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竹纖維的性能和應(yīng)用

薛孝川

(廣東省化學(xué)纖維研究所,廣東廣州510245)

摘　要:介紹了綠色環(huán)保竹纖維的原材料、組成成分、結(jié)構(gòu)性能、產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用,以及竹纖維優(yōu)良的物理機(jī)械性能、吸濕性能、環(huán)保性能,含竹纖維織物具有透氣性好、強(qiáng)力較高、穿著舒適等特點(diǎn)。開發(fā)竹纖維產(chǎn)品具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞:竹纖維;組成;性能;生產(chǎn);應(yīng)用

1 概述

隨著社會(huì)的發(fā)展和生活水平的不斷提高,人們可持續(xù)發(fā)展和保健意識(shí)的不斷增強(qiáng),彩棉、天絲、莫代爾、大豆蛋白纖維、甲殼素纖維等各種綠色纖維相繼問世。以竹材為原料的生態(tài)環(huán)保竹纖維的開發(fā)成功亦引起人們廣泛關(guān)注。利用竹纖維開發(fā)生產(chǎn)的綠色紡織品受到人們的普遍青睞。竹纖維的原料是竹子,它是一種速生材,一年即可生長成型,2～5年成熟后可砍伐使用。在不同環(huán)境下生長的竹子多達(dá)1500余種,主要種植在山地、坡地。我國有竹林近500億m,產(chǎn)量1.3億t,是世界上竹資源最豐富的國家。竹子的種類繁多,但其基本組織結(jié)構(gòu)大體相同,由表皮組織、管束組織、基本組織及髓腔等幾個(gè)部分組成。竹纖維表面光滑,橫截面接近圓形,縱向呈多條較淺的溝槽。竹纖維按加工方法分為竹原纖維和竹漿粕纖維兩種。竹原纖維是通過物理機(jī)械的方法將竹子脫青、反復(fù)壓軋后,采用部分脫膠工藝進(jìn)行脫膠得到的纖維。竹漿粕纖維是用傳統(tǒng)加工粘膠纖維的化學(xué)方法先制成竹漿粕,再經(jīng)濕法紡絲加工成竹漿粕纖維,目前用于紡織加工的竹纖維一般指竹漿粕纖維。

2 竹纖維的性能

竹纖維平均長度隨品種而異,多在1.5～2.0mm之間,有細(xì)胞壁相對較厚和相對較薄兩種基本結(jié)構(gòu),竹纖維沿竹的軸向排列比環(huán)向排列多,且沿徑向從內(nèi)層到外層逐漸增多。竹節(jié)部分纖維少分布不規(guī)則且空隙較多。

竹材的化學(xué)成分主要包括50%～70%的纖維素、15%～30%的戊聚糖和20%～25%的木質(zhì)

素,還包含一定量的蛋白質(zhì)、淀粉、蠟、脂肪、果膠等可抽提物以及灰份。不同種類、規(guī)格竹子的化學(xué)成分有一些差別,竹材不同部位的化學(xué)成分也有差異,如竹子外層的纖維素多于內(nèi)層而木質(zhì)素少于內(nèi)層等。

竹纖維的主要性能如表1所示。竹纖維由于分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),其細(xì)度、白度與普通粘膠纖維接近,結(jié)晶度較普通粘膠纖維高,強(qiáng)力較好,染色吸收、滲透性強(qiáng),韌性、耐磨性較高,手感柔軟、滑爽。竹纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)有明顯凹槽孔隙,這些凹槽孔隙能夠產(chǎn)生毛細(xì)管效應(yīng),使得竹纖維具有優(yōu)良的吸濕、放濕性能,吸濕后有利于分子鏈間或結(jié)構(gòu)單元間的相對滑移。竹纖維的干強(qiáng)大于濕強(qiáng),伸長率在干、濕狀態(tài)下相差較大,彈性回復(fù)率較好,且濕態(tài)彈性回復(fù)率較干態(tài)大,因而具有一定的抗皺性能。竹纖維的不足之處是耐酸、耐堿性較差,由于竹纖維中纖維素分子對酸的穩(wěn)定性較差,在高溫下酸對纖維有較強(qiáng)的破壞作用,此外由于竹纖維多孔隙的結(jié)構(gòu),又使其在堿中的膨潤和溶解作用較為強(qiáng)烈,因而竹漿粕纖維對酸堿的耐受能力均較低。

