天然环保纤维的吸附性能研究

引言1百手起驾 整理为您摘 要水质处理技术中的膜分离技术发展初期主要是以平板膜为主，但是纤维膜比平板膜更容易受到工业界采用以及商业化，与平板膜相比，纤维膜具有膜组件的加工简便、费用低、纤维膜直径小可紧密排列、设备占地小等优点。因此有着良好的应用前景。天然、可降解纤维在膜技术中的应用越来越受到重视。用于膜材料的纤维其吸附性能与分离效果有极大的关系，并且吸附能力受到了纤维的结构、形态等各方面因素的影响。木棉纤维是一种良好的绿色环保天然纤维素纤维。具有体积重量轻、壁薄、高中空率和不含有农药等化学残留物等优势，是良好的隔热隔声材料、服装面料、保暖材料、填充料和浮力材料。可是木棉纤维因其长度较短、强度低、抱合力差和缺乏弹性，难以单独纺纱，导致其在各方面的应用具有很大的局限性，所以对木棉纤维的吸附性能没有得到充分的研究。本文就木棉纤维对直接染料的吸附性能进行研究。研究结果表明，直接染料对木棉纤维的吸附速率随温度的升高而升高，但温度过高对木棉的吸附能力的影响也变小，甚至对降低其平衡吸附量。盐的加入可以增高木棉吸附直接染料的吸附量。染液的浓度对木棉在直接染料中的吸附量也有着很大的影响。木棉纤维在 75时的吸附量一般在 11%左右，但现今还没有相应的等温式可以表示。引言2百手起驾 整理为您关键词：木棉，吸附性能，温度效应，盐效应，吸附量，天然纤维Study on the Adsorption of Kapok FiberABSTRACTIn the early development of membrane separation technology, water treatment technology is based on flat membrane, but the fibrous membrane is used more easily than the flat membrane in the industry and in the market, compared with the flat membrane, the advantages of fibrous membrane are that processing of fibrous membrane module is simple, low-cost, and it is the diameter of fibrous membrane is short that can be close with each other, and the area covered is small, ect. So it will be widely applied in the future. Natural, biodegradable fibers take more and more attention in the application of membrane technology. The adsorption of fiber used in processing of the membrane material has a great relationship with separation performance. The kapok fiber is a kind of well and green natural cellulose fiber. Have light and thin cell wall, hollow structure of the physical volume weight and has little agrochemical residuum. Its a good material of heat insulation, sound insulation, buoyancy and filling. Because of its shorter length, low-intensity, low-hold-together and the lack of flexibility, it is difficult to spin separately, leading application of it has a lot of limitations. So it didnt get a full research to the adsorption of kapok fiber for long time. In this article, the direct dyes have conducted the research to the adsorption of the kapok fiber. The research indicated that the adsorption