（纺织化学与染整工程专业论文）再生麻纤维结构与性能研究.pdf

摘要 本文对再生麻纤维的微结构进行研究。利用电子显微镜、x - 射线衍射法、红 外光谱等现代测试方法对再生麻纤维的微细结构进行了研究。通过研究发现再生 麻纤维的结构参数与传统的粘胶纤维类似，由于原料和加工的工艺参数的不同， 两者又存在一定的差别，如再生麻纤维的结晶度为4 3 0 9 0 , 4 ，略率高于粘胶纤维。 对再生麻纤维的基本性能进行了研究分析。重点分析了再生麻纤维的机械性 能、抗菌性。通过这次系统的研究，了解到再生麻纤维物理机械性能优良，干强、 湿强均较高，分别为3 1 8 9c n t e x ，3 1 4 9c n t e x ，属于高强度纤维；再生麻纤维对 金黄色葡萄球菌抑菌率达到8 5 ，但小于标准值9 0 0 4 ，再生麻纤维对金黄色葡萄 球菌没有抑菌性。 研究了再生麻纤维的染色性能。采用活性染料对再生麻纤维进行了正交试验 分析，结果表明所采用的活性染料上染率( 可达到9 0 ) 及固色率较高( 可达到 8 0 ) ，均能满足要求，皂洗牢度均在4 5 级之间，染色后纤维强力下降较低。 采用直接染料进行了再生麻纤维的染色动力学和染色热力学研究，通过测定染色 动力学数据：扩散系数d 、半染时间t l 忍、染色速率常数k 以及染色热力学数据： 染色亲和力a 矿、染色热h o ( 7 4 6 1k j m 0 1 ) 、染色熵s o ( 1 4 3 1 5 j k t 0 0 1 ) 并与粘胶纤维进行比较进行分析，试验结果表明用直接大红4 b s 在同一温度下 染色，再生麻纤维的扩散系数等比粘胶纤维的略高，染色热、染色熵和染色亲和 力比粘胶纤维高，这与再生麻纤维染色的实际情况相一致。 关键词：再生麻纤维结构物理机械性能抑菌性能染色性能 a b s t r a c t t h ei n n e rs t r u c t u r eo ft h er e g e n e r a t e dj u t ef i b e ri sa n a l y z eb yu s i n gm o d e r nt e s t i n g m e t h o d s ，s u c ha se l e c t r o n i cm i c r o s c o p e , x - r a yd i f f r a 撕o na n di n f r a r e ds p 暇；缸1 l 札 f r o mt h es t u d y , w ef i n dt h a ta san e w - s t y l er e g e n e r a t e dc e l l u l o s ef i b e r , i tb a s i c s t r u c t u r a lp a r a m e t e r s a i es i m i l a rt ot h eo r d u 均r yv i s c o s ef i b e r , b u tt h e r ea r ed i f f e r e n t p e r f o r m a n 淄b c t w c c nt h e mb e c a u s eo f d i f f e r e n tm a k i n g - c r a f ta n dr a wm a t e r i a l s , s u c h a sh i g h e r 删r a t eo f r e g e n e r a t e dj u t ef i b e r 埘t l l4 3 0 9 w er e s e a r c ha n da n a l y z ep e r f o r m a n c e so fr e g e n e r a t e dj u t ef i b e r , s u c ha sp h y s i c a l p r o p e r t y , m o i s t u r ea b s o r p t i o np r o p e r t ya n da n t i b a c t e r i a lp r o p e r t y w ek n o wt h ef i b e r w i t hg o o dp h y s i c a lp r o p e r t ya n dh i g h 吼r e n g t bi t sah i g hs t r e n g t hf i b e r i t sm o i s t u r e a b s o r p t i o nr a t ei sh i g h t h ef i b e ri sam o i s t u r ea b s o r p t i o na n dd r i p - d r yf i b e r 砀ef i b e r i sn o ta n t i b a c t e r i a lt og o l d e ns t a p h y l o c o c c u s t h ed y e i n gp r o p e r t yo fr e g e n e r a t e dj u t ef i b e ri sr e s e a r c h e d r e g e n e r a t e dj u t ef i b e r i sd y e d 、析t hr e a c t i v ed y e sb yo r t h o g o n a le x p e r i m e n t st of i n dt h eo p t i m i z e dc o n d i t i o n s t h er e s u l t ss h o wt h a tb o t ht h ed y e i n gu p t a k ew i 也9 0 a n df i x a t i o ny i e l d 丽t t l8 0 啪f i l lt h ed e m a n d so fm a n u f a c t u r e t h ew a s h i n gc o l o rf a s t n e s si sg r e a tr e l a t i v e l y a n dt h ed e c l i n eo ft h et e n s i l es t r e n g t ho ff i b e ri s s m a l l d y e i n gd y n a m i c sa n d t h e r m o d y n a m i c so fd i r e c tr e d4 b s 0 1 1r e g e n e r a t e dj u t ef i b e ra r es t u d i e d w eg e tt h e d a t u ma b o u td y n a m i c sd a t u ms u c ha sd i f f u s i o nc o e f f i c i e n t , h a l f - d y e i n gt i m e ，c o n s t a n t o fd y e i n gr a t ea n dt h e r m o d y n a m i c sd a t u ms u c ha sa f f “t yo fd y e i n g , h e a to fd y e i n g 诵t l l7 4 6 1k j m o l ，e n t r o p yo f d y e i n g 晰t t l14 3 15 j k 。