（服装设计与工程专业论文）竹原纤维柔软性能的改性研究.pdf

t 1 l ei 沁s e a r c ho nm o d i 6 c a t i o no fo g i n a lb a i n b o of i b r e a b s t r a c t t h c m o d i 置i t i o f 丘b h 弱b c 钮峨d i n t e x t n c i n d u s h _ y 蠡盯a l 伽g t i m c a n d t h c 佗 w c 北q u i t c 鲜a ta d c 、，锄c n 协缸叽rl i f c h 咖c v c r t h cm o d 垴商d no f 丘b 佗w 舔a l 口1 0 s t i i s c dj ns y n t h c 姐d 托g c n 啪t e d 右b r e t h cr 嚣蛐c h 佃t h cm o d i 6 训o f n a t i i r a l 丘b mi s s t i u 吼d 盯t h cd c 代l o p m c n l 仃a c t i 佃a n dm 捌l i n j m gt c c ：h 砌o g yo f 鲥g i n a lb 锄b 丘b r cw 弱砌ym 越c db y 伽刚v c s ，柚ds 卸i n t h ch 蛐c s t n i g h ta u0 v 凹t h c w o r l 正n ep a l c n to f o 吨i n a lb 锄b l i b 他w 峦脓i v c db y ) 【u c s o 昭c o ，u _ do fh u n 柚p r o v i 咄1 1 l c ”a rt m n y a d 垤n t a g e so f 耐g i n a lb a m l 瑚丘b r c ，轧c h 弱h i g hi n t 朋s i o ，的o dc l a s i p a r t j 饥l a r sh c l 睫a n dg l i d i n g 雒s i l k ，c 鸹yd y c i 卫嘎柚吐b a c t c r i u m ，柚d 砌t 刖i o l c tn ya n d 眦 胁e 曲o ，i ti si na o f d 柚耐山。g 他蛐一c 咖喀u m ，a i 舢d y h | ，w “c t h ci i g i d i t yo f 讲自睁l a lb 锄b 丘b 他i sm u c hh i g h 盯t h 觚o n 埘n u l o 句慨ht h ep r o o 略so f i s i n ga n d 盘r d i n 参t h c w 撼t m u c h 蹦l c nf i b nw 笛髓s y b r i 砌c t o 邝p t u ，a e t t i c b a d p k a b m t y 姐d t k 锄r 白c co f 矗b r i c w 鹞n m 锄t he 咖g h ， w c m l d lal i n ki l c t i i n gw h c w et o u c h c dt h cf 出r i c 1 1 l c 蚯g hq u a l 姆o f 鲥g i n d b a m b c 耵t 旺t n cw 勰b 1 0 c ko 丘弱山c 辩c h 孤a d c i i s t i 圆，h ef a u 曲c rd e v c l 叩m c n la n d u d l i 盈t i 仰w a sa i s om o mo ri c 鲳i n n u 既i c c d b 鹤c d 衄a b o v cf 缸= t s ，t 、mm o d i 6 t i o 惦w e r ea d o p t c di od c a lw i t h 删g i n a ib 锄b 6 b 佗，t h c ya 他饥z y m a t i c 柚dp l a 锄扎t h cm a i n n t c n 扭w c 他g i v i n 衄sp a p e r 舔 f o i l o w s ： 1 n c p l i a b i u t yo f o r i g i n a ib 锄b 肋他w 弱i m p d a 代db yc 配舯砒i c ，t h cr i g i d i t y 柚dn 峙 d i f i h e n c eo fd y n a n i i c 卸ds 乜衔c t i o n a i e f f i c i 仰tw c 他d e q ) l yd e c 化勰e d ，柚d 血c 把n s i l ee l 丛t j c i t yw 筋i n l p r o v c ds l i g l l u y 2 1 1 l cs 咖g mo f 嘶g i n a lb a m b 6 b 圮w 鹬n ti n f l u c n c c d 衄a r l 【a b l y t h es u m i a n d m p o n 蛐t sw e 陀h a r d l yc h 彻g e d ，b u tt l l cc r y s t a l l o i dw 舔c l i a n g c ds l i g l l t ly 3 t 1 l cp l i a b i l i t y 卸ds t r c n g t ho f o r i g i n a ib 锄b o o6 b 他w c n o ti n n u c n c c d m a r k a b j yb y p l 蜘a ，a n dt h co m n p o n c n 伍a n dc r y s t a l i o i dw c r ch a r d l yc l i a i l g c d 堡! 