過氧化尿素漂白亞麻短纖維的表征

高 潔，佟 瀟，張彩玉，孟維丹

（1.齊齊哈爾大學輕工與紡織學院，黑龍江齊齊哈爾 161006；2.齊齊哈爾大學圖書館，黑龍江齊齊哈爾 161006）

亞麻纖維是天然植物纖維，因獨特的紡錘形結構和果膠質斜邊孔，吸濕透氣性好，穿著挺括大方，被譽為清涼高貴的纖維，備受時尚消費者的喜愛［1］。亞麻紗的原料來自櫛梳麻，以櫛梳麻為原料紡紗叫長麻紡紗，以短麻為原料紡紗叫短麻紡紗［2］。短麻既具有亞麻本身的優點，又存在許多缺點，如雜質含量高、纖維粗硬，短纖維之間性能差別大，可紡性較差，只能進行濕紡加工［3］，所以只能生產一些較低端的產品。為了彌補亞麻短纖維的這些不足，對短纖維進行煮漂處理以去除部分雜質，在提高纖維分裂度及白度的基礎上，盡量減少纖維的損傷，改善短纖維的可紡性能，便于后續加工，使亞麻產品多元化發展。亞麻短纖維的分裂度和長度與膠質含量密不可分，如果完全脫膠，亞麻纖維長度較短，紡紗困難。因而只能采取半脫膠，而究竟將膠質脫到何種程度應依據纖維的性質和紡紗支數確定。本研究采用過氧化尿素進行漂白，既能滿足對亞麻短纖維白度的要求，又能盡量保護纖維，提高亞麻短纖維的加工水平。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料：亞麻短纖維（齊齊哈爾克山金鼎亞麻有限公司）；滲透劑JFC（分析純，嘉興華晟助劑工業有限公司），焦磷酸鈉（分析純，吉林省軍區化工廠），絡合劑EDTA（分析純，吳江恒達精細化工有限公司）。

儀器：HH-SII6型數顯水浴鍋（金壇華峰儀器有限公司），Y802K型快速烘箱（萊州電子儀器有限公司），Spectrum型紅外光譜儀（美國PE公司），S-3400型掃描電子顯微鏡（日本日立公司），FA1004型電子分析天平（上海上平儀器公司），STA 449 F3 Jupiter型熱分析儀（德國NETZSCH公司），Y171D型纖維切片器（常州第二紡織機械廠），D8型X射線衍射儀（德國BRUKER-AXS公司）。

1.2 過氧化尿素漂白工藝

過氧化尿素5 g/L，pH 8～9，JFC 2 g/L，穩定劑焦磷酸鈉3 g/L，EDTA 3 g/L，45 min，80 ℃，浴比1∶40。

1.3 測試

紅外光譜：取1～2 mg亞麻短纖維粉末和100 mg溴化鉀放入研缽中研磨混勻，制成薄片，在紅外光譜儀上進行測定。光譜范圍4 000～400 cm-1，光譜精度0.008 cm-1，光譜分辨率0.5 cm-1，光譜準確度0.02 cm-1，信噪比180 000∶1。

X-射線衍射：將亞麻短纖維粉末安放在X-射線衍射儀的玻璃樣品架上，在穩定條件下進行分析。管電壓20～60 kV，管電流10～300 mA，掃描速率2°/min，角度5°～30°。

表觀形貌：在掃描電子顯微鏡下觀察。測試條件為溫度20 ℃，相對濕度65%，加速電壓30 kV，測試前對樣品進行噴金處理。

熱性能：用熱分析儀測試。N2氣氛，氣體流量20 mL/min，升溫速率10 ℃/min，測試溫度0～600 ℃，樣品質量2～7 mg，檢測范圍25/100/600，參比Al2O3。

