化学和生化方法进行黄麻纤维软化的研究进展

雷　雷　陈效文　徐　钦

摘要：综述了黄麻纤维软化的化学和生化方法研究进展，并对各种方法的纤维软化机理和效果进行了分析和对比。

关键词：黄麻；纤维；纤维软化

1前言

黄麻纤维是一种韧皮纤维，属天然纤维素纤维。黄麻纤维抗张强度大、吸湿性好、染色性好、价格低廉，是一种重要的天然纺织纤维，并且种植黄麻能够改良土壤，对生态环境保护有积极作用[1-2]。但是黄麻纤维存在硬、粗、黄、形变恢复性能差等一些缺陷，纺织工业一般只将其用于制造麻袋、麻布、造纸、绳索、织地毯和窗帘等，种植量及在纺织工业中应用更是在近几年呈逐年萎缩趋势。

为更好地研究利用黄麻纤维，须采用适当的处理方法对黄麻纤维进行软化。国内外一些研究机构在这个领域做了很多工作，多数研究[1-3]使用H2O2、H2O2和K2S2O8混合试剂、NaOH、HCl等，近年来更多的是采用化学软化剂或生化试剂进行黄麻纤维软化处理研究 [4-7]。本文仅就近年来针对黄麻纤维软化研究的应用进展加以综述和分析，以供参考。

2试验方法

2.1NaOH处理

黄麻纤维经1%、5%、10%、18%的NaOH溶液浸泡，黄麻纤维和NaOH溶液的比例为1:20（w/w），浸泡时间为1 min或30 min，温度选择室温（30℃）或100℃。浸泡后压干水分，再经15%的醋酸浸泡15 min，清水冲洗，空气干燥。

2.2稀盐酸处理

用0.5%~2%的盐酸溶液在室温条件下浸泡黄麻纤维30 min~240 min，取出后压干水分，经1%的NaOH浸泡15 min，清水冲洗，空气干燥。

2.3K2S2O8和H2O2处理

分别采用0.5%、1%、2%、4%的K2S2O8，在室温下浸泡30 min，用清水冲洗，空气干燥。对于黄麻原麻或经K2S2O8氧化处理的黄麻纤维，常规H2O2漂白处理是使用3% H2O2、8%偏硅酸钠、0.7%NaOH、0.05%EDTA、0.2%非离子湿润剂，温度为85℃，pH值为10.8~11.0，浸泡2 h。流水冲洗，再用1.5%的醋酸中和，清水冲洗，空气干燥。

2.4纤维素酶和特制混合生化酶（由35 unit /mL纤维素酶、96 unit/mL木聚糖酶、136 unit/mL胶质酶混合配制）处理

研究表明[4]，常规洗涤和H2O2漂白处理能够提高黄麻以及黄麻和棉混纺织物的酶活性，因此试验中采用纤维素酶或特制混合生化酶处理黄麻纤维前，均经过3% H2O2的漂白处理。处理过程使用2%、4%、6%、8%的生化试剂，温度为55℃，1:20的乙酸-乙酸钠缓冲溶液，pH值为 4.8~5.0，置于离心机2 h。之后将温度提高到90ºC保持15 min，使酶钝化。然后用清水冲洗，空气干燥。试验分别采用了1 mL、2 mL、3 mL的纤维素酶(35 unit/mL)加入混合酶中，对混合酶进行增强，重复以上步骤，进行结果对比。

2.5染色处理

试验采用酸性染料、碱性染料和活性染料依据不同试验条件分别对经各种处理方法软化后的黄麻纤维样品进行染色处理。染色处理后，将样品水分挤干，分别用热水和冷水漂洗，皂洗（清洁剂用量为5 g/L，温度50℃，时间15 min），流水漂洗，空气晾干。

2.6Catasoftener 和多缩含氧乙烯基乳液软化剂(20%固体)处理

分别采用1%、2%、4%、6%的Catasoftener和多缩含氧乙烯基乳液软化剂对不同的经预处理或漂白处理的黄麻纤维样品进行处理。

2.7氨基改性有机硅乳剂（Silicorel-TTSC25%固体）处理

分别采用1%、2%、4%、6%的氨基改性有机硅乳剂，并添加2%醋酸锌作为催化剂，对黄麻纤维样品进行处理。流水冲洗，空气干燥。

2.8使用Catasoftener和氨基改性有机硅乳剂混合处理

试验采用Catasoftener和氨基改性有机硅乳剂按照100:0、70:30、50:50、30:70、0:100的比例对经预处理和H2O2漂白处理的黄麻纤维进行处理。流水冲洗，空气干燥。

