竹纤维制备工艺的研究现状

刘美玲,高　路

(1．山东轻工职业学院，山东 淄博 255300；2.天津永舵科技有限公司,天津 300350)



竹纤维制备工艺的研究现状

刘美玲1,高路2

(1．山东轻工职业学院，山东 淄博 255300；2.天津永舵科技有限公司,天津 300350)

摘要：为了寻求更好的竹材分离成纤的方法,本文基于大量文献报道，主要就竹纤维各种制备工艺的过程，以及各种方法的优缺点进行概述，通过分析竹纤维的制取方式存在的问题，发现联合制取法是最好的制备方法之一。

关键词：竹纤维；制备工艺；方法

1　前言

竹纤维在加工过程中保持了竹子纤维原有形态和很多优良性能，对其研究开发的热潮不断。但由于竹单纤维太短，无法直接用于纺纱，必须采用束纤维纺纱；且竹材中木质素、多戊糖等杂质很多，木质素又极难去除，这两个问题的存在成为制约竹纤维发展的两大难题。竹纤维的制取主要是将纤维和胶质分离，去除部分木质素、半纤维素等物质，使其达到一定的细度和强力，以满足纺纱织造的要求。目前采用比较多的有化学制取法、生物制取法、物理制取法以及联合制取法等方法，下面就各种制取方法的研究现状进行简单介绍。

2　制取方法

2.1化学制取法

化学制取法是目前制取竹纤维的方法中研究和使用最多的一种方法。化学法制取竹纤维的原理是利用纤维素和胶质对某些化学物质稳定性不同所采取的方法，在不损伤纤维素的前提下，将胶质去除，使纤维仍保持原有的特性，即化学脱胶法。传统的化学脱胶通常都是采用碱煮来实现的，因此对脱胶工艺的研究相对较多。化学制取法的特点是效率高，但工艺流程长，能源消耗大，同时对环境会造成一定的污染。

在化学法制取竹纤维的研究方面，东华大学的万玉芹[1]采用化学法对竹子碱脱胶工艺进行了研究，同时对竹纤维的细化工艺进行了探讨；天津工业大学的王春红[2]等人对爆破后的慈竹料进行化学处理，在传统工艺基础上使用尿素和渗透剂，同时碱煮过程中加入亚硫酸钠试剂以减少纤维损伤，制得的纤维强度在5.4cN/dex，明显高于传统方法制得的纤维强度，但该方法制得的纤维颜色较黄，且碱煮后要经过手工捶打撕扯，不能保证纤维在细度和强度上的稳定性。东华大学的张巍[3]将传统的纤维制取工艺进行改进，得出了竹纤维精细化加工工艺的基本工艺路线为：试样准备→浸碱→碾压梳理→水洗→煮练→碾压梳理→酸洗→水洗→漂→DMD处理→碱抽提→二漂→水洗；苏州大学的徐伟[4]采用化学方法，借鉴目前成熟的苎麻脱胶工艺，利用烧碱溶液常温常压法和高温高压法从粗竹纤维中提取竹纤维，研究烧碱浓度、处理温度、处理时间及添加亚硫酸钠、焦磷酸钠等无机盐处理与竹纤维提取的关系。北京服装学院自2004年以来在化学法制取竹纤维方面也进行了较多的研究[5]，从方法到工艺都进行了较深入的研究，利用臭氧法去除木质素制得的竹纤维，已基本达到纺纱要求。

化学法对于竹纤维的制取是一种不可缺少的方法，通过使用化学试剂对竹材进行蒸煮软化，有利于竹纤维的进一步加工和制取，同时化学法在竹纤维的精细化加工中应用也较多。但单纯的化学方法制得的竹纤维很难达到纺纱的要求，这是因为化学法的原理主要是通过脱胶的方式使纤维和胶质分离，脱胶程度过高竹纤维则成为单纤维状态，无法纺纱；脱胶程度过低制得的纤维则较粗且不匀，同样不能进行纺纱，同时传统的化学法制取竹纤维工艺复杂、工艺流程长、消耗能量大且对环境造成污染，作为竹纤维制取的一种方法仍有许多需要解决的问题。