表1.竹纖維得主要性能指標(biāo)

竹纖維和其它纖維的性能對比如表2所示

論從結(jié)構(gòu)上還是性能上都既有很多相似之處,又有不少各自的特點(diǎn)。竹纖維和粘膠纖維都有良好的吸濕性,但其吸濕機(jī)理有所不同。粘膠纖維良好的吸濕性得益于纖維較低的結(jié)晶度,而竹纖維是由于纖維內(nèi)孔隙多,在毛細(xì)管效應(yīng)的作用下,水分子容易進(jìn)入使得纖維吸放濕能力突出。由于竹纖維結(jié)晶度高于粘膠纖維因而強(qiáng)力比粘膠纖維高。一般纖維素纖維在細(xì)菌和霉菌這些微生物的分泌物酶作用下,易發(fā)生水解生成較簡單的糖,導(dǎo)致纖維的強(qiáng)度受到嚴(yán)重?fù)p失。而竹纖維中存在天然抗菌的“竹醌”組分,賦予纖維天然抗菌、抑菌、防臭和抗紫外線的特性,其天然抗菌、抑菌、抗紫外線作用在經(jīng)反復(fù)洗滌、日曬后,仍能保持其固有的特點(diǎn),且不同于在后處理中加入抗菌、抗紫外線等整理劑的織物,不會(huì)對人體皮膚造成任何過敏性不良反應(yīng),是真正的保健產(chǎn)品。因此相對于棉、粘膠纖維,竹纖維具有天然抗菌性能和優(yōu)良的吸濕性、舒適性、透氣性、染色性、可生物降解性以及尺寸穩(wěn)定性。

表2竹纖維和其它纖維的性能對比

3 竹纖維的加工生產(chǎn)

秋山宣人等人較早提出了從竹材生產(chǎn)竹纖維的方法。近年來國內(nèi)外許多粘膠纖維的生產(chǎn)和研究單位在研究開發(fā)竹纖維及其產(chǎn)品方面取得了顯著成效并已逐步形成工業(yè)化生產(chǎn)目前我國的竹纖維開發(fā)已步入世界前列。竹纖維加工方法分為竹原纖維和竹漿粕纖維兩種工藝。竹原纖維是通過物理機(jī)械的方法將竹子脫青、反復(fù)壓軋、碾平、梳理后,采用部分脫膠工藝,除去糖份、脂肪然后再進(jìn)行不完全脫膠,制成竹原纖維,實(shí)現(xiàn)竹纖維的單纖化。得到的纖維不添加化學(xué)試劑,纖維直徑0.04～0.5mm,長度10～200mm。四川閬中棉紡織廠、湖南株洲雪松麻業(yè)有限公司都進(jìn)行過竹原纖維的開發(fā)生產(chǎn)。陳奎元提出了這種竹纖維生產(chǎn)方法的工藝。用竹子的青篾/黃篾為原料,經(jīng)70～150℃、0.5～3h熱處理,使竹質(zhì)松散后,撕裂制成竹麻,也可不經(jīng)加熱處理直接撅裂制成竹麻。竹麻用0.5%～2%的硫酸水溶液浸泡1～3h進(jìn)行酸處理,再用0.5%～2%的氫氧化鈉水溶液浸泡1～3h進(jìn)行堿處理,達(dá)到脫膠、脫硫、脫木質(zhì)、脫糖質(zhì)、脫半纖維素的目的,再將竹短纖維打散、打軟、去掉雜質(zhì);用5%～10%的漂白粉水溶液浸泡竹麻5～30min進(jìn)行清洗漂白,達(dá)到70%～80%的純白色;將漂白后的竹麻在乳化油中常溫浸泡10～30min,取出烘干,再乳化油;將浸油油后的竹麻在溫度25～40℃的環(huán)境中,自然發(fā)酵5～10天。用梳切機(jī)將發(fā)酵后的竹纖維經(jīng)梳理剪切,按成品規(guī)格梳理切短,用纖維成條機(jī)梳理成條,包裝入庫。文獻(xiàn)提到得到的竹纖維可做紡織材料,但沒有提供該竹纖維的物理性能及可紡性能。