3结果和讨论

（1） NaOH处理

试验中随NaOH浓度增加（1%~18%）或者稀NaOH(1%~5%)条件下温度增加都会明显伴随纤维重量损失、收缩率、断裂伸长、折皱回复角、黄度、K/S值等指标的增加，同时，强度、弯曲长度、抗弯刚度、弯曲模量、白度和亮度的值降低。在10%~18% NaOH溶液中，室温（30℃）处理30 min条件下，可以得到明显的软化效果，能够使黄麻纤维得到最大的弯曲长度、抗弯刚度、弯曲模量的降低，并且强度损失适中，断裂伸长增加到最大值。这个条件下的重量损失，颜色变黄的程度，强度损失可以接受，并且颜色变化可以由接下来的3%H2O2处理步骤消除。

研究[8]认为，经NaOH处理后，黄麻纤维强度降低与在NaOH的作用下半纤维素的分解有关，并且这种情况在18% NaOH条件下达到最大。低温条件下，NaOH浓度大于8%特别是在18%时，半纤维素分解加剧，导致黄麻纤维发生卷曲，产生收缩效果，纤维的断裂伸长值增加，使纤维具有更好的收缩性能，结合更为紧凑，获得更好的回弹性能。同时，经10%~18% NaOH处理过的黄麻纤维的弯曲长度、抗弯刚度、弯曲模量显著降低。如果使用较稀的NaOH溶液(1%~5%)，即使温度提高到100℃也只是重量损失显著增大，对纤维的软化和弹性改善效果很弱。经NaOH处理后纤维表面黄化，可以解释为由于半纤维素溶解后，使得木质素的暴露增加，以及半木质素向表面的迁移并被氧化所致。但是这种黄化效果很容易在后续的H2O2漂白处理中得到部分消除，而且不会影响纤维的各项参数。

试验中，随NaOH浓度增加，能明显提高纤维对酸性染料吸收指标，但对于活性染料则呈现相反的趋势。半纤维素的去除会导致纤维羟基（–OH）和醛基（–CHO）减少，铜值（斐林试剂）降低，半纤维素增溶性降低，活性染料附着依赖羟基，因此出现降低的趋势。试验同时表明NaOH浓度由1% 增加至10%，会导致羧基（–COOH）增加，使得酸性染料附着能力增强。NaOH浓度由10% 增加至18%，羧基又会出现减少的趋势，酸性染料附着能力也随之有一定程度的削弱。

（2）稀盐酸（HCl）处理

试验采用0.5%~2% HCl、30℃、30 min~240 min对黄麻纤维进行处理，结果表明试验条件下能够实现对黄麻纤维一定程度的软化效果（弯曲长度、抗弯刚度、弯曲模量值降低），重量损失较少，强力、折皱回复角降低，而且亮度指标明显提高。但是经稀盐酸处理的软化效果远不如18% NaOH的处理效果好。

纤维强力、折皱回复角、弯曲长度、弯曲模量的降低是稀盐酸的酸性水解作用使得黄麻纤维的纤维素和半纤维素聚合链发生了退化[9]。在0.5%~2%盐酸、30℃、30min的条件下，重量损失2%左右，主要是由于黄麻中矿物油的流失，并且由于半纤维素中羟基酸性脂阳离子被H离子交换，纤维酸性增强，因此，经稀盐酸处理后的黄麻纤维的碱性染料附着增加。

（3）纤维素酶、特制混合生化酶处理

试验表明，相比较黄麻原麻或经NaOH处理的黄麻纤维，酶的作用对经冲洗或传统3%H2O2漂白的黄麻纤维更加明显。在单独使用纤维素酶、特制混合生化酶以及加入纤维素酶的增强混合酶的试验中，随着酶浓度增加，重量损失、收缩性能显著增加，断裂伸长、白度和亮度边际增加。弯曲长度、抗弯刚度、弯曲模量值降低（但不能达到经18% NaOH处理后的指标）。试验加入增强纤维素酶没有显著提高对纤维的软化效果，而且仅相当于1% NaOH、30℃、30 min条件的处理结果。