竺! 竺壁竺坚型衄塑堕塑型里唑竺墅壁型璺竺 4 n e 龇血o f 删g i n a ib 锄b 丘b 他啪sd p i yc h 卸g c db yp l 蛐a ，n 嶂o 伍c i 如to f 衔c t i 伽w 舔d c 印l yi n m 够e d ，如dt h ci m e n w i s to f 丘b 盯吣f c 棚yi m p d o v 吐 k 9 y w o r d ：m 0 d i 丘c a t i o n ，o r i g i n a lb a m b 丘b 盯 p l i a b i l i 魄e n z y m a t i c ，p l 蜘a j 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已 经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书 而使用过的材料对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人承担本声明的法律责任 ，。 研究生签名：! 尘熟! 鳌日期：! ! ：! ：堡 ，学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、 中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文 档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以 公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大 学学位办办理 研究生签名： 导师签名： 豳赶日期：幽：! ：竺 日期： 竹原纤维柔软性能的改性研究第一章绪论 第一章绪论 纺织材料在漫长的人类文明中一直扮演着极为重要的角色，它是我们人类赖以 生存和发展的重要物质基础随着经济全球化的不断发展，特别是在我国加入世贸组 织后，坚持可持续发展已成为全面建设小康社会、加速推进实现现代化建设的一个重 要理念。始于上世纪中期。合成纤维的研究与发展确实为人们的生活提供了更加丰富 的内容，同时也带来了极大的经济繁荣然而，长期掠夺资源必将造成环境的污染和 能源的消耗于是，新材料的研究与开发正逐步趋向于天然生物材料和仿生物材料【1 1 随着人们环保意识的日益加强以及对照装面辩舒适性的更高追求，“回归自然”、 。绿色环保”这样的消费理念已广为社会各界人士所接受天然竹原纤维的研究和开发 正是在这样一个巨大浪潮的鼓舞与推动之下逐步站稳脚跟，并渐渐地成为纺织、服装、 医疗和卫生等领域所瞩目的“新秀”纤维材料1 2 j 天然竹原纤维是一种新型的环保型纤 维，其再生性和生物可降解性，加工过程的无污染性，特有的抗菌性、防紫外线以及 高吸放湿性等功能特性，使得竹原纤维成为且前纺织行业中的又一闪亮点，其发展的 趋势锐不可档 第一节竹原纤维的研究背景 随着科学技术的迅猛发展和人们生活水平的快速提高，人们对服装的需求已不仅 仅停留在保暖和遮体的功能上，而是越来越关注自身的健康和生存的环境，于是人们 开始渴望能够拥有更多功能性更突出的绿色、环保型天然纤维制服装面料竹原纤维 的出现在某种意义上满足了人们的这种需求。 1 竹原纤维在纺纱过程中存在的问题 竹原纤维的刚度比常用纤维素纤维高许多。纤维在开松和梳理等加工过程中的落 纤率极为明显( 仅精梳的落纤率就高达1 5 左右) ，纤维之间的抱合能力偏差，硬条 率较显著，纤维易脆断强力及伸长率指标也不很理想。 竹原纤维纱线的条干不匀比较明显，表面毛羽较多，纱线糙头多。弹性偏差，柔 软性也偏差。从而增加了织造难度，如易断纱、产乍破洞。织物表面不够平滑细腻， i 竹原纤维柔软性能的改性研究 第一章绪论 与皮肤直接接触时有刺痒感，这些性能特点对提高产品档次产生了一定制约，从而影 响了竹原纤维产品的进一步开发与利用 2 问题的分析与讨论 经初步分析原因如下：竹原纤维的刚度大，取向度大，结晶度高，非结晶区域少， 加之纤维偏粗，单根纤维的弯曲性指数和最大抗弯力能力都很大，纤维与纤维间的抱 合能力偏差，因此生产中的落纤高，易产生硬条，纤维容易脆断，强力和伸长率指标 也会受到一定的影响。 纤维的性能决定了纱线和面料的服用性能因此，纺纱时纤维间的抱合能力低， 竹原纤维的成纱质量受到制约，纤维的端头易暴薅在纱线表面形成毛羽将带有毛羽 且本身刚度较高的竹原纱线纺制成服装面料，穿着时易皱、与皮肤接触时略有刺痒的 感觉。 