苎麻纤维改性方法的对比分析

苎麻纤维改性方法的对比分析

喻红芹，张琦，李虹，任远

(中原工学院 纺织工程系，河南 郑州 450007)

摘要：将脱胶过后的苎麻分别在不同浓度的碱液条件下进行碱液蒸煮改性，在不同浓度的尿素和NaOH中煮沸进行碱-尿素改性，在铜氨溶液中进行常温铜氨改性，在高温条件下进行高温改性.对改性后的苎麻纤维进行断裂强度、断裂伸长率和纤维横纵向形态测试.实验结果表明，在w(NaOH)为8%、煮沸时间为30 min的条件下进行改性处理，可以使苎麻纤维变细、伸长率和柔软度增加、胶质降低并且保持较好的强度.

关键词：苎麻纤维；改性；性能

中图分类号：TS102.2文献标志码：A

收稿日期：2015-06-29

作者简介：喻红芹(1975-)，女，河南南阳人，副教授，博士，主要研究方向为天然纤维的开发.

苎麻为多年生宿根性草本植物，属半灌木，是重要的纺织纤维作物.与其他麻类作物相比，苎麻单纤维长度长，横截面呈多角形或椭圆形，有着优良的品质[1-3].苎麻纤维坚韧且富有光泽、易于染色、不容易褪色，浸湿后还具有强度增强、耐腐、不易发霉的特性[4-7]，可纯纺或混纺成各种苎麻布料，既美观又耐用.虽然苎麻有诸多优良性能，但用作服装产品时会使人们产生刺痒感，在穿着时感觉不适.苎麻纤维经过改性处理后，可以有效改善纤维的细度、断裂伸长率和柔软度，同时又能保证纤维的强力，满足纺纱工艺的要求.通过对苎麻纤维化学改性的方法进行对比研究，以期在解决苎麻服用产生刺痒感问题的同时保证纤维的纺纱要求.

1实验

1.1原料

实验原料为脱胶后的苎麻纤维，细度为9.8 dtex，强度为4.575 cN/dtex，伸长率为2.26%，断裂捻回数为52.9捻/20 mm，残胶率为2.39%.

1.2方案

1.2.1碱液改性

将脱胶后的苎麻纤维在w(NaOH)分别为2%，5%，8%，10%和12%的氢氧化钠溶液中蒸煮30 min，取出后洗涤烘干并进行测试.在w(NaOH)为5%的氢氧化钠溶液中分别煮沸10 min，20 min，30 min，40 min和50 min,取出后洗涤烘干并进行测试.

1.2.2碱-尿素改性

在w(NaOH)为10%的条件下，尿素浓度分别取1.0%，1.5%，2.0%，2.5%和3.0%,煮沸20 min，取出后洗涤烘干并进行测试.在w(NaOH)为10%、w(尿素)为2.0%不变的前提下分别处理10 min，15 min，20 min，25 min和30 min，取出后洗涤烘干并进行测试.

1.2.3铜氨溶液改性

将脱胶后的苎麻纤维放入质量浓度分别为13 g/L，17 g/L，20 g/L，25 g/L和30 g/L的铜氨溶液中，常温状态下处理35 min.将脱胶后的苎麻纤维放入铜离子质量浓度为13 g/L的铜氨溶液中,常温状态下分别处理15 min，25 min，35 min，45 min和55 min，取出后洗涤烘干并进行测试.

1.2.4高温改性

在120 ℃条件下使用w(NaOH)分别为3%，5%，7%，9%和11%的氢氧化钠溶液对苎麻纤维进行高温蒸煮,取出后洗涤烘干并进行测试.

1.3苎麻纤维的表征

将改性处理后的苎麻纤维取1 500~2 000根，根据纤维切断长度、根数和质量，利用中段切断称重法计算得出苎麻纤维细度.将处理后的苎麻纤维利用加捻至断裂的方法计算捻回数,从而表征纤维的柔软度,根据GB 5889—86《苎麻化学成分定量分析方法》[8]的方法测试试样的残胶率.将试样制成切片放置于VHX-600型数字式三维测量系统中观察记录.取50根纤维利用LLY-06ED型电子单纤维强力仪对试样进行强力测试.

2结果与讨论

2.1碱液改性对苎麻纤维的影响

碱液改性实验后苎麻纤维的物理指标如表1所示.从表1中可以看出，改性后的纤维细度与原样相比明显变小且随NaOH浓度的增加而增大,这是由于碱浓度越大对纤维素的溶胀作用越强.随着NaOH浓度的增加，纤维的断裂强度呈下降趋势，而断裂伸长率先增大后变小,在w(NaOH)为8%时达到最佳.

不同的碱液处理时间对苎麻纤维物理指标的影响如表2所示.从表2可以看出，随着碱煮时间的延长，苎麻的细度降低，故延长时间可以显著提高改性效果.但当反应时间至50 min时，纤维素与碱生成碱纤维素，会导致纤维变粗.

表1　碱处理浓度对苎麻纤维的影响

表2　碱液处理时间对苎麻纤维的影响

将两组实验所得的最佳试样比较得出，碱改性方法最佳试样是w(NaOH)8%、煮沸30 min后得到的苎麻.