（4）化学软化剂处理

试验中采用的3种化学软化剂：Catasoftener、氨基改性有机硅乳剂、多缩含氧乙烯基乳液软化剂。

使用Catasoftener会使得黄麻纤维颜色黄化程度加剧。氨基改性有机硅乳剂可以增加黄麻纤维的抗挠刚性，但如果百分比浓度过高则会显示相反的效果。试验中采用Catasoftener、氨基改性有机硅乳剂混合处理经漂白的黄麻纤维，结果显示并没有出现两种试剂的协同效果。试验数据表明，相同条件下，应用2%～4%的多缩含氧乙烯基乳液软化剂软化经3% H2O2漂白的黄麻纤维能够得到明显的软化效果，比应用Catasoftener和氨基改性有机硅乳剂要好，但比生化酶和NaOH的软化效果差。

研究[5]证明轻度氧化处理可以破坏黄麻纤维中的聚合链。在应用化学软化剂前，必须采用适当的预处理降低黄麻纤维的内在硬度，例如采用K2S2O8对黄麻纤维进行轻度氧化。

试验采用不同浓度的K2S2O8、30℃、30 min，然后经传统3% H2O2、85℃、2 h漂白处理，再经各种化学软化剂处理后的黄麻纤维对比结果。经K2S2O8、H2O2处理后，纤维有7.2%到10.6%的重量损失（其中H2O2处理的重量损失为6%到6.6%）。试验表明，预处理可以有效地降低初始模量和纤维强度，折皱回复角、弯曲长度、抗弯刚度、弯曲模量一定程度下降，白度和亮度有一定的改善。

根据扫描电镜图谱（图1、图2、图3），经K2S2O8或H2O2处理的黄麻纤维有明显的表面损坏。同时，再分别经过3种化学软化剂处理，纤维表面受到的破坏得到了一定程度的掩盖（图4、图5、图6）。

使用catasoftener 和多缩含氧乙烯基乳液软化剂时，纤维重量有增加，弯曲长度、抗弯刚度、弯曲模量均下降。但是catasoftener和氨基改性有机硅乳剂不能形成连续的覆盖膜，因此图谱中仍然可以看到微小的孔洞和裂缝（图4、图5）。应用多缩含氧乙烯基乳液软化剂时，能够较好地实现纤维表面修复，这也可能是其软化效果较好的原因之一。

（作者单位：雷雷，陈效文：中国纤维检验局技术管理处；徐钦：北京科技大学）

参考文献：

[1] A C Chakravarty.Crimp Produced in Jute Fibres by Treatment with Solution of Sodium Hydroxide[J].Textile Research Journal, vol 32（1962）：525-528.

[2] P Ghosh, K Samanta，D Das. .Effect of Selective Pretreatment and Different Resin Post treatments on Jute- Viscose Upholstery Fabric[J].Indian Journal of Fibre and Textile Research, vol 19（1994）：277-280.

[3] P Ghosh, A K Samanta and G Basu. .Effect of Selective Chemical Treatments of Jute Fibre on Textile Related Properties and Processibility[J].Indian Journal of Fibre and Textile Research, vol 29（2004）：85-89.

[4] A K Samanta, G Basu and P Ghosh.Enzyme and Silicone Treatment of Jute : Part :I : Effect on Textile Related Properties of Jute Fibre，Journal of the Textile Institute, 2005.

[5] K Samanta，S Mitra,K Mahalanabis.Effect of Selective Chemical and Bio-chemical Softening Treatment of Jute Fabric，Textile Research Journal，Vol 86（2006）：21-33.

[6] S K Chakraborty,S N Sinha.Enzyme Additive Technology for Productivity Improvement and Cost Reduction in Jute Processing[J].Journal of The Institution of Engineers,vol 82(2001)1-6.

[7] S N Chattopadhaya, A Day, S K Sanyal, etal.Jute for Apparel Use : Mixed Enzyme Treatment[J].Indian Textile Journal, vol 107（1997）14-19.

[8] A K Dutta, B L Ghosh ,R Aditya.The Enzymatic Softening and Upgrading of Lignocellulosic Fibres Part III : Pretreatment of Jute with Enzymes for Fine Yarn Spinning[J] .Journal of Textile Institute, vol.1（2000）28-33.

[9] P Ghosh , R Gangopadhyay.Photofunctionalisation of Cellulose and Lignocellulosic Fibres using Photoactive Organic Acid[J].European Polymer Journal, vol 36（2000）：625-627.