裂和重建對苧麻纖維的物理和化學性能影響很大，苧麻纖維柔軟處理的關鍵就在于對氫鍵的研究。

2.1 苧麻纖維柔軟整理

傳統企業苧麻柔化方法主要是精干麻與其他纖維制成混紡紗或者后處理添加油劑，以緩解麻織物的刺癢感[8]，或通過減少紗線毛羽，降低與皮膚之間的摩擦因數。對于麻類織物來說，燒毛、剪毛都能大量降低織物表面毛羽數量和長度，但這兩種工藝在減少毛羽數量的同時，使得大部分的長毛羽變成短毛羽，毛羽的抗彎強度提高，刺癢感加劇[9]；油劑的添加雖能降低苧麻纖維的摩擦因數，但此種方法效果維持性較差，成本高且不利于于綠色生產。

2.2 預處理

預處理過程中利用一些化學溶脹劑，如堿、液氨、離子液體等，既可使纖維大分子之間的距離增大，也可提高羥基活性，從而提高纖維的柔軟性。另外，溶脹苧麻纖維的溶劑不同，不僅會對纖維縱向、橫向外觀產生不同程度的影響，還可能對纖維內部的晶體形狀產生影響。

2.2.1堿預處理

堿預處理是利用苧麻纖維在燒堿液中的溶脹消晶行為，簡單方便，廣泛用于企業生產。堿的消晶作用能使溶液進入纖維素內部結構中從而產生溶脹，此時分子間氫鍵強度削弱，形成更多活潑的羥基，同時分子鏈間距離增大，甚至斷裂，形成的羥基可與陰離子染料結合，大大提高苧麻的上染率[8]，當堿濃度達到20%，纖維的上染率提升得非常快，能在染色20 min后達到96%[10]。堿法改性上染率較高、得色深、成本低、工藝參數易于控制，能和脫膠工藝一起進行，速度快，效果好，但對纖維的損傷大，污染環境。吳曉燕、張元明等人[11]使用170 g/L NaOH溶液處理苧麻纖維，纖維溶脹程度和斷裂伸長率較好，但存在耗能高、耗水高、廢水廢液處理成本高等問題。閆暢[12]開發了一種采用堿/尿素/甘油/Na2B4O7溶液低溫柔化處理苧麻纖維和苧麻織物的方法。由于該方法不發生化學反應，處理過程中不消耗化學試劑，故其處理液可以回收重復使用，具有較高的環保效益和經濟價值，利于工業化大規模生產[13]。項周瑜[13]發現利用堿尿素在低溫條件處理苧麻纖維時，其拉伸應力降低，初始模量約降為未處理纖維的59.3%。

2.2.2液氨預處理

液氨預處理跟堿法預處理相似，通過破壞纖維大分子之間的氫鍵，使纖維表面平滑且光澤增強，同時纖維內部空腔變小，縱向轉曲基本消除，截面變圓。Huang W. Y.等人[14]使用液氨處理苧麻纖維后，發現大分子鏈的分子量下降，結晶度下降了14.3%。

2.2.3新型溶脹劑處理

乙二胺/尿素/水混合液也是一種良好的溶脹劑，苧麻纖維放在其中會發生高度溶脹，產生消晶和消取向行為[15，16]，纖維的橫截面也由腰子形變成了橢圓形，中腔收縮，同時纖維表面微細纖維排列的規整度受到一定破壞，由平行排列變為非平行排列。金圣姬等人[17]進一步研究了混合比、溫度與時間等因素對苧麻織物的影響，從而得到了優化的工藝參數，但乙二胺有毒，工藝難度較大[17]。利用NMMO(N-甲基嗎啉-N-氧化物)作為溶脹劑處理苧麻纖維，發現纖維的結晶度下降，但苧麻纖維素大分子骨架和苧麻纖維的晶體結構沒有明顯變化。同時經NMMO處理的苧麻纖維和織物用活性染料染色時，染料吸收量和K /S值得到了很大提升。熊亞等人[7]利用DMSO/TEAC處理苧麻纖維，纖維的柔軟改性效果顯著。

2.3 化學改性

化學改性的目的就是在纖維表面引入新的官能團，減小纖維表面的摩擦因數，提高彈性回復率和大分子的延伸能力，增加纖維的柔韌性。

2.3.1生物改性

生物改性方法主要利用生物酶改性。原理是利用纖維素酶對纖維素的降解作用，減小纖維素的結晶區，降低纖維素大分子聚合度，從而改善纖維的柔軟性。

2.3.2交聯 接枝 磺化 烷基化改性

纖維素交聯、接枝改性也是常用的方法。王永利[18]在利用堿液預處理苧麻纖維的基礎上，利用丙三醇三縮水甘油醚交聯劑，在纖維素無定形區和結晶區表面形成三維網絡結構，增強纖維的柔性和初始模量，提高了斷裂伸長，提升了柔軟性。李龍，張勝靖[19]使用草酸軟化處理棉稈皮纖維時，發現草酸的雙鍵能夠在催化劑作用下與氨基、羧基等發生交聯反應生成三維網狀結構，可將羥基作為接枝點，與化學柔性試劑大分子共聚。磺化改性是通過苧麻纖維素與二硫化碳反應生成纖維素磺酸酯，實現柔軟效果。磺化改性后纖維的斷裂強度、彈性、卷曲度等都有提高，但其存在污染大、工藝長、成本高等問題。烷基化改性是在強堿液中加入烷化劑(如丙烯酸、丙烯腈、異丙醇)以增強纖維膨化，并通過乙烯基類單體與麻類織物接枝共聚以提高其皺折回復性、耐磨性、染色性、防污性等，但此方法有非接枝水溶性聚合物產生且去除困難。

2.3.3離子改性

江亦李等人[20]采用季銨類表面活性劑對苧麻纖維進行陽離子化改性。張天雷，張瑜[21]結合等離子技術對熱粘合織物進行柔軟處理。織物表層纖維經過等離子處理后引入活性基團與柔軟劑分子結合，并用高速等離子流沖擊材料，使得材料的表面發生交聯、刻蝕、接枝、聚合等，實現材料的表面改性，這種處理方式一般只影響纖維表面，不改變纖維內部結構[18]。離子液體作為目前熱門的綠色化學試劑，具有不揮發、易回收等優點，相對于傳統的纖維素溶劑，其溶解相對容易，設備要求簡單。離子液體對苧麻纖維的改性具有兩方面的作用[22]：(1)離子液體可溶解纖維素，使纖維的結晶度降低，手感、刺癢感和易脆性改善；(2)某些離子液體可被吸附在纖維表面并形成一層柔性膜以改善纖維的手感。離子液體的進一步研究對苧麻纖維的柔化改性有非常重要的意義。

3 結語

通過有效的柔化改性，減弱或者完全消除苧麻纖維在紡織加工、服用方面的不足，提升其市場認可度，將極大地增強苧麻纖維在紡織行業的競爭力。創新高效經濟的處理工藝、研發綠色環保的新型助劑是今后的發展重點。