芋头纤维的提取及其与黄麻纤维的特性比较

P. A. Bobade， R. Shinde， S. Sawant

贾瓦哈拉尔达尔达工程技术学院(印度)

韧皮纤维存在于植物的韧皮组织中。它支撑韧皮部的传导细胞，并为茎提供支撑力。一些重要的韧皮纤维主要来自亚麻、大麻或苎麻等重要的经济作物，然而在过去，韧皮纤维也曾产自野生植物(如刺荨麻)和树木(椴树、梧桐、紫藤和桑树等)。黄麻纤维即是从一种黄麻植物的茎中提取而来的。通常，韧皮纤维柔软而富有弹性。韧皮纤维比其他纤维有更好的抗拉强度，可用于绳索、纱线、纸张、复合材料和粗麻布等纺织产品的制备。韧皮纤维的一个重要特性是含有纤维节点，而棉纤维等则没有。

图1 芋头植物

芋头是一种天然绿色韧皮类蔬菜，如图1所示，属天南星科，是天南星科植物中种植最广泛的物种。芋头是热带和亚热带地区非常重要的自然资源，极具应用价值。通过水沤脱胶和化学脱胶可以获得芋头纤维。芋头的球茎(类似山药)是非洲、海洋和南亚地区居民的主食。芋头被认为是最早栽培的植物之一。芋头还有一些如大象叶、可可叶等别名的品种，在热带和亚热带地区被广泛栽培。这些品种叶片较大，呈箭形，长度为20～150 cm。植株高约152～213 cm，其茎为绿色。

1 材料和方法

1.1 材料

芋头是一种天然可食用植物，从其茎部可提取芋头纤维。本研究从某农场采集了20株芋头茎，重约2 kg。

1.2 纤维提取方法

本试验设计了水沤脱胶和化学脱胶2种脱胶方法，探讨从芋头茎中提取纤维的最佳工艺参数。水沤脱胶是一种使用微生物或有机体和水分对芋头茎部产生作用的过程。试验以6根芋头植株的茎为原料进行水沤脱胶，另取6根芋头植株的茎进行化学脱胶。因为茎的底部宽度大于顶部，需从距离地面25～30 cm切取芋头茎，如图2a)所示。图2b)为水沤脱胶后的芋头茎部。

1.2.1 水沤脱胶法

水沤脱胶是将捆在一起的芋头茎浸入水沤池中，通过生物降解使芋头纤维与木质素分离的一种脱胶工艺。其中，不同水沤浸润时间条件下，水沤脱胶法提取的芋头纤维如图3所示。可以发现，水沤脱胶的第2天，纤维已可容易地从茎中提取。

图3 水沤脱胶工艺提取的芋头纤维

1.2.2 化学脱胶法

采用化学脱胶法提取芋头茎部的纤维，脱胶第6天的芋头纤维相较于水沤脱胶更容易被提取(图4)。与水沤脱胶法相比，化学脱胶法可提取更多的芋头纤维。最终，本文确定采用化学脱胶法从芋头植物中提取芋头纤维。

图4 化学脱胶法提取的芋头纤维

2 结果和讨论

测试芋头纤维与黄麻纤维的强度、伸长率、细度、含水率和长度特性并进行对比。

2.1 强度

强度是纤维最重要的本质属性之一，通常是指单位线密度纤维被拉伸至断裂所需的力。纺织品除需经久耐用外，在机械和化学加工中还需有足够的强度。芋头纤维的强度低于黄麻纤维(图5)。

图5 芋头纤维和黄麻纤维的强度

2.2 断裂伸长率

纺织材料的断裂伸长率是表征其性能的一个重要指标，用纤维拉伸断裂时长度的增加百分比来表示。芋头纤维的断裂伸长率大于黄麻纤维(图6)。纤维微结构中原纤相对纤维轴向的倾角是影响其伸长率的重要因素，增加倾角会减少纤维的拉伸力。

图6 芋头纤维和黄麻纤维的断裂伸长率

2.3 线密度

纤维线密度也是纤维的重要特性之一。纤维线密度决定了芋头纤维横截面上的纤维根数。本试验提取的芋头纤维的线密度为34.40 tex，而黄麻纤维的线密度为2.08 tex(图7)，芋头纤维线密度远大于黄麻纤维。纤维线密度与纤维的直径直接相关。

图7 芋头纤维和黄麻纤维的线密度

2.4 含水率

芋头纤维和黄麻纤维的含水率测试结果如图8所示。含水率可用于描述纤维中的水分含量，通常由纤维或面料中所含水分的质量与其整体质量的百分比来表示。纺织纤维的含水率主要取决于其生长环境等条件。含水率与纤维微观结构中的无定形区有关，芋头纤维因其横截面积较大，含水率高于黄麻纤维。

图8 芋头纤维和黄麻纤维的含水率

2.5 纤维长度

芋头纤维和黄麻纤维的长度测试结果如图9所示。长度是纺织纤维最重要的参数之一。纤维长度是原料分级的一个重要依据。芋头纤维因在提取过程中断裂根数较少而具有较大的平均长度。

图9 芋头纤维和黄麻纤维的长度

3 结论

与黄麻纤维相比，芋头纤维的强度较低，断裂伸长率较高。芋头纤维因具有较大的横截面，其含水率也较高。与黄麻相比，芋头纤维长度较长，且可生物降解。芋头植物的其他部位也有许多用途。因此，可将芋头纤维视为纤维制备和产品开发的一种可持续资源。