3 解决问题的思路 竹原纤维的刚度较高，对实际生产极为不利。本文研究的重点是竹原纤维柔软性 能的改善，通过采取一些合适竹原纤维的改性处理技术来提高其柔软性能，从而期望 能够在某种程度上为实际生产提供有效的理论依据 第二节竹原纤维的研究现状 1 竹原纤维的组成与结构 1 1 竹原纤维的化学成分与组成 竹原纤维的化学成分主要是纤维素、半纤维素和木质素，它们的组成与分子形态 见表1 1 1 3 1 三者同属于高聚糖，总量占竹原纤维干质量的9 0 以上，其次是蛋白质、 脂肪，果胶、单宁、色素和灰分等，大多数存在于细胞内腔或特殊的细胞内，直接或 间接地参与其生理作用。 2 竹最纤维柔软性能的改性研究第一章绪论 表1 1 竹原纤维的主要组成成分 纤维组成物单体组成分子形态 纤维素 c 6 h 1 2 晚线形高聚物 半纤维素g 潮5 c h 2 c h 2 a 线形高聚物 木质素多缩戊糖三维网状高聚物 纤维素是组成竹原纤维细胞的最主要物质因竹龄的不同其纤维素含量也不同， 如毛竹嫩竹为7 5 ，1 年生为6 6 ，3 年生为5 8 竹原纤维中的半纤维素含量一 般为1 4 2 5 ，毛竹平均含量约为2 2 7 ，并且随着竹龄的增加，其含量有所下 降，如2 年生长竹为2 4 9 ，4 年生为2 3 6 川 1 2 竹原纤维的结构形态 竹子种类繁多，不同品种竹子的竹秆除大小、租细、厚薄、节间距离等不同。基 本组织结构大体上相同，即竹材秆部由表皮组织、维管柬组织、基本组织及镑腔等几 个部分组成。经s e m 观察结果，竹原纤维的纵向表面及横向截面如图1 1 和图1 2 所示 图1 1 竹原纤维的纵向表面图 图1 2 竹原纤维的横向截面图 竹原纤维的纵向表面呈现出许多微细的裂纹，伴有少许凹槽，并且横向有横节， 没有天然转曲，正是因为这些凹槽和裂纹使得竹原纤维可以在瞬闻吸收和蒸发水分， 具有良好的透气性能竹原纤维的横截面呈扁平的多边形，边沿具有不规则锯齿形， 内有中腔，在中腔内分布有分裂状的丝状纤维，部分截面上有辐射状裂纹这些中腔 也使得竹原纤维的吸、透湿性能较好例。因此，专家们称之为具有“呼吸功能”的特殊 纤维1 6 l 。 3 竹原纤维柔软性能的改性研究第一章绪论 2 竹原纤维的性能 2 1 竹原纤维的机械性能 纺织纤维必须具有一定的物理机械性能，这是纺织材料服用性能的最重要物理性 能之一聊竹原纤维的一般技术参数见表1 2 【蚋 表1 - 2 竹原纤维的一般技术参数 技术参数数值 线密度( d 钯x )5 8 3 3 平均线密度( d 把墨) 5 8 2 断裂强度( c n ，d t “) 3 4 9 断裂伸长率( ) 5 1 初始模量( 心i d t 旺) 1 5 6 5 2 回潮率( ) 1 1 6 4 保水率( ) 3 4 9 3 2 2 竹原纤维的绿色环保性能 在竹子的生长过程中，一般不需要使用任何农药和试剂，这就保证了竹原纤维原 料的天然无毒性。其原料的提取和生产全部实施绿色生产，同时竹原纤维及其制品可 完全降解，具有优良的生物可降解性，可完全回归自然，故其属于1 0 0 的绿色天然 纤维【9 1 竹原纤维及其制品的的研究与开发对纺织生态学具有极其重要的意义 2 3 竹原纤维的吸、放湿性能 竹原纤维的最大特点是横截面的高度天然中空，纤维截面上布满椭圆型空隙，空 隙呈梅花形排列，这使得竹原纤维及其制品的吸湿、放湿、导湿性能均极佳。有实验 表明，竹原纤维在标准状态下的回潮率可达1 2 ，在3 6 、1 0 0 的相对湿度条件下， 竹原纤维的回潮率已高达4 5 ，且吸湿速率特别快i 埘，相同条件下，其他纤维的回潮 率及其吸湿的速率都不如竹原纤维。竹原纤维优良的吸湿、导湿性能非常适用于夏季 服装面料 竹原纤维柔软性能的改性研究 第一章绪论 2 4 竹原纤维的抗紫外线功能 有研究表明，竹原纤维布对紫外线的反射率比麻布、棉布低，这就意味着前者具 有更强的吸收紫外线作用，特别是在c 波领域的效果更明剧“研究还表明竹原纤维 中所含的叶绿铜钠是安全、优良的紫外线吸收剂，其抗紫外线功能比棉强2 0 倍左右1 1 1 1 2 5 竹原纤维及其产品的抗茵性能 竹原纤维具有较强的抗菌和杀菌作用，按照棚c 6 5 3 8 对竹原纤维、亚麻纤维、 苎麻纤维与棉纤维进行抗菌性能测试，测试结果见表1 3 【8 1 所示我们可以看出，竹原 纤维与亚麻、苎麻均具有较强的抗菌作用，其抗菌效果是任何人工添加化学物质所无 法比拟的，其特有的天然、环保、持久、保健等功能特性与人工加工的抗菌纤维是截 然不同的 表l - 3 几种天然纤维的杀菌率 名称竹原纤维亚麻纤维 苎麻纤维棉纤维 种类 ( )( ) ( )( ) 金黄色葡萄球菌 9 9 o9 3 99 8 7 芽孢菌 9 9 79 9 89 8 3 白色念珠菌 9 4 19 9 69 9 8加1 实验表明，天然竹原纤维、亚麻和苎麻均有较强的抗菌作用竹原纤维织物对氨 气的除臭率为7 0 7 2 ，对酸臭的除臭率达到9 3 9 5 旧日本研究人员的实 验证实了竹沥有广泛的抗微生物功能，由竹原纤维制成的纺织品2 4 小时抗菌率可以达 到7 1 ，大大高于其他种类的纤维日本纺织检查协会的检验证实由竹原纤维制成的 面料及纱线具有天然的抗菌作用【1 2 1 。 