竹漿粕纖維采用粘膠紡絲的生產(chǎn)方法。將竹子切片風(fēng)干后,用化學(xué)方法將竹片經(jīng)水解、硫酸鹽蒸煮、多段漂白工藝制成滿足纖維生產(chǎn)要求的竹纖維漿粕,將甲種纖維素含量從35%左右提高到93%以上,然后用堿和二硫化碳處理竹漿粕,使其溶解在氫氧化物溶液中制成粘膠溶液,用濕紡工藝紡絲制成竹漿粕纖維。

竹漿粕纖維生產(chǎn)的主要工藝流程如下:

竹材→蒸煮→三段漂白→浸漬→壓榨粉碎→老成→黃化→后溶解→脫泡過濾→紡絲→牽伸集束→精煉→烘干打包

河北吉藁化纖有限公司在2000年就試產(chǎn)出第一批1.67dtex×38mm的竹纖維,現(xiàn)已建有較成熟的竹漿粕纖維生產(chǎn)線。申請的專利提出了較完整的竹纖維生產(chǎn)工藝。主要工藝條件列于表3。

目前我國市場上主要有1.67dtex×38mm1.33dtex×38mm、2.22dtex×51mm、2.78dtx×51mm等規(guī)格竹漿粕纖維品種供應(yīng)。如河北藁的“天竹纖維”,上海化纖漿粕總廠的“竹纖粘膠絲”,山東濰坊海龍的“竹素纖維”,均有一定的生產(chǎn)規(guī)模。

4 竹纖維的應(yīng)用

目前,竹原纖維已應(yīng)用于建筑材料、汽車制造、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域,主要代替木材和玻璃纖維。由于竹纖維具有優(yōu)良的吸濕性和透氣性,而其在紡織纖維領(lǐng)域也開始得到越來越多的開發(fā)和應(yīng)用,但還需進(jìn)一步完善加工工藝,提高纖維的可紡性能。

竹纖維受到市場的追捧,不僅是由于其具良好的透氣性、吸水性、較強(qiáng)的耐磨性、良好染色性,更重要的是它具有其它纖維無可比擬的優(yōu)越性,是綠色生態(tài)紡織材料,被業(yè)內(nèi)專家稱為“會(huì)呼吸”的生態(tài)產(chǎn)品。竹纖維服裝手感柔軟、滑爽,色澤亮麗,穿用舒適,有良好的吸濕性,給人以涼而不冰、滑而不粘、雅而不俗的感覺。

纖維天然含有竹蜜和果膠等成分,與皮膚的親和力好,對皮膚健康有益,沒有刺激感,具有很好的保健功能。

竹纖維既可以純紡,也可以與棉、麻、絲、毛、粘膠、莫代爾、天絲及各種合成纖維混紡或者交織,可生產(chǎn)針織、機(jī)織、提花等各種風(fēng)格面料。竹纖維產(chǎn)品應(yīng)用廣泛,服用方面主要用于內(nèi)衣、貼身T恤衫、襯衣、襪子等;還可用于床上用品、裝飾用品、洗浴用品、非織造布等。

利用我國資源豐富的竹類資源,開發(fā)綠色竹纖維及其紡織品,不僅有利于開闊竹材的應(yīng)用領(lǐng)域,提高我國竹材的利用價(jià)值,而且有利于竹資源深層次開發(fā)、紡織工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級。

5 結(jié)語

竹纖維集天然纖維與人造纖維的優(yōu)點(diǎn)于一身,具有獨(dú)特的服用性能和保健性能,是安全、舒適、健康的紡織原料。目前對于竹纖維及其產(chǎn)品還有許多性能與機(jī)理有待進(jìn)一步研究與探討,竹原纖維的加工性能、服用性能還有待提高,竹漿粕纖維

工業(yè)化生產(chǎn)中,也有一些技術(shù)難點(diǎn)有待解決。竹纖維織物加工性等方面的研究也還不夠深入。加強(qiáng)竹纖維的開發(fā)和應(yīng)用研究,將拓展竹纖維及其產(chǎn)品的使用范圍,不僅滿足人們環(huán)保和健康的要求,而且具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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