黄麻伴生物含量及其对理化性能的影响

王春红，赵 玲

(天津工业大学纺织学院，天津 300387)

黄麻伴生物含量及其对理化性能的影响

王春红，赵 玲

(天津工业大学纺织学院，天津 300387)

为研究黄麻伴生物含量对其断裂强度、断裂模量、甲醛用量的影响，采用称重法测试了麻纤维的化学成分含量，采用单纤维拉伸法测试了麻纤维的断裂强度和模量，采用紫外分光光度计法测试了麻纤维的甲醛用量。经分析认为黄麻纤维的伴生物含量与其理化性能所组成的系统为灰色系统，并对此系统采用灰关联法进行了分析。结果表明:黄麻脂蜡质含量对麻纤维的断裂强度影响比较大，关联度为0.680;黄麻木质素含量对其模量和甲醛用量影响最大，关联度分别为0.733和0.723。

黄麻;伴生物;力学性能;化学性能;甲醛;灰关联

黄麻为一年生草本植物［1］。黄麻纤维是天然纤维素纤维，主要组成是纤维素，同时还含有果胶、半纤维素、木质素、脂蜡质和水溶物等伴生物［1］。黄麻为天然可再生资源，具有来源广泛、产量大、抗紫外线、吸湿透气、防霉抑菌等特点［1－2］，还具有较高的比强度和比模量，纤维价格低廉，易降解，具有较高的工业应用价值［3－5］。但是黄麻中伴生物的存在极大地影响了自身的力学性能［6］，在温度、光照等外界环境的影响下，各成分中的化学物质容易发生降解，释放出异戊二烯、单萜烯等有机物，这些有机物具有很高的还原活性，与大气中的臭氧、羟基自由基、氮氧化物这些大气对流层中很重要的物质起光化学反应，生成新的碳氢化合物，如醛、酮、醇等［7］，而甲醛是释放量较大的有害气体之一，黄麻纤维的这一特性在一定程度上限制了其在汽车内饰、室内装饰上的应用。本文采用灰关联分析法分析了黄麻伴生物含量对其自身力学性能和释放甲醛用量的影响，为黄麻的应用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

7种黄麻纤维，长度约为6cm，用于制作非织造布材料，长春博超汽车零部件有限公司提供;NaOH试剂(纯度96%)，苯(纯度99.5%)，无水乙醇(纯度99.7%)，冰乙酸(纯度99.5%)，天津市风船化学试剂科技有限公司;草酸铵(纯度99.5%)，乙酸铵(纯度98%)，天津市光复科技发展有限公司;乙酰丙酮(纯度99.5%)，天津市科密欧化学试剂有限公司;甲醛(纯度约37%)，天津市赢达稀贵化学试剂厂;双甲酮(纯度99.5%)，天津致远化学试剂有限公司;硫酸(纯度98%)，氯化钡(纯度 99.5%)。

1.2 仪器与设备

3369型Instron万能强力机，美国英斯特朗公司;WV-CP4601CH型生物图像电脑分析系统，北京泰克仪器有限公司;UV3200PC型紫外可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司;FA2004型万分之一电子天平，上海上平仪器有限公司;HH-水2型二孔智能水浴锅，巩义市予华仪器有限责任公司;PTHW型恒温电热套，巩义市予华仪器有限责任公司;DHG-9070A型电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司;BCD-201MLG型家用电冰箱，合肥美菱有限股份有限公司。

1.3 实验方法

麻纤维化学成分含量测试参照 GBT 5883—1986《苎麻回潮率、含水率试验方法》、GBT 5889—1986《苎麻化学成分定量分析方法》，测试麻纤维的回潮率后，分别用150 mL苯-乙醇(体积比为2∶1)、蒸馏水、5 g/L的草酸铵、20g/L的NaOH溶液提取纤维中的脂蜡质、水溶物、果胶、半纤维素，用称重法称得每种化学成分的含量，提取完脂蜡质的纤维用72%的浓硫酸提取木质素。