日本学者用竹原纤维布料做除臭效果对比实验表明，竹原纤维面料的除臭作用比 棉布要强得多。竹原纤维装饰面料，具有自身防虫抗菌和产生负离子的功能它可以 把空气中的微粒离子化，慢慢不断地产生负离子，同时会激发远红外线放射矿石粉产 生温热效应，增加负离子在产品中的保健效果，大大减少了r 常生活中有害细菌对人 体的伤害1 1 3 l 。 竹原纤维柔软性能的改性研究第一章绪论 3 竹原纤维的前景展望 我国竹资源丰富，种植广泛。竹原纤维的再生可降解、生产无污染和多功能性， 使其成为2 1 世纪的多功能绿色环保纤维”l 堋天然的竹原纤维经去糖、去脂处理后， 多年保存不发霉、不虫蛀竹子易加工，且生产成本低，将有望广泛地应用于工业、 建筑、环保等领域，逐步取代木材和玻璃纤维用于增强纤维行业。从服用舒适性来看， 可做成贴身衣服、浴农、床上用品等。竹原纤维制品比麻制品更光滑亮丽、比真丝更 抗皱挺爽1 1 5 l 。从市场前景看，由于合纤依赖石油化工及对环境有污染，而棉麻及丝由 于受自然条件、农民收益等因素制约，增产潜力有限竹原纤维依仗其广泛的天然资 源之优势，随着市场的不断开拓，将会立足于面料市场并占有相当的市场份额竹原 纤维的多项性能优势，为竹原纤维的市场开发奠定了一个光明的前景，也使得竹原纤 维纺织产品的附加值明显地得到了增高这是厂家开发的原动力，也是受到广大消费 者青睐的原因所在 目前，我国的竹原纤维服装主要用于出口一件竹原纤维的服装在美国可卖5 美元在日本，一件加入竹原纤维的休闲西装可售5 9 万日元国内，一件含竹原纤 维的衬衣或裙子也要好几百元基于竹原纤维的多项特效功能和高附加值，因此，竹 原纤维将被重点用于生产具有特效功能的产品上【m 1 总之，竹原纤维产品的成功开发，使我国丰富的竹资源得以充分的利用，并推动 了我国林业和纺织服装业的升级，还顺应了人们崇尚自然、绿色环保和卫生保健的消 费理念。随着对竹原纤维产品研发力度的不断加大，加上消费市场稳步开拓，竹原纤 维产品的市场前景将会更加广阔。我们相信：在不远的将来，随着竹原纤维纺织产品 研究力度的加大和产量的增加，其应用领域会进一步扩大 第三节本课题的研究目的和研究内容 竹原纤维属于真j 下意义上的纯天然纤维，目前竹原纤维的制品已投入批量生产并 逐渐走向市场，但是竹原纤维的刚度较高等性能缺陷对纺纱工艺，成纱质量都产生了 一定的负面影响。因此，对竹原纤维进行性能研究，提高产品的质量和档次是竹原纤 维产品产业化，市场化的当务之急 本课题的研究，j 生产实践相结合，根据竹原纤维在纺纱过程中存作的问题。分析 竹原纤维柔软性能的改性研究第一章绪论 了产生这些问题的原因，并根据可用的设备情况，提出了合适的改性处理方案，即酶 处理技术和等离子体处理技术，期望能对竹原纤维的柔软性能有一定的改善作用据 此，本课题的研究内容如下： 1 采用正交试验优化设计法确定最佳的酶处理工艺对竹原纤维进行酶改性处理 2 研究酶处理前、后竹原纤维的表面形态、组成成分、晶体结构、力学性能以及摩 擦性能的变化情况 3 采用正交试验优化设计法确定最佳的等离子体处理工艺对竹原纤维进行等离子体 改性处理。 4 研究等离子体处理前、后竹原纤维的表面形态、组成成分、晶体结构、力学性能 以及摩擦性能的变化情况 7 竹原纤维柔软性能的改性研究第一章绪论 本章参考文献 1 1 】刘敏蜘蛛丝成丝机理的研究【d j 苏州大学硕士学位论文2 0 0 4 【2 】唐昕符合生态纺织要求的竹纤维及其产品川新纺织2 0 0 3 1 0 1 9 2 l 【3 】夏有根徐尔娜我国竹子研究概述【j 】江苏林业科技2 0 0 0 6 【4 】孙宝芬等新型再生纤维素纤维一竹纤维【j 】山东纺织科技2 0 0 3 24 6 4 7 ； 【5 】陶丽珍蒋耀兴竹原纤维结构和力学性能研究【j 】现代纺织技术2 6 3 1 4 【6 1 王文淑冯素江天然抗茸纤维一竹纤维【j 】毛纺科技 2 0 0 3 54 8 5 0 【7 】姚穆周锦芳纺织材料学【m 】 纺织工业出版社 1 9 9 3 6 ( 第二版) 【8 】邢声远刘政周湘邡竹原纤维的性能及产品开发【j j 纺织导报2 0 0 4 4 4 3 一 鹌 1 9 】蔡再生纤维化学与物理【j 】中国纺织出版社2 0 0 4 8 【1 0 】王志进环保型竹纤维面料的开发【j 】国外纺织技术2 0 0 3 1 2 7 一勰 1 1 1 】周衡书钟文燕竹纤雏的开发与应用f j 】纺织科技研究2 0 0 3 4 3 0 3 6 【1 2 j 巩继贤竹纤维一一种纺织新材料【j 】纺织导报2 0 3 5 9 6 2 【1 3 】乐逸婵王国和竹纤维的结构性能及其产品开发【j 1 四川丝绸加0 4 4 1 0 一1 3 【1 4 1n 眦一m m ，l i a o k d i i m b i l i t yo fb 锄b o o g i a 鼯丘b c r 他的咄删蛐盯 螂i 舡i ：x h y b r i d m 删t e s 【j 】，c c 衄p i t c ss c i c n a n dt c c h l o g y 2 0 0 3 ，6 3 ( 3 q 【1 5 】周衡书付纤维纺纱与织造性能研究p 1 纺织学执2 0 0 4 1 0 9 1 9 3 【1 6 】岳新霞孙卫国竹纤维的性能及其产品开发p 】 陕西纺织2 0 0 4 34 4 4 5 8 竹原纤维柔软性能的改性研究 第二章竹原纤维的改性方案研究 第二章竹原纤维的改性方案研究 纤维的改性技术有很多种，大致可以分为化学改性、物理改性和基因改性三大类 化学改性是通过分子设计的方法来改变已有的成纤高聚物的大分子结构，以达到改善 纤维性能的目的，如接枝共聚、交联反应等。