碱处理对大麻纤维的影响

钟智丽，王子帅

(天津工业大学 纺织科学与工程学院，天津300387)

0 引言

随着人民物质水平的提高，追求自然的服装面料的需求也日益凸显。 众所周知，天然纤维有四种，分别为棉、麻、丝、毛。 其中，麻纤维有许多优点，例如吸湿透气、除臭抗菌、防紫外线和防静电等[1-2]。 正是因为麻纤维有许多良好的性能，因此，不光是我国，世界上其他国家的人民对麻类纺织品产生喜爱。 在服装上体现为一种时尚热潮——麻时尚。 而公认的“麻中之王”的大麻纤维还具有耐高温、吸波吸附等性能。 传统的大麻纺织工艺和产品已经跟不上时代发展的步伐，应当在原有纺织品生产加工的基础上开拓新的应用领域，传统上，大麻的纺织技术和纺织品的质量远远落后于时代前进的脚步，因此，需要在原本的基础上拓宽新领域，开发麻纺织品也是越来越有必要的。 近年来，在“十一五”、“十二五”期间，大麻等麻类纺织品得到显著发展。 而且，在服用、家用、产业用纺织品这三大领域中均有应用。 大麻行业尤其是在脱胶、水理以及产品开发等方面的研究也取得了良好效果。

在纺织工业发展规划(2016—2020 年)[3]中重点提到加强天然纤维开发应用，从原材料上解决开发应用的难题，重点纤维种类是大麻、罗布麻、木棉等。 同时建立性能优异的棉、麻、丝等开发基地。通过利用生物酶等手段实现大麻纤维脱胶，从而增大麻纤维的利用率。 目前，在天然纤维面料的设计行业需要投入精力；在纺织品整理方面需要提高技术。 从而天然纤维面料的性能得到提升，品质得到提高，品牌得到树立。 因此，国内外的天然纤维市场得到开拓，促进了麻纤维在国内外的消费，提升人民对健康、绿色、自然的面料的认知。

在中国麻纺织行业“十三五”发展指导意见中，分别从市场、经济总量、科技、结构调整、节能减排和品牌目标这六方面进行麻纺织品的战略定位[4]。 在“十三五”期间，麻纺织领域亟需将九项重点任务解决掉。 归结为市场、麻产业、环境、原材料、科技和制度这六个方面。 在市场上：加大宣传力度、及时规避风险；在麻产业上：促进结构调整的同时加强整合力度、保持有序稳步发展、提升产品服务，同时提升产业保障平台；在环境上：发展绿色环保节能可持续发展的生态纺织品；在原材料上：优种优育；在科技上：提升科技创新能力；在制度上：注重人才的培养，完善创新机制。 因此，加大开发大麻纤维产业的力度需要充分了解大麻纤维，只有深入的了解大麻纤维的结构，才能细致剖析其性能，通过各种先进技术处理改性大麻纤维，才能得到性能更加优异全面的面料。

通过对大麻织物用碱处理等手段进行整理，改善了织物硬挺的弱点，发挥了扬长避短，优势互补的作用[5]。 在织物整理的过程中，大麻纤维逐渐变柔软，其中的木质素、果胶等成分在整理过程中含量减少，改善了服用性能。 本文通过使用扫描电子显微镜等措施分析表征经过碱溶液处理的大麻纤维。 了解大麻纤维碱处理的过程中在外观、结构、化学组成发生的变化。

1 实验部分

1.1 实验材料及药品

材料：平纹大麻织物，见表1.

药品：氢氧化钠(NaOH)

表1 大麻织物规格

1.2 测试仪器

TM-1000 型扫描电子显微镜、生物图像电脑分析系统、NICOLET IS10 型红外光谱分析仪。

1.3 实验工艺

首先，配置两种工艺的氢氧化钠溶液，其中，工艺Ⅰ：温度60℃、浓度120g/L；工艺Ⅱ：温度90℃、浓度60g/L；工艺Ⅰ和Ⅱ都处理20 分钟。 将两种工艺的溶液分别放在烧杯中，并贴好标签。 然后，将大麻织物样品分别放入两种浓度的烧杯中，待碱处理完成后，分别取出两种工艺处理后的试样。 接下来，利用蒸馏水清洗试样，当两种试样的酸碱度都达到中性时，停止清洗。 试样在室温下干燥。 分别从未处理和两种工艺处理后的试样中拆下纱线。