2.2生物制取法

生物法制取竹纤维即生物脱胶法。生物脱胶的原理是利用生物酶作用的单一性对某种胶质起作用，而对纤维素成分影响很小，将胶质等成分去除。利用生物酶进行脱胶具有产品质量好、环境污染小和经济效率高等优点，具有很好的发展前景。东华大学的张巍采用生物-化学联合脱胶的方法制取竹纤维，在利用复合生物酶对竹材进行处理的基础上再进行化学脱胶处理。经处理后，制得的纤维胶质含量少，但脱胶工艺复杂，同时需使用多种脱胶助剂。东华大学的张磊[6]采用生物法对竹纤维进行精细化处理，探讨了纤维素酶处理工艺对竹纤维线密度和残胶率的影响，并确定了最佳处理工艺条件。经过纤维素酶处理后的竹纤维性能得到了一定的提高，但是纤维还偏粗，要在纺纱厂实际应用还需做进一步的柔软和梳理处理。

尽管生物酶脱胶具有很多优点，但到目前为止生物酶脱胶方法的研究仍然没有取得突破性的进展，其应用十分有限。对于竹纤维的制取，由于竹材茎杆皮层组织紧密，密度很大，而且细胞组织中又有大量空气存在，浸渍液很难浸透，势必延长脱胶时间；且竹子内部含有多种抑菌物质，菌种的选择也具有较大难度。因此竹纤维的生物脱胶还需要长期大量的工作。

2.3物理制取法

物理制取法也是目前竹纤维制取中研究较多的一种方法。物理制取法的原理是借助机械外力等作用方式将胶质和纤维分离。目前采用较多的物理制取法主要包括以下几种：

(1)锤击或碾压开纤法：该方法一般将竹材分片，然后蒸煮软化，使纤维牢固结合一体的木质素胞间层部分分离，通过锤击或反复碾压来削弱纤维之间的结合强度。竹片在受到机械冲击、挤压的外力作用下，最终导致纤维分解。但由于湿态下竹纤维的强力非常低，锤击和反复碾压对纤维的强力损伤特别大，纤维的长度、细度及均匀度难以保证。

(2)机械梳解制纤法：该方法采用高速旋转的钉辊或针板将经过碾压的扁竹材直接梳解制成纤维束形态。这一方法工艺过程简单，加工效率较高。但由于生产过程中采用强力的机械作用破坏了纤维的强力，使所获得的竹纤维粗、短、脆，柔韧性差，一般只能用于生产竹纤维板等低附加值产品。

(3)爆破法：早在上世纪90年代，日本同志社大学的研究人员就开始用高温高压蒸汽釜蒸煮竹材，然后突然释放压力的方法来使竹材爆碎[7]，高压状态下液态水和水蒸汽作用于纤维材料，并通过瞬间泄压过程实现材料的组分分离和结构变化。这种技术最大的优点是在突然释压闪爆时，过热水蒸汽由液体变为气体时对竹纤维空腔内的作用力是均一的，不会对某部分造成特别的损坏。但此方法制得的纤维粗硬，需经过进一步细化，且纤维长度、细度规格尺寸上不易达到纺纱要求。

(4)超声波法：超声波法大多作为纤维制取的一种辅助手段，利用超声波的高频机械能量能够使纤维材料的初始缺陷裂缝处产生应力、应变能的集中，引起裂纹的扩展，致使纤维细化分离[8,9]。利用超声波可以加速和改善竹纤维脱胶。

由于竹材中纤维素的含量较低，而木质素及半纤维素的含量相对较高，单靠纯物理方法是很难将木质素等物质去除的，因此纯物理法制取竹纤维的研究较少，浙江林学院姚文斌、张蔚提出的热-机械耦合开纤法，首先对竹材进行高温蒸煮软化，然后采用机械外载将竹片开纤制得粗竹纤维，粗竹纤维经过进一步梳解制得竹纤维[10]。不过这种方法目前工艺还不完善，对机械作用力的方式、加载条件、边界约束等还不确定。其它如东华大学，苏州大学等也有关于物理法制取竹纤维的研究，但这些方法都是以化学法或生物法为主进行的，物理方法只是辅助手段之一。