物理改性是在不改变成纤高聚物大分子 结构的前提下，只改变纤维的形态结构来改善纤维的性能，如复合技术、假捻技术和 等离子体表面处理技术等基因改性是利用现代分子生物学技术研究天然生物的基因 特征，将某些生物的基因转移到其他生物中，改造其遗传物质，从而使改造后的生物 在性状、品质等向人类需要的目标转变，如蜘蛛丝和彩色棉等等 纤维素作为一种天然高分子材料，存在于丰富的绿色植物当中，是我们自然界。取 之不尽、用之不竭”的资源在煤、石油，天然气的储量日益减少的今天，纤维素作 为一种可持续发展的资源已被广泛地研究和开发纤维素纤维突出的优点就是具有生 物可降解性和可再生性，在解决人类所面临的能源、资源和环境问题方面有重要意义 纤维素的改性研究有着广阔的研究前景i 第一节纤维素的结构 纤维素是天然的高分子化合物，其分子式为( q h 州0 加，大分子的结构式如图 2 一l 所示 国。蛰 图2 一t 纤维素大分子的结构式 纤维索是一种多糖物质，每个纤维素大分子是有n 个葡萄糖残基，彼此以l 。4 一 苷键( 氧桥) 连接而成。所以纤维素大分子的基本链节( 基本单元或单基) 是葡萄 糖残基在大分子结构式中为不对称的六环结构，也称氧六环。纤维素大分子的官能 9 竹原纤维柔软性能的改性研究第二章竹原纤维的改性方案研究 团是羟基和苷键。羟基是亲水性基团使纤维素具有一定的吸湿能力；而苷键对酸敏感 所以纤维素比较耐酸不耐碱。此外，纤维素大分子中氧六环之间距离较短，大分子问 羟基的作用又较多，所以纤维素大分子的柔曲性较差，是属于僵硬的线型大分子1 2 j 分子链上大量反应性强的羟基的存在，十分有利于形成分子内和分子问的氢键， 使纤维素分子链易于聚集在一起，趋于平行捧列而形成结晶性的原纤结构唧纤维素 分子内氢键和分子间氢键对纤维素链形态和反应性有着深远的影响，尤其是c 羟基 与邻近分子环上的氧所形成的分子间氢键，不仅增强了纤维素分子链的线性完整性和 刚性，而且使其分子链紧密捧列而成高侧序的结晶区，其中也存在着分子链疏松堆砌 的无定形区川竹原纤维是典型的植物纤维，因而在本章中着重介绍了植物纤维素的 改性情况 第二节竹原纤维的改性技术 竹原纤维是一种纯天然纤维素纤维，它的性能特点是柔软性能偏差，对生产成本 极为不利。本文结合竹原纤维的性能特点以及学校现有的设备情况，共选用两种改性 处理方法对未进入纺纱系统的天然竹原纤维进行改性处理，即酶处理和等离子体处理 两种 1 酶处理改性技术 1 1 酶处理技术简介 酶是生物体内在一定的条件下根据生命活动的需要而合成的生物催化剂。由于生 物酶具有专一性强，催化效率高和反应条件温和等显著性特点，目前已在食品、轻工、 医药、环保和能源等许多方面得到广泛应用，在纺织工业中也不例外酶处理是化学 处理中适用性能最为广泛的一种吼 1 2 酶的催化特性 酶是一种高效的催化剂。由淀粉或纤维素变成葡萄糖或由蛋白质生成氨基酸，往 往需要高温、高压、强酸或强碱等条件，经过复杂的反应才能达到但是在生物体中 的这些过程( 即新陈代谢过程) 是由酶控制着的，可在常温、常压、缓和的酸碱条件 下进行f 6 l 。因此酶具有极高的催化效率，高度专一性，反应条件温和，这就为生产中 i o 竹原纤维柔软性能的改性研究第二章竹原纤维的改性方案研究 的控制带来便利。酶参与的生化反应可降低能耗，对环境污染小，对设备腐蚀轻，生 产安全 1 3 酶的分类 为了准确地识别某一种酶，避免发生混乱和误解，在酶学研究和酶工程领域要求 对每一种酶都要有准确的名称和分类。根据国际酶学委员会的决定，区分酶专一性的 基本依据是它们催化的反应，据此将己知酶的催化反应分为六大类1 5 】： ( 1 ) 氧化还原酶类：r h 2 + r ( 0 吩_ + r + r h 2 ( 1 1 2 0 ) ( 2 ) 转移酶类：r g + r - + r + r g ( 3 ) 水解酶类：r r + h 2 0 r h + r 。0 h ( 4 ) 裂解酶类：i 汛一r + r ( 5 ) 异构酶类：r r ( 6 ) 合成酶类：r + r 栅_ r r + a d p ( a m 聃p l 口p 1 ) 每一大类又可根据反应类型不同分为若干小类，具体分类原则为：氧化还原酶类 根据氧化反应供体的基团进行分类；转移酶类根据被转移基团的性质进行分类：水解 酶类根据水解键的类型进行分类：裂解酶类根据裂解键的类型进行分类；异构酶类根 据异构作用的类型进行分类；合成酶类根据生成键的类型进行分类m 1 4 酶制剂的选用 由于生物酶具有高度专一性，因此在选择酶制剂的种类时，要根据整理的对象来 确定酶的种类旧。