2 结果与讨论

2.1 纤维表面形态分析

通过使用扫描电镜对大麻纤维进行表征，可以明显看到未经处理和经过工艺I 的碱处理后的大麻纤维的差异，如图1。

图1 大麻纤维扫描电镜图

通过大麻纤维的扫描电镜图发现，没有经过碱处理的大麻纤维硬挺，呈现散乱无序排列状态，并且单纤维上有明显的竹节，而纱线的结构表现为明显的疏松散乱。 经过碱溶液处理的纤维柔软顺滑，单纤维上竹节、横纵纹路显著降低，大麻纤维得到了改善，纱线结构紧密。

对于大麻纤维而言，其纤维韧度较大，表现为刚硬。 经过碱溶液处理过后的大麻纤维，纤维表面比未处理时更圆润光滑，纤维之间的摩擦力降低，从而使得大麻纤维织物的刚柔性得到提升。 这是因为大麻纤维在碱处理过程中进行了溶胀作用。而织物的纱线排列的更加密实，纱线直径在碱处理这个过程中变小。

2.2 纱线细度分析

使用生物图像电脑分析系统对经工艺Ⅰ、Ⅱ进行碱处理和未处理的织物纱线直径进行表征。 表2 为测试结果，图2 为纱线直径分布直方图。

表2 大麻纱线平均直径

图2 纱线直径分布直方图

从表2 明显看出，经碱处理和未处理的纱线有显著差别，经过工艺Ⅰ处理后纱线的平均直径最小，纱线不匀率也最小。 这是因为大麻纤维中的果胶、木质素等杂质在碱溶液的作用下被剔除，从而大麻纤维直径变细，因此纱线结构更加紧凑。 通过图2 碱处理前后的纱线直径分布直方图可以明显发现，经过碱溶液处理的大麻纤维的纱线直径明显变小，从而范围也缩小，同时分布的比较平均。 对比表2 可以看出，同样经过碱处理后，工艺Ⅰ比工艺Ⅱ的处理效果更好，纱线的平均直径更细，改善了纱线的不匀率，提升了纱线的性能。

2.3 纤维化学组成分析

用于鉴定官能团存在的峰称为特征吸收峰或特征峰。 谱图中的吸收峰对应于分子中某化学键或基团的振动形式，同一基团的振动频率总是出现在一定区域[6]。 图3 为工艺Ⅰ、Ⅱ进行碱处理和未处理的织物纱线的红外光谱图。

图3 大麻纤维的红外光谱图

观察图3，可以通过吸收峰的振动频率判断化学键或官能团。 解析大麻纤维的特征峰，在3340cm-1、2900 cm-1、1620 cm-1、1030 cm-1处的官能团分别为羟基(O-H)、甲基(CH3)以及亚甲基(—CH2)、C-O-H 基团中C-O、C-O-C 基团中CO 键，纤维素纤维的特征峰是由相应的基团伸缩振动引起的。 在1620cm-1和1400cm-1处分别是木质素中碳氧双键、环形碳碳双键的伸缩振动造成的特征峰显著降低。

观察图3(a)、图3(b)，大麻纤维虽然经过两种不同浓度的碱溶液处理，但是相同基团的特征峰在波数上并没有变化，产生变化的只是波峰强度。说明大麻纤维经碱溶液处理后，其内部分子间的氢键遭到破坏，从而氢键的伸缩振动减小，其内部结合力降低，因此加强了大麻纤维和碱溶液的化学反应。 观察红外光谱图发现，相较于工艺Ⅱ，工艺Ⅰ的波形变化幅度要大，因而工艺Ⅰ对于大麻纤维的作用更强烈。

3 结论

在扫描电镜大麻纤维表面光滑柔顺，单纤维上竹节、横纵纹路显著降低，纱线结构紧密；生物图像电脑分析系统，其纱线的平均直径均明显变细，通过工艺Ⅰ、Ⅱ的平均直径对比，得到工艺Ⅰ处理效果更好，纱线直径不匀率较低；大麻纤维经过碱处理后，在红外光谱变化中，每个官能团对应的特征峰在波数上并没有改变，仅仅是波峰强度，大麻纤维在工艺Ⅰ处理效果更加强烈。 纤维的特征峰是由相应的基团伸缩振动引起的，官能团分别为羟基(O-H)、甲基(CH3)以及亚甲基(—CH2)、C-O-H基团中C-O、C-O-C 基团中C-O 键。