2.4联合制取法

联合法是将物理法、化学法及生物法联合使用来制取竹纤维的方法。这样可以发挥每种方法的优点，如在对竹材进行物理碾压梳解之前，可先用化学法或生物法将其软化，使竹材中的部分胶质、半纤维素等受到破坏而溶解，从而削弱与纤维之间的结合力，再经机械外力作用制取纤维。目前制取竹纤维的各种方法，总的来说都属于几种方法的联合，只是有的侧重化学方法，有的侧重于生物法或物理法。东华大学的研究主要是以化学脱胶法为主，在此基础之上再考虑生物法、物理法等辅助方法，如俞建勇在《竹材成纤的制备方法》一文中，主要介绍了化学法制取竹纤维工艺流程及工艺参数，借助机械碾压作用使竹材更好地开纤[11]；张巍主要研究了化学法制取竹纤维的精细化加工工艺流程和工艺条件，将传统的纤维制取工艺进行改进，同时将生物脱胶和物理机械脱胶作为辅助方法对竹纤维进一步细化处理。湖南株洲的刘忆萍[12]在其申请的《一种将原竹加工成可纺性竹纤维的制作方法》专利中，首先采用了高温蒸煮去除部分木质素、果胶等杂质，然后利用生物酶处理，进一步去除木质素、果胶及糖类物质，最后采用碾压分丝、漂白等工序制得可纺性竹纤维。

3　结束语

通过以上对各种制取方法的分析可以看出，要使制得的竹纤维达到纺纱的要求，单纯的某一种方法很难实现，必须采用几种方法联合的方式，化学法在竹纤维制取中作为一种不可缺少的方法可以在竹材的预处理阶段使用，生物法可以作为辅助方法对纤维的脱胶做进一步处理，物理法在竹纤维的细化过程中非常重要，同时物理法的使用可以缩短工艺流程，节能环保等。

参考文献：

[1]万玉芹．纺织用竹纤维脱胶、细化工艺及其结构性能研究[D]．上海：东华大学，2003．

[2]王春红，王瑞，朱若英．竹原纤维制取工艺探讨[J]．天津工业大学学报，2005，24(4)：16—17．

[3]张巍．竹纤维精细化加工的研究[D]．上海：东华大学，2004．

[4]徐伟．天然竹纤维的提取及其结构和化学性能的研究[D]．苏州：苏州大学，2006．

[5]吕明霞．臭氧对竹纤维产品的氧化处理研究[D]．北京：北京服装学院，2008．

[6]张磊，俞建勇．竹原纤维生物法精细化探讨[J]．纺织科技进展，2008，(6)：70—72．

[7]Fuji.T, Okubo.K.Eco-composites using bamboo [J].Sen’i Gakkaishi, 2003, 59(3):12—16.

[8]K A Tllakore，陈水栩．超声波在纺织品湿加工过程的应用[J]．国外纺织技术术，1991，(6)：28—33．

[9]万震．超声波在纺织品加工中的应用[J]．纺织导报，2001，(2)：22—24．

[10]张蔚，李文彬，姚文斌．天然长竹纤维的分离机理及其制备方法初探[J]．北京林业大学学报．2007，(29)：63—66．

[11]俞建勇，万玉芹，吴丽莉等．竹材成纤的制备方法[P]．中国：02151265．5，2003—5—7．

[12]刘忆萍，黄杰．一种将竹加工成可纺性竹纤维的制作方法[P]．中国：200410046835．7，2005—03—30．

收稿日期：2015-12-15

作者简介：刘美玲(1984—)，女，山东淄博人，讲师。

中图分类号：TS102.31

文献标识码：A

文章编号：1009-3028(2016)01-0046-03

Status Quo of Bamboo Fiber Preparation Process

Liu Meiling1, Gao Lu2

(1.Shandong Vocational College of Light Industry,Zibo 255300,China； 2.Tianjin Yongtuo Technology Co.Ltd.,Tianjin 300350，China)

Abstract:In order to found the best way to separate the bamboo into fiber，based on a large number of paper, many kinds of bamboo fiber preparation processes and their respective advantages and disadvantages were summarized.By analyzing the problems in the preparation processes,it was found that the combined method was the best way to separate the bamboo into fiber.

Key words:bamboo fiber, preparation process;method