纤维素是生物界最重要的碳源物质，每年由光合作用产生的植物干 质量约2 2 0 亿吨，其中纤维素占5 0 【9 1 纤维素酶是能将纤维素的8 1 ，4 一葡萄糖 甙键水解成葡萄糖的一组酶的总称纤维素被彻底分解而又无污染的一条有效途径 便是利用纤维素酶的水解作用1 1 0 i 竹原纤维是一种典型的纤维素纤维，所以本文的酶处理实验中选用的助剂是一种 纤维素酶。纤维素酶是一个多组分的酶体系，一般由两种或两种以上的酶组成，而且 产生纤维素酶的多种微生物还能同时产生一些其他的酶。因此，应用纤维素酶制剂时， 不仅仅是纤维素酶在起作用，往往还有一些其他酶共同参与，协同对纤维素进行水解 1 5 酶在纺织领域的应用 经过科学家们个多世纪的研究，通常认为已知酶高达3 0 0 0 多种。目前在纺织 竹原纤维柔软性能的改性研究第二章竹原纤维的改性方案研究 中应用生物酶的技术范围较广，已在纤维改性，真丝脱胶、原麻( 苎麻、亚麻、红麻) 脱胶，染整的退桨、精练，整理和净洗加工，纺织印染的废水处理以及服装的成衣加 工等方面有所应用f 2 1 生物酶技术在节约能耗、减少环境污染、提高产品质量、增加 附加值和开发新型原料的产品等方面都具有独特的优势 1 5 1 酶在退浆中的应用 织造时，经纱由于开口和投梭作用受到较大的张力和摩擦，常有纱线断裂的现象 出现。为改善纺纱的可织性，减少断头率，织造前的经纱一般都要经过上浆处理，以 便将纱中纤维黏着抱合起来，增加经纱强力和耐磨性但经纱经过上浆，对于织物的 染色和手感会产生不利的影响为此，在织物前处理中首先要进行退浆，尽可能地去 除浆料。但目前，实际生产中使用的退浆方法大多能耗大，产生大量废水，严重污染 环境。 为减少污染，就需要找到一种“绿色工艺”来代替传统工艺目前酶退浆就是一种 很有发展前景的“绿色工艺”，它具有效能高、活化条件温和、能有效地避免纤维损伤 和大幅降低环境污染的优点 1 5 2 酶在煮( 精) 练中的应用 传统的棉精练是在热碱液中进行的，效果非常显著，缺点是耗用大量的酸来中和， 并用大量的水冲洗。造成环境污染严重和大量水资源的消耗 为了改变这一情况，近年来专家们开发了操作安全的酶精练技术，它可在温和的 湿度和p h 条件下进行，且对纤维的结构和强力没有损伤生物酶精练代替传统的碱 精练成为流行趋势，除了环保这一因素而且酶精练的实际成本比传统的碱精练法更 为经济 1 j 3 酶在洗涤中的应用 用在洗涤中的酶最主要的就是碱性蛋白酶，它在工业酶中是用得最多的一种酶， 约占总量的6 0 。碱性蛋白酶是洗涤剂用得最广的、数量最多的一类品种。蛋白酶 可以在碱性条件保持活力，并催化水解蛋白酶。因为人类衣物上的污迹主要是皮脂、 汗、食物残渣等构成，所以洗涤时的水溶液中就显示出较高的碱性，在这种条件下碱 性蛋白酶就可以将污迹中的蛋白质催化水解，使结构复杂的蛋白质分解成结构简单、 分子量较小的水溶性肽，或者进一步分解为氨基酸。这样，原来黏附在衣物上的其它 污物也就起被沈下来i l l j 竹原纤维柔软性能的改性研究 第二章竹原纤维的改性方案研究 酶在纺织工业中的应用还有很多，如蛋白酶在羊毛的改性中的应用、生物酶在纤 维素织物染色中的应用、各种纤维的生物酶抛光等等 2 等离子体处理改性技术 等离子体放电技术是本世纪7 0 年代新兴起来的一门改性处理技术，随着当代高 新技术的蓬勃发展应运而生，探索并揭示了物质处于“第四态”一等离子体状态下的性 质、特点和化学反应规律，同时为化学合成、制膜技术，表面处理和精细化工提供了 崭新的技术手段。现已广泛地应用于化学化工、高分子科学、材料科学及半导体工艺 等领域。目前，等离子体技术正处于蓬勃发展的时期，仍在不断地开拓各种新的应用 途径【切。 2 1 等离子体的产生 等离子体是一种具有足够带电数量且有相等正负电荷数的导电气体，是由大量的 电子、离子、原子和分子或自由基以及辐射光子等离子组成的集合体它与固态、液 态、气态的物质存在形式属于同一层次的物质存在形式，又被称为物质的“第四态川“ 等离子体宏观上是电中性的，而在局部存在着电性差异，因而在整个体系中存在电场 及带电粒子问的相互作用当存在外界激励时，等离子体内的带电粒子得以不断加速， 在提高其自身能量的同时，通过相互问的碰撞将能量转化或转秽堋用在纺织工业中 的多为低温等离子体处理。低温等离子体是一种有效的表面改性技术，这种改性方法 仅发生在材料的表面层，而且作用时间短、效率高、干态、不产生污染等【明 2 2 等离子体处理效果的影响因素 影响等离子体处理效果的因素很多，有放电气体种类、电场强度和工作压强、放 电频率、放电时间、反应器形状、基材放置的位置，材料的表面形状、性质、温度、 湿度、电位及后处理的条件参数等等其中最主要的影响因素是处理气体种类、放电 时间、工作气压和放电功率本文在实验方案设计中，保持其它参数不变的前提下， 选定了气体种类、放电时间、工作气压和放电功率这四个工艺参数进行试验优化设计 2 3 等离子处理设备 纤维的等离子体处理效果与反应器结构和运转特性有很大关系，目前使用的反应 器有间歇式和连续式两大类型。