麻纤维直径测试参照SN/T 2672-2010《纺织原料细度试验方法(直径)显微投影仪法》，每种纤维测试20根，每根纤维测试3个点求得平均值。麻纤维强度测试参照ASTM D3822—2007《单根纺织品纤维拉伸性能的试验方法》，每种纤维测试20根，测试隔距为10mm，拉伸速度为1mm/min。甲醛用量测试参照AATCC 112—2008《密闭容器法测定织物中甲醛释放量》，取1 g纤维悬挂在盛有50 mL的1 L广口瓶中，在65℃条件下放置4 h，用紫外分光光度计测试溶液中的甲醛用量。

2 灰关联分析基本步骤

灰关联分析是根据因素之间发展趋势的相似或相异程度，作为衡量2个因素关联程度的一种方法［8－9］。如果2个因素在系统发展过程中相对变化基本一致，则认为二者的关联度大;反之，关联度就小［10］。具体分析步骤如下:

1)确定参考数列和比较数列。反映系统行为特征的数据序列称为参考数列;影响系统行为因素组成的数据序列称为比较数列［11］。

2)参考数列和比较数列的规格化处理。因为系统中各因素的物理意义和数据量纲不同，不具有可比性，因此要对数据进行规格化处理，得到规格化矩阵 W=(wki)，wki的计算公式［12］为

3)式(1)中maxxki为第xi列的最大值，minxki为第 xi列的最小值，wki∈［0，1］。

4)计算关联系数为

式中:ζ为分辨系数，越小则分辨率越大，ζ∈［0，1］，一般取 ζ=0.5;min(△i(min))是两级最小差，记为

可见，关联系数ξi(k)是比较数列与参考数列在各个时刻的关联程度值，关联系数越大，因素在该时刻的影响力就越大［13］。

5)求关联度，计算公式为

称ri为Xi对y的关联度，可见，关联度ri是关联系数ξi(k)的平均值，关联度越大，因素的影响力就越大［14］。

3 伴生物与理化性能的灰关联分析

3.1 伴生物含量与理化性能的不确定性

将黄麻纤维的伴生物含量、纤维断裂强度、纤维断裂模量、纤维甲醛用量看作一个系统，在这个系统中，黄麻纤维的伴生物含量对其断裂强度、断裂模量、甲醛用量是有一定影响的，但影响大小、影响机制是未知的，故该系统可以称为灰色系统，可以采用灰关联的方法分析黄麻纤维伴生物含量与其断裂强度、断裂模量、甲醛用量之间的关系，从各伴生物中找出影响其断裂强度、断裂模量、甲醛用量的主要因素。

3.2 灰关联分析

确定参考数列和比较数列。表1示出黄麻伴生物含量、力学性能、甲醛用量数据。

表1 黄麻伴生物含量与纤维力学性能、甲醛用量数据表Table 1 Concomitants content，mechanical properties and formaldehyde content data of jute

本文将黄麻纤维的伴生物脂蜡质、水溶物、果胶、半纤维素、木质素含量组成的数据序列为比较数列，分别记为 X1、X2、X3、X4、X5;纤维的断裂强度、断裂模量、甲醛用量组成的数据序列为参考数列，记为 Y1、Y2、Y3。将数列 X1、X2、X3、X4、X5、Y1、Y2、Y3列为矩阵形式，得到矩阵R。参考数列和比较数列的规格化处理。对矩阵R按式(1)进行规格化处理，得到规格化矩阵 W。其中 k=1，2，3，…，7。wki∈［0，1］，且为无量纲数。根据式(2)对矩阵W计算参考数列X1～X5与比较数列Yi的关联系数 ξi(k)，取 ζ=0.5。X1～X5对 Y1的关联系数如下。