表3　尿素浓度对苎麻纤维的影响

2.2碱-尿素改性对苎麻纤维的影响

碱-尿素改性后苎麻纤维的物理指标如表3所示.从表3可以看出，随着尿素浓度的增加，纤维细度变化不明显、纤维强力先增大后变小，伸长率有增大趋势.由此得出，在w(NaOH)为10%、w(尿素)为2.0%、煮沸时间为20 min时最适宜.

2.3铜氨溶液改性对苎麻纤维的影响

铜氨溶液的制备是向硫酸铜溶液中加入氨水，生成氢氧化铜沉淀，继续加入氨水蓝色沉淀逐渐溶解，生成的络合物即为铜氨溶液.铜氨溶液改性后苎麻纤维的物理指标如表4所示.可以看出，纤维细度随Cu2+浓度的增加而增大,这主要是由纤维的溶胀作用引起的.随着铜氨溶液浓度的增加，纤维的断裂强度逐渐降低、断裂伸长率逐渐增大.继续增加浓度，强度和伸长率变化不显著.铜氨溶液改性处理时间对苎麻的影响如表5所示.随时间的延长,断裂强度逐渐降低，断裂伸长率逐渐增大，45 min为最佳,可以看出纤维细度随时间的延长逐渐变小.

表4　铜氨溶液浓度对苎麻的影响

表5　铜氨溶液处理时间对苎麻的影响

两组实验比较得出，铜氨溶液改性的最佳方案是Cu2+质量浓度20 g/L、常温处理35 min.

表6　高温处理中碱浓度对苎麻纤维的影响

2.4高温改性不同用碱量对苎麻纤维的影响

表6是不同碱浓度对苎麻纤维的影响.可以看出，处理后纤维的细度随碱浓度的增加逐渐变小.当w(NaOH)达到7%时，强度达到最大值.当w(NaOH)大于7%时,由于纤维素降解剧烈，苎麻纤维的强度明显降低.通过比较细度和伸长率得出，w(NaOH)为9%时最适宜.

2.5各种改性处理方法纤维处理后的物理性能比较

4种改性方法在各自的最佳条件下处理的样品和原样的测试结果如表7所示.根据加捻原理可知，断裂时所加的捻回数越多，纤维就越柔软.由此可知，各改性试样相对于原样柔软度大大改善，残胶率越小，改性效果越好.

表7　各方法处理后苎麻纤维细度、强度和伸长率的比较

注：1-原料；2-铜氨溶液改性； 3-碱-尿素改性； 4-碱液改性； 5-高温改性.

图1　原样横纵向形态 Fig.1　Horizontal and vertical configuration of the original samples

结合以上参数来看，试样4的纤维细度由原料的9.80 dtex降至8.53 dtex，纤维残胶率由原料的2.39%降至1.13%，在细度变小、伸长率增加、柔软度增加的同时强度降低较少，所以处理效果最好，即当w(NaOH)为8%、煮沸时间为30 min时改性处理的效果最好.

2.6各种改性方法处理后纤维的形貌分析

原样的横纵向形态如图1所示.图2至图5分别表示原料经过碱液改性、碱-尿素改性、铜氨改性和高温改性处理后样品的横纵向形态.由图可见，改性后原样的细度明显变小，纤维之间的胶质明显减少.

图2　碱液改性后试样横纵向形态 Fig.2　Horizontal and vertical configuration of alkali modified samples

图3　碱-尿素改性后试样横纵向形态 Fig.3　Horizontal and vertical configuration of alkali-urea modified samples

图4　铜氨改性后试样的横纵向形态 Fig.4　Horizontal and vertical configuration of copper ammonia modified samples

图5　高温改性后试样横纵向形态 Fig.5　Horizontal and vertical configuration of high temperature modified samples

3结语

通过对改性后的苎麻纤维进行性能测试可以得出，改性后苎麻的性能明显改善.比较各种方法处理后的苎麻得到，在w(NaOH)为8%、煮沸30 min的条件下改性处理，可以使苎麻纤维达到最好的效果.通过改性处理，苎麻的性能得到了改善，应用会更加广泛.

参考文献：

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[7]徐海燕.国内苎麻纤维化学改性现状研究[J].河南工程学院学报：自然科学版,2012,24(2):20-24.

[8]国家标准局.GB 5889—86 苎麻化学成分定量分析方法[S].北京:中国标准出版社,1986.

Comparison of modification methods of ramie fiber

YU Hongqin, ZHANG Qi, LI Hong, REN Yuan

(DepartmentofTextileEngineering,ZhongyuanUniversityofTechnology,Zhengzhou450007,China)

Abstract:The ramie of degum is put in different concentrations of alkali for caustic cooking to modify, boiling the ramie of degum at different concentrations of urea and sodium hydroxide, modifying the ramie of degum in copper ammonia solution at room temperature, the modification under the high temperature is researched. For the modified ramie fiber, the fiber strength, elongations at break, fiber morphology of transverse and longitudinal forms are tested. The results show that boiling ramie degumming at a concentration of NaOH 8% for 30 min can make ramie fiber thinner, and elongation to increase, flexibility to be increased and glial to be reduced while maintaining good strength.

Key words:ramie fiber； modification；performance