俄罗斯伊凡诺沃的n i c k m i 研究所丌发了k p r 一1 8 0 型间歇式辫光放电处理设备，加工时白j 短，操作全自动，加i ：成本降低，可处理毛、 1 3 笪墨竺墨竺丝丝塑垦竺里壅苎三主笪曼堑丝堕垦丝查壅塑塞 棉、丝和化纤类纺织品【埘 此外，为了克服常规辉光放电处理设备昂贵的真空系统和间歇式生产的缺点，美 国田纳西大学的等离子体科学实验室开发了一种大容量、低强度的稳定态辉光放电系 统，不需保持真空。可在空气、氨气或其它气体中放电，如果不用空气，则只需简单 密封即可 2 4 等离子体处理在纺织领域的应用 理论上讲，等离子体处理适用于各类纤维。在棉布行业，可用于代替或简化退浆、 煮练、漂白、丝光等前处理；对于羊毛，可取代部分抓法湿处理及改善染色加工此 外，它能赋予纺织品耐久的拒水、拒污、阻燃、防皱等性能 2 4 1 亲水性及其相关性能的改善 等离子体处理在纤维改性中的应用之一是改变纤维的亲水性，通过自由基反应在 纤维表面引入一些含氧或其它的亲水性基团，如c = 0 、- 0 h 等，从而使织物的毛 细管效应加强，润湿性、吸水性得到改善。聚合物极性与亲水性的增加也有助于改善 拒污性，特别是对化学纤维织物及其混纺织物的效果更显著这类织物由于疏水性、 易带静电而极易沾污且不易去污，用等离子体处理后则可使纤维材料表面变得亲水减 少沾污，洗涤时也较容易去污i 切 ， 2 4 2 拒水性和防水性的改善 为了得到拒水性的纺织品，可使用氟等离子体处理，也可将氟碳化合物与等离子 体共同处理。如用全氟化合物与等离子体共同处理棉及羊毛织物，织物表面摩擦系数 增大，手感变得粗糙 2 4 3 粘合性的改善 材料经等离子体处理后，表面粗糙度增加，并可引人一些极性基团，从而使表面 能增大，这一作用可应用于服装工业的层压织物中提高粘合强度，可增加约2 6 倍， 从而有利于保持织物的外观，延长材料的使用寿命1 1 8 j ； 2 4 4 可纺性的改善 以辉光放电等离子体处理棉纱，可除去表面蜡质，使纤维表面变得粗糙，从而增 加纤维问的抱合，并提高棉纱的断裂强力，改善其可纺性1 1 9 i 等离子体在兔毛上的 应用极为有效，可改变兔毛表面彤态结构，增加原本十分光滑的兔毛表面的粗糙度和 1 4 竹原纤维柔软性能的改性研究第二章竹原纤维的改性方案研究 摩擦系数，提高纤维间间抱合力，改善兔毛的纺纱性能，并降低兔毛产品的掉毛率。 2 4 5 整理应用 除拒水、拒污、亲水、防缩整理外，等离子体技术在防皱、阻燃等方面的应用也 有研究这些后整理多是将材料用等离子体处理后，再引人单体进行接枝共聚或交联， 获得所需的整理效果 等离子体技术具有反应速度快、作用时间短、材料的物理机械性能损失小、无污 染、多种改性效果等优点，已引起研究者们较为广泛的注意，但在等离子体技术真正 大规模应用之前，需对纤维表面改性作更深人的研究，并开发出适合于连续操作、使 用方便、价格合理、环境安全的等离子体处理设备i 铆等离子体处理技术在纺织领域 具有着非常广泛的的应用前景 酶处理和等离子体处理技术都是纤维改性领域中较为常见且对纤维的柔软性能 和表面性能等方面均有不同程度的改善作用除此以外，这两种改性技术污染小、成 本低，设备简易，是纤维改性中较理想的处理技术，在纺织工业中的应用前景必将更 加广阚 竹原纤维柔软性能的改性研究 第二章竹原纤维的改性方案研究 本章参考文献 【1 】熊建华王双飞纤维素的改性技术及进展【j 】西南造纸2 0 0 4 6 2 4 2 6 【2 】李群赵昔慧醇在纺织印染工业中的应用【m 】化学工业出版社2 0 0 6 4 1 3 】汤烈贵朱玉琴纤维素功能材料【j 】第三界全国纤维素化学学术讨会1 9 9 4 6 2 3 2 5 7 【4 】赵义平刘敏江热塑性树脂植物纤维复合【j 】材料的纤维改性方法2 1 1 2 3 2 1 3 2 5 【5 】周文龙酶在纺织中的应用【 q 中国纺织出版社2 0 0 2 6 1 6 】b u d z k nk c t a i p i o p c n i 嚣a n d m 0 d i 右c a t i o 璐 o fn v fc o m d o s 沁川 j a d d口0l 啪s c t 1 9 9 6 5 9 1 3 2 9 1 3 3 6 阴周兴平解孝林等剑麻纤维的表面改性及其复合材料的研究进展【j 】工程塑料应 用2 o 2 8 ( 8 ) 4 4 4 7 【8 】蔺艳琴揣成智等天然植物纤维复合材料的研究【j 1 塑料科技1 9 9 9 8 ( 4 ) 8 1 0 【9 j 胁m a c h 柚d 啪，慨仇l c t 岫l 吐棚| c t c t i z a t i 佃o fb 锄b m j 伽m a lo fm a i c r i a l s s c 耙n c ，2 0 0 4 ，3 9 ：1 0 5 5 。