rate 引言3百手起驾 整理为您of the kapok fiber increased with temperature, but the temperature is too high to little inflent adsorption, or even reduce the adsorbance. With the salt adding, the adsorbance of dyeing on the kapok fibre will also increase. The concentration of dye for adsorbing the percentage of direct dyes also have a great impact. The adsorbance of kapok fiber at 75 is 11% generally, but now there is not the corresponding isotherm to express. Key words: kapok， adsorption ， effect of temperature, effect of salt, adsorbance, natural fiber引言4百手起驾 整理为您天然环保纤维的吸附性能研究0 引言木棉属被子植物门、双子植物纲、锦葵目、木棉科植物。木棉科约有 20 属，180 种，广布热带地区，主产热带美洲。中国原产 1 属 2 种，加上引种栽培，我国现有木棉科植物 7 属 9 种。最早见载于晋葛洪的西京杂记：西汉时，南越王赵佗向汉帝进贡烽火树， “高一丈二尺，一本三柯，至夜光景欲燃” ，据说此烽火树即木棉树。广州人对木棉有着特殊的情感，这是因为木棉一直造福岭南。木棉树产于热带亚热带诸地，分布在我国南部广东、云南、台湾中南部，以及印度、缅甸、爪哇、苏门答腊等地。木棉，棉，又作绵。古代又叫斑枝花、古贝，或有称攀枝花 14 。木棉纤维具有一些其它天然纤维和合成纤维所不具备的优势，如体积重量轻、薄壁中空结构和不含有农药等化学残留物等。其纤维纵向外观呈圆柱型，表面光滑，不显转曲；光泽好。截面为圆形或椭圆形，中段较粗，根端钝圆，梢端较细，两端封闭，截面细胞未破裂时呈气囊结构，破裂后纤维呈扁带状。细胞中充空气。纤维的中空度高达 8090，引言5百手起驾 整理为您胞壁薄，接近透明，因而相对密度小，浮力好。纤维块体在水中可承受相当于自身 2036 倍的负载重量而不致下沉。木棉表面有较多的腊质使纤维光滑、不吸水、不易缠结，防虫。同时木棉纤维与棉纤维有很多相似之处，但光泽、吸湿性和保暖性方面具有独特优势 1.57 。一直以来，木棉纤维的主要用途有以下几方面：1) 救生衣等水上救生用品的浮力材料。经与其它材料试验对比，用木 棉救生衣性能最佳。新制木棉集合体浮囊具有良好的浮力保持性，即使包装材料略有破损，在水中浸泡 30d，其浮力仅下降 10%，且干燥后木棉集合体将恢复其浮力 8。2) 服装面料。木棉纤维是目前天然生态纤维中最细、最轻、中空度最高、最保暖的纤维材质。它的细度仅有棉纤维的 1/2，中空率却达到86%以上，是一般棉纤维的 2-3 倍，而代表世界纺织技术潮流的日本仅达到 35%左右。也就是说，木棉内衣比一般纤维制成的内衣更轻、更薄，保暖效果更高。3) 吸声和隔热材料。如房屋的隔热层和吸声层填料。试验证明比单独的毛纤维隔热材料有更好的吸声和热滞留性 9。4) 中高档被褥絮片、枕芯、靠垫等的填充料。过去木棉纤维没能在这些领域广泛应用的原因是木棉纤维太细、弯曲刚度低、压缩弹性差，填充料容易被压扁毡化，随着使用时间推移产品的柔软舒适性和保暖性衰减较快，而且被褥絮片强力低局部会出现破洞。最近，东华大学开发出“持久柔软保暖的木棉絮片的制造技术” ，利用该技术制造的木棉絮片的强度、压缩弹性、保暖性能的持久性都可与目前的七孔、引言6百手起驾 整理为您九孔涤纶絮片媲美，在柔软度、吸湿透湿气性和绿色环保性能等方面就具有涤纶絮片无法比拟的优势，制造成本不超过涤纶絮片。棉纤维长度为 2345 mm；细度为 0.150.2tex；扭曲数为60120 个/cm。木棉纤维长度在 834mm，纤维中段直径 1845m，平均 3036m，壁厚 0.52m，纤维细度为 0.93.2dtex，单纤维密度仅为 0.29g/cm3，而棉为 1.53 g/cm3。木棉纤维的相对扭转刚度为71.510-4cN.cm2/tex2，比玻璃纤维的还大 1.1014 。 木棉纤维的平均孔尺度为 124.8nm，棉纤维为 27.2nm，尽管木棉纤维间的孔隙大于棉纤维间的孔隙，但木棉纤维的比表面积为 836.58/g，棉纤维的比表面积为 1289.45/g，这表明纤维间孔隙尺寸对比表面积贡献很小，导致了棉纤维的比表面积高于木棉纤维，但其 10nm 以下孔隙数量却多于木棉纤维，且木棉纤维的孔隙率为 102.33%，棉纤维的孔隙率为 101.31%，说明了木棉纤维结构较棉纤维疏松 14。