芋頭纖維的提取及其與黃麻纖維的特性比較

P. A. Bobade， R. Shinde， S. Sawant

賈瓦哈拉爾達爾達工程技術學院(印度)

韌皮纖維存在于植物的韌皮組織中。它支撐韌皮部的傳導細胞，并為莖提供支撐力。一些重要的韌皮纖維主要來自亞麻、大麻或苧麻等重要的經濟作物，然而在過去，韌皮纖維也曾產自野生植物(如刺蕁麻)和樹木(椴樹、梧桐、紫藤和桑樹等)。黃麻纖維即是從一種黃麻植物的莖中提取而來的。通常，韌皮纖維柔軟而富有彈性。韌皮纖維比其他纖維有更好的抗拉強度，可用于繩索、紗線、紙張、復合材料和粗麻布等紡織產品的制備。韌皮纖維的一個重要特性是含有纖維節點，而棉纖維等則沒有。

圖1 芋頭植物

芋頭是一種天然綠色韌皮類蔬菜，如圖1所示，屬天南星科，是天南星科植物中種植最廣泛的物種。芋頭是熱帶和亞熱帶地區非常重要的自然資源，極具應用價值。通過水漚脫膠和化學脫膠可以獲得芋頭纖維。芋頭的球莖(類似山藥)是非洲、海洋和南亞地區居民的主食。芋頭被認為是最早栽培的植物之一。芋頭還有一些如大象葉、可可葉等別名的品種，在熱帶和亞熱帶地區被廣泛栽培。這些品種葉片較大，呈箭形，長度為20～150 cm。植株高約152～213 cm，其莖為綠色。

1 材料和方法

1.1 材料

芋頭是一種天然可食用植物，從其莖部可提取芋頭纖維。本研究從某農場采集了20株芋頭莖，重約2 kg。

1.2 纖維提取方法

本試驗設計了水漚脫膠和化學脫膠2種脫膠方法，探討從芋頭莖中提取纖維的最佳工藝參數。水漚脫膠是一種使用微生物或有機體和水分對芋頭莖部產生作用的過程。試驗以6根芋頭植株的莖為原料進行水漚脫膠，另取6根芋頭植株的莖進行化學脫膠。因為莖的底部寬度大于頂部，需從距離地面25～30 cm切取芋頭莖，如圖2a)所示。圖2b)為水漚脫膠后的芋頭莖部。

1.2.1 水漚脫膠法

水漚脫膠是將捆在一起的芋頭莖浸入水漚池中，通過生物降解使芋頭纖維與木質素分離的一種脫膠工藝。其中，不同水漚浸潤時間條件下，水漚脫膠法提取的芋頭纖維如圖3所示。可以發現，水漚脫膠的第2天，纖維已可容易地從莖中提取。

圖3 水漚脫膠工藝提取的芋頭纖維

1.2.2 化學脫膠法

采用化學脫膠法提取芋頭莖部的纖維，脫膠第6天的芋頭纖維相較于水漚脫膠更容易被提取(圖4)。與水漚脫膠法相比，化學脫膠法可提取更多的芋頭纖維。最終，本文確定采用化學脫膠法從芋頭植物中提取芋頭纖維。

圖4 化學脫膠法提取的芋頭纖維

2 結果和討論

測試芋頭纖維與黃麻纖維的強度、伸長率、細度、含水率和長度特性并進行對比。

2.1 強度

強度是纖維最重要的本質屬性之一，通常是指單位線密度纖維被拉伸至斷裂所需的力。紡織品除需經久耐用外，在機械和化學加工中還需有足夠的強度。芋頭纖維的強度低于黃麻纖維(圖5)。

圖5 芋頭纖維和黃麻纖維的強度

2.2 斷裂伸長率

紡織材料的斷裂伸長率是表征其性能的一個重要指標，用纖維拉伸斷裂時長度的增加百分比來表示。芋頭纖維的斷裂伸長率大于黃麻纖維(圖6)。纖維微結構中原纖相對纖維軸向的傾角是影響其伸長率的重要因素，增加傾角會減少纖維的拉伸力。

圖6 芋頭纖維和黃麻纖維的斷裂伸長率

2.3 線密度

纖維線密度也是纖維的重要特性之一。纖維線密度決定了芋頭纖維橫截面上的纖維根數。本試驗提取的芋頭纖維的線密度為34.40 tex，而黃麻纖維的線密度為2.08 tex(圖7)，芋頭纖維線密度遠大于黃麻纖維。纖維線密度與纖維的直徑直接相關。

圖7 芋頭纖維和黃麻纖維的線密度

2.4 含水率

芋頭纖維和黃麻纖維的含水率測試結果如圖8所示。含水率可用于描述纖維中的水分含量，通常由纖維或面料中所含水分的質量與其整體質量的百分比來表示。紡織纖維的含水率主要取決于其生長環境等條件。含水率與纖維微觀結構中的無定形區有關，芋頭纖維因其橫截面積較大，含水率高于黃麻纖維。

圖8 芋頭纖維和黃麻纖維的含水率

2.5 纖維長度

芋頭纖維和黃麻纖維的長度測試結果如圖9所示。長度是紡織纖維最重要的參數之一。纖維長度是原料分級的一個重要依據。芋頭纖維因在提取過程中斷裂根數較少而具有較大的平均長度。

圖9 芋頭纖維和黃麻纖維的長度

3 結論

與黃麻纖維相比，芋頭纖維的強度較低，斷裂伸長率較高。芋頭纖維因具有較大的橫截面，其含水率也較高。與黃麻相比，芋頭纖維長度較長，且可生物降解。芋頭植物的其他部位也有許多用途。因此，可將芋頭纖維視為纖維制備和產品開發的一種可持續資源。