1 0 6 0 【1 0 】万慧芳熊秋元原生竹纤维织物酶处理工艺的探讨p 】针织工业2 0 0 5 1 25 0 5 3 1 1 1 】魏玉娟助弃j 在羊毛低温染色中的应用【m 】针织工业2 6 2 4 5 4 7 【1 2 】赵化侨等离子体化学与工艺【j 】中国科学技术大学出版社1 9 9 3 2 1 2 【1 3 】ms 姗a d i ，1 c xc h c m 柚dc o l o r i s t 【j 】1 9 9 6 ，2 8 6 1 7 【1 4 】陈苏等离子体技术在纺织工业中的应用【j 1 纺织导报1 9 9 9 5 一8 3 【1 5 】刘松涛彳1 用低温等离子体技术改善聚丙烯纤维吸湿性能的研究【d 】东华大学 硕士论文 【1 6 】p p l 蜘，c ta i t e n t h 嚣【j 】j 1 9 9 r 7 ，6 7 ( 5 ) ：3 5 9 3 6 9 f 1 7 】l vs h 锄i n a ，c t a l 丘b c rc h e m i s 略1 9 9 6 ，2 8 ( 4 ) ：2 6 9 f 1 8 】肖为维合成纤维改性原理和方法【j 】四川：成都科技大学出版社1 9 9 2 4 【1 9 】董绍伟等离子体技术在纺织杂整中的应用【j 】染整技术2 5 ：7 1 2 1 6 1 2 0 】许根慧姜恩永等离子体技术与应用【j 】化学工业出版社2 0 0 6 5 1 6 竹原纤维柔软性能的改性研究第三章竹原纤维结构与性能测试技术 第三章竹原纤维结构与性能测试技术 本文采用s e m 扫描电镜、红外光谱和x 射线衍射等结构测试技术来分析本文的 改性处理对竹原纤维表面形态、组成成分和晶体结构的影响。我们知道，反映纤维柔 软性能的指标则很多，如纤维分子的内部结构、纤维的主体长度、细度、初始模量等 等，本文选定纤维细度，初始模量和动、静摩擦系数的差值作为评价改性前、后竹原 纤维柔软性能的指标。 第一节竹原纤维结构测试技术 1s e m 测试原理与方法 扫描电子显微镜( s e m ) 具有样品制备简单、放大倍数连续、调解范围大、景深 大、分辨率较高等优良的性能特点电子显微镜，是观察纤维微观结构的重要工具【 本文即是通过观察改性前后竹原纤维纵、横截面的s e m 结果来对比分析所选的改性 工艺对竹原纤维的表面形态是否产生了积极的影响效果 1 1 实验条件 。 恒温2 0 垃，相对湿度6 5 2 1 2 实验器材与工具 d x s 1 0 a 型1 0 万倍扫描电子显微镜( s e m ) 、哈氏切片器 镊子、黑绒板、火棉胶等。 1 3 实验原料 竹原纤维：平均细度5 8 1 d t “，由湖南株洲雪松麻业有限责任公司提供。 未经改性处理，经酶处理和等离子体改性处理的同规格竹原纤维各若干 1 4 试样准备 横截面制样：将竹原纤维整理成平行的纤维束，再将平行捧列的纤维束均匀地嵌 竹原纤维柔软性能的改性研究第三章竹原纤维结构与性能测试技术 入哈氏切片器中，然后加压使纤维紧密，此后旋转微动螺丝将纤维送出适当的长度， 涂上薄层火棉胶，用手术刀片切取送出的薄层纤维作为横截面样 纤维纵面制样：抽取待测纤维放在载玻片上，两端用双面胶粘合 1 5 s e m 成像原理 电子枪的热阴极发出的电子受阳极电压( 1 5 0 k v ) 加速并形成笔尖状电子束， 在末透镜上部的扫描线圈的作用下，细电子束在样品表面作光栅状扫描被加速的电 子在样品室中与样品相互作用，从而产生各种信号【” 2 红外光谱测试原理与方法 红外光谱( m ) 是一种选择性吸收光谱，通常指有机物分子在一定波长红外线的 照射下，选择性地吸收其中某些频率的光能后，用红外光谱仪记录所得到的吸收谱带 红外光谱分析是研究物质分子结构与红外吸收问关系的一种重要手段，可有效地应用 于分子结构的分析它在高聚物结构测定方面得到越来越广泛的应用，是高聚物表征 和结构性能研究的基本手段之一习 2 1 实验条件 2 0 丑，相对湿度6 5 5 2 2 实验器材与工具 f r 一瓜红外光谱在n j c o i c t 公司5 7 型红外光谱仪上测定 镊子、剪刀、玛瑙砚钵等 2 3 实验原料 竹原纤维：平均细度5 8 1 d t “，由湖南株洲雪松麻业有限责任公司提供 未经改性处理、经酶处理和等离子体改性处理的同规格竹原纤维各若干 溴化钾粉末。 2 4 试样准备 对于不同的固态试样材料，可采用不同的试样制备方法本文实验采用的是溴化 钾压片法制样。压片法的操作简单，需要样品少，较易控制样品的厚度和光谱的强度。 制样方法：将纤维放在干净的材料袋中，用剪刀剪碎至知m 左右的细沫；称取l 2 m g 的干燥样品，以l m g 样品对1 0 0 2 0 0 m g 溴化钾的比例称取干燥的溴化钾粉木 1 8 竹原纤维柔软性能的改性研究第三章竹原纤维结构与性能测试技术 并倒在玛瑙研钵中进行混磨，直至完全混匀；称取2 m g 混匀的混合物，放进压模， 然后用模具加压形成透明的试样片 2 5 红外吸收光谱的基本原理 红外光谱波数范围约为1 2 8 1 0 伽- 1 ，或按波长的不同，将红外线分为近红外 ( o 7 5 2 5 岫) ，中红外( 2 5 2 5 岫) 与远红外( 2 5 1 o i l 岫) 三个区域根据量 子学说的观点，物质在入射光的照射下，分子吸收光能时，其能量的增加是跳跃的， 所以，物质只能吸收一定能量的光量子两个能级问的能量差( e ) 与吸收光的频 率( v ) 服从波尔公式： e b e 1