由于木棉纤维以上这些方面的突出性能，其各种新的用途也正逐渐被开发。但由于其超分子结构上的与棉纤维有所不同，导致木棉纤维的上染率不及棉纤维高，因此现对其染色性能进行研究，这是染整工作者研究的重要课题。超分子结构与染色有着密切的关系。超分子结构是指在分子结构基础上、由许多个分子集聚时所形成的分子聚集态结构，又称聚集态结构。其地位介于纤维形态结构和分子结构之间。描述纤维中长链分子（高分子）排列状态、排列方向、聚集松紧程度 15。超分子结构对纤维的化学、物理或力学性能影响很大。结晶度，即引言7百手起驾 整理为您结晶部分占整根纤维的百分比。结晶度高，分子间紧密、作用力大，纤维强度大；纤维断裂在于超分子结构缺陷处。结晶度低，分子间松散，纤维强度也较低，断裂延伸度可能较大。取向度高，纤维强度高，断裂延伸度降低，因为分子链、微晶排列轴向平行，分子间作用力大，应力集中点（缺陷）少，分子链不易断裂和滑移。结晶度高，结构紧密，空隙小又少，化学物质（染料）不能进入结晶区，只在无定形区，难以得到深色。由 X 衍射测得木棉和棉纤维在 24.67和 34.56左右分别出现结晶峰，对应的面间距 d 分别为 0.5362 和 0.3854nm。因此木棉纤维和棉纤维的晶胞具有相同形状和大小，同属于纤维素型。通过分峰计算法得到木棉纤维的结晶度为 35.9%，远远低于棉 54.77%，更低于亚麻69%1617 。纤维素纤维有不同形态结构和超分子结构，但其化学分子的单元结构和链接方式都一样-由葡萄糖剩基单元通过苷键相连接。不同种纤维葡萄糖剩基单元数不同，即平均分子链长不同。纤维素分子化学式：(C6H10O5)n，式中 n 表示聚合度。棉、麻纤维的聚合度约为 10000 到15000，木棉纤维的聚合度大约在 10000 左右，和棉纤维相当。棉纤维由外向内许多同心层组成，大体可分为三个部分：1) 初生层：棉纤的外层，即在伸长期所长成的初生胞壁和外表皮。外表皮是一层蜡质与果胶。初生层胞壁呈原纤网状螺旋结构。层厚 0.10.2 m，决定棉纤维表面性质。拒水性，影响染整，前处理的去除对象。外层由果胶物质和蜡状物组成（角皮层） ，内二层是纤维素网状结构，横缠竖绕。引言8百手起驾 整理为您2) 次生层：位于初生层的下面，占棉纤维的绝大部分，是棉纤维的主体。呈原纤变向螺旋结构。层厚约 4m ，占 90%.，共生杂质少，决定棉纤维性质。层中很多同心日轮，同心轮按走向 S、Z、S 分三层，纤维走向与轴向夹角 2030 度，走向变化，内层直。3) 中腔：棉纤维停止生长后遗贸下来的空隙。在壁内面了附有原生质干燥后的固整残留物。中空，占横截面 1/10，含蛋白质和色素，决定棉纤维颜色。染料和化学处理剂通道 18。而木棉纤维纵向表面有微小凸痕，但不均匀，也没有似棉纤维一样的转曲。由此可知，木棉纤维不存在类似于棉纤维次生胞壁纤维素淀积过程。这就是木棉纤维中空度较所有纤维都高的原因。棉纤维的化学组成为纤维素 94%,蜡状物 0.6%，灰分 1.2%，果胶物0.9%,含氮物等。木棉纤维的化学组成为纤维素 64%.，木质素 13%，灰分 1.4%3.5%、水溶性物质 4.7%9.7%,木聚糖 2.3%2.5%.以及蜡质0.8%, 此外还含有水分 8.6%9。1920 。相比而言，木棉纤维的纤维素含量比棉纤维低了 30%，这也是染料对木棉纤维上染率低的原因之一。染料上染纤维的过程中，一般染料是不发生化学反应的。上染时，染料首先在纤维表面上发生吸附，染在纤维表面。随后逐渐进入纤维内部，把纤维染透。从上述纤维结构描述中可知，纤维的物理结构是不均一的，有结晶区和无定形区。把纤维染透的过程是把吸附推向内部无定形区的过程。这是通过染料在纤维上的扩散来完成的。一般染色是在水溶液中进行的。在水中，各种纤维会发生不同程度的溶胀。在上染过程中，染料主要以分子分散状态在无定形区进行扩散，把吸附推向纤维内引言9百手起驾 整理为您部而把纤维染透的 21。木棉纤维与棉纤维比较，纤维素含量较棉纤维少了近 30%，且含有大量木质素和半纤维素，它们和纤维素互相纠缠和分子间力作用导致了纤维素部分羟基被阻止，并且互相纠缠导致了染料分子不能顺利进入，这可能是导致其上染不易的原因之一。1 实验原理1.1 前处理木棉纤维的色泽较黄，吸水性也差，但从木棉纤维的化学结构来看，却应该是具有很好的吸水性，产生这种矛盾的原因主要是天然木棉纤维中除了含有 64的纤维素以外，还含有大量的天然杂质（也称纤维素共生物）的缘故。前处理是要在尽可能不损伤纤维的前提下，适应地除去杂质，从而提高加工质量。通常用稀烧碱溶液,它在适当的条件下能和部分天然杂质发生作用，并使他们转变为容易洗去的产物，而纤维在这种条件下却不会受到什么损伤。木棉纤维