式中第1列到第5列分别为黄麻纤维脂蜡质含量X1、水溶物含量X2、果胶含量X3、半纤维素含量X4、木质素含量X5与纤维断裂强度Y1在各个时刻的关联系数。

X1～X5对Y2的关联系数为

式中第1列到第5列分别为黄麻纤维脂蜡质含量X1、水溶物含量X2、果胶含量X3、半纤维素含量X4、木质素含量X5与纤维断裂模量Y2在各个时刻的关联系数。

X1～X5对Y3的关联系数如下为

式中第1列到第5列分别为黄麻纤维脂蜡质含量X1、水溶物含量X2、果胶含量X3、半纤维素含量X4、木质素含量X5与纤维甲醛用量Y3在各个时刻的关联系数。

根据式(3)计算X1～X5对Yi的关联度，结果如下。

伴生物含量X1～X5对纤维断裂强度Y1的关联度:

伴生物含量X1～X5对纤维断裂模量Y2的关联度:

伴生物X1～X5对纤维甲醛用量Y3的关联度:

3.3 结果分析

从上述分析可以看出，黄麻纤维的脂蜡质含量X1、水溶物含量X2、果胶含量X3对纤维强度Y1的关联度比较大，分别为0.680、0.667、0.667;木质素含量X5对纤维模量和甲醛用量Y2、Y3的关联度最大，分别为0.733、0.723。脂蜡质主要是脂肪、蜡组成的化合物，水溶物是水溶性碳水化合物和含氮化合物等，脂蜡质、水溶物统称为脂肪族化合物。脂蜡质存在于纤维的最外层，由于其不溶于无机溶剂，在纤维的细化处理中，其含量直接影响果胶、木质素等物质的去除程度。果胶物质是部分甲氧基化或完全四氧基化的聚半乳酸糖醛酸(果胶酸)，存在于纤维束和纤维细胞内部，在纤维素、半纤维素和木质素之间起连接作用。木质素是一种具有复芳香族特性的结构单体为苯丙烷型的三维结构高分子化合物，木质素含量高，是一种天然高聚物，由此对纤维的模量影响比较大，同时，木质素中有醛基的存在，纤维发生降解或其他反应时可能会形成甲醛单体。

4 结论

1)利用灰关联分析可有效分析复杂系统中各指标的关系，灰关联分析法可以有效地运用在天然纤维性能的分析中。

2)黄麻脂蜡质含量、水溶物含量、果胶含量对麻纤维的断裂强度影响比较大，关联度分别为0.680、0.667、0.667。

3)黄麻木质素含量对其模量影响最大，关联度为0.733，其次为半纤维素、果胶、水溶物、脂蜡质，关联度分别为 0.630、0.548、0.523、0.497。

4)黄麻木质素含量对其甲醛用量影响最大，关联度为0.723，其次为半纤维素、果胶、水溶物、脂蜡质，关联度分别为 0.630、0.476、0.459、0.398。

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Influence of concomitant content on physical and chemical properties of jute fiber

WANG Chunhong，ZHAO Ling
(School of Textile，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China)

To study the influence of concomitant content on the breaking strength， modulus，formaldehyde content of jute fiber，the weighing method was used to test the concomitant content of fibers，single fiber tensile was used to test the breaking strength and modulus of fibers，and the UV spectrophotometer was used to test the formaldehyde content of fibers.After analysis，it can be considered that the system consisting of concomitant content，physical，chemical properties of jute fiber was the grey system.The results showed that the cerolipoid content has relatively high impact on its breaking strength and the correlation degree is 0.680.The lignin content has relatively high impact on its modulus and formaldehyde content and the correlation degree is 0.733 and 0.723，respectively.

jute;concomitant;physical property;chemical property;formaldehyde;grey system analysis

TS 101.9

A

10.13475/j.fzxb.201405001305

2014－05－12

2014－11－07

国家自然科学基金资助项目(51303131)

王春红(1980—)，女，副教授，博士。主要研究天然纤维及其增强复合材料。E-mail:18802231369@163.com。