2 結果與討論

2.1 紅外光譜

由圖1可以看出，在3 500～3 300 cm-1處有較寬的特征峰，為O—H伸縮振動吸收峰。2 920 cm-1左右是C—H伸縮振動吸收峰，在此區域中，漂白前后亞麻短纖維在2 918、2 854 cm-1處均有一個雙峰，歸屬于—CH3和—CH2—的對稱與不對稱伸縮振動，是纖維素的特征吸收峰［4-5］。1 640 cm-1左右為糖醛酸羧基的吸收峰，為果膠的特征吸收峰［6-7］，漂白后亞麻短纖維的吸收峰低于未漂白亞麻短纖維，這說明經過煮練和漂白后，果膠去除較多，大大破壞了膠質的緊密結構，粘結程度減弱，分裂度提高；但此吸收峰并沒有消失，說明果膠沒有完全去除，保留的膠質使短纖維相互連接，保持了纖維的特性。1 236 cm-1附近為酚型結構木質素的對羥基特征吸收峰，漂白后亞麻短纖維在此處的吸收峰稍微偏低，表明亞麻短纖維中木質素被部分去除。1 158 cm-1處是β-d-葡萄糖苷鍵及C—O—C的吸收峰［8］，漂白前后吸收峰無明顯變化。750 cm-1附近為—OH的面外變形振動峰，過氧化尿素漂白后，—OH伸縮振動峰的面積增大，說明極性羥基的數量有所增多。

圖1 漂白前(a)后(b)亞麻短纖維的紅外光譜圖

2.2 X-射線衍射

由圖2可看出，亞麻短纖維在2θ=14.60°、16.25°和22.47°處的衍射峰［9］分別對應于101、101和002晶面，漂白前后亞麻短纖維的結晶形態基本無變化。與未漂白亞麻短纖維相比，漂白后亞麻短纖維在2θ=22.47°處的衍射峰更尖，強度更強，說明002晶面的晶粒尺寸增大。此外，漂白后亞麻短纖維的XRD曲線下的面積明顯小于未漂白亞麻短纖維，即晶面面積減小，結晶度降低，說明漂白破壞了亞麻短纖維的部分結晶區。

圖2 漂白前(a)后(b)亞麻短纖維的X-射線衍射圖

2.3 掃描電子顯微鏡

由圖3a可知，未漂白亞麻短纖維表面附著大量非纖維素和膠質等雜質，表面粗糙，粘結程度大，纖維束密集，成為了纖維簇。此種結構特點勢必阻礙亞麻短纖維在紡紗牽伸過程中的縱向位移，可紡性差，紡紗難度大，成紗支數低，亞麻紗線的質量指標提升受到限制，產品檔次較低。由圖3b可知，漂白后的亞麻短纖維表面粗糙結構明顯改善，裂解程度增大，纖維變細且相對均勻，柔韌性增加，短纖維表面平整、光滑，改善紡紗后成紗支數和紗線質量。

圖3 漂白前(a)后(b)亞麻短纖維的掃描電子顯微鏡圖像（×1 000）

2.4 熱性能

由圖4可知，與未漂白亞麻短纖維相比，漂白亞麻短纖維的質量銳減點［10］向低溫方向移動。當由較低溫升至100 ℃左右時，短纖維有少量的質量損失，減少約7%，原因是纖維中的游離水及結晶水揮發，這個階段為亞麻短纖維的干燥階段，是一個吸熱過程。而后隨著溫度的升高，亞麻短纖維的質量變化較平緩。溫度升高至298～350 ℃時，漂白前后亞麻短纖維的質量分數迅速降低，而且漂白后亞麻短纖維的質量下降速率比未漂白亞麻短纖維要高，原因是纖維素葡萄糖環C2、C3上的羥基被氧化成醛基，部分葡萄糖環斷裂開環，纖維結晶區內的氫鍵被破壞，導致漂白亞麻短纖維內部分子的熱運動加快，所以質量下降速率更明顯。該階段是亞麻短纖維的炭化階段［11］，在此溫度范圍內質量變化（失重）最大，此時纖維素結構中的糖苷鍵斷裂并分解成CO2、CH4等低分子質量的揮發性化合物和焦油產物，同時放出反應熱［12］。繼續升高溫度至380 ℃以上，炭化階段結束，纖維進入勻速失重階段，熱失重下降的速率逐漸減慢。

圖4 漂白前后亞麻短纖維的TG和DSC曲線

3 結論

過氧化尿素漂白亞麻短纖維是一種可行的亞麻前處理方法。漂白后，亞麻短纖維的結晶形態基本無變化，部分結晶區轉化為無定形區，結晶度和熱穩定性降低，極性基團羥基的數量增多，表面光澤度增加，微觀結構和表觀形態均有一定的變化。