m o la n ds oo n , a n dc o m p a r e s 研t hv i s c o s ef i b e r t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ed i f f u s i o nc o e f f i c i e n to fr e g e n e r a t e dj u t e f i b e ri sh i g h e rt h a nt h a to fv i s c o s ef i b e rr e l a t i v e l y 诵i l lh i g h e ra f f i n i t yo fd y e i n g , h e a t o f d y e i n g , e n t r o p yo f d y e i n g i ti sa c c o r d i n gt ot h ef a c t k e y w o r d s ：r e g e n e r a t e dj u t ef i b e r s t r u c t u r e p h y s i c a lp r o p e r t y m o i s t u r ea b s o r p t i o np r o p e r t ya n t i b a c t e r i a lp r o p e r t y d y e i n gp r o p e r t y 学位论文独创性声明、学位论文知识产权属声明 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中 依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名：郭妥忝 日期：阳夕年多即日 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为 青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密d 。 ( 请在以上方框内打“4 一) 论文作者签名：萄孓如 日期：) 叼，年乡月。日 铷撕：隋淑k 嗍：乡年月卢日 ( 本声明的版权归青岛大学所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) 第一章。引言 第一章引言 随着生产力的发展和人类物质文化生活水平的不断提高，人们对自身生活质量 的要求也不断提高，这突出反映在人们生活的各个方面，其中包括人们的服饰衣着、 家庭装饰等。纺织品不仅是重要的生活必需品，也是重要的工业用品和装饰用品， 纺织品的开发和利用是衡量国家经济发展和人民生活水平的重要指标之一在纺织 行业中，纺织原材料的发展又是整个纺织业发展的基础。各种纤维原料具有不同的 性质和特点。为了将各种不同类别、不同性能的纺织纤维，制成适于各种用途的优 质成品；为了用有限的原料，加工生产成更多更好的纺织品；为了开辟新的适于纺 织工业使用的原料来源，增产各种纺织品以满足人民和国家的各方面需要，必须对 纺织纤维材料进行各方面的研究工作。因此，纺织材料的研究是一项长久性的研究 课趔1 1 。 经过人类不懈的探索和研究，纺织材料的性能得到了改善，种类也增加了不少 现在，各种新型的和功能性纺织材料的开发和应用，使纺织材料在整个工业发展中 的作用日益提高。虽然合成纤维仍是现在世界纤维增长的主流，但由于合成纤维的 原料取决于煤、石油等资源的的发展，合成纤维的发展将因资源的日益匮乏也受到 限制。天然纤维和性能优良的再生纤维被人们重视起来原因也是多方面的，主要表 现在一下几个方面。 ( 1 ) 消费者对回归大自然的要求：随着人们生活水平的提高，环保意识的增 强，人们对衣服、装饰面料的要求也越来越高，不仅要穿着舒适，而且要求绿色环 保。 ( 2 ) 从资源的可持续发展来看：合成纤维在性能上已经多元化、功能化，其 制品的舒适性也可与天然纤维媲美，但合成纤维的原材料的产量却受到能源的限 制。然而天然纤维则不同，土地可以翻耕，动物可以繁衍，无论植物纤维还是动物 纤维，都可以年复一年的生长，符合可持续发展的要求。 ( 3 ) 生物工程技术的进步为天然纤维高产提供了条件。棉、毛、丝及野生纤 维通过遗传基因的改变、转移，不仅可以提高产量，还可以得到性能优良的纤维， 有限的土地资源中扩大天然纤维的产量。 由此可以看出社会需求向环保、节能、健康，安全方面发展的趋势越来越强， “绿色产品一、“绿色消费 等观念已深入全球消费市场与消费者心中，环保纺织 品也必然成为发展的趋势。 1 1 再生纤维素纤维的发展 1 1 1 再生纤维素纤维研究现状 再生纤维素经历了从2 0 0 t 纪初到现在接近一百年的发展，生产规模在不断扩大， 据统计，2 0 0 3 年世界再生纤维素纤维的总产能为2 2 6 4 万吨，2 0 0 4 年为2 4 6 3 万吨【2 l ， 2 0 0 5 年则达到了2 9 2 7 7 y 吨，2 0 0 6 年全球再生纤维素总量达到了3 4 0 万吨【我国目前 生产的再生纤维素纤维主要有以下几种： ( 1 ) 普通粘胶纤维 普通粘胶纤维是再生纤维素纤维中发展最成熟、应用最广泛、产量最大的品种。 近几年，在我国纺织业高速发展的推动下，粘胶纤维产业得到了快速发展。随着对 环保要求的不断提高以及治理污染的高成本，发达国家不断削减传统粘胶纤维的产 能，其生产逐步向发展中国家转移，尤其是中国。 在目前粘胶纤维行业迅猛发展的大背景下，应该看到国内粘胶纤维生产企业总 体上规模偏小、数量偏多。根据行业协会2 0 0 5 年统计数据，全国3 1 家粘胶纤维生产 企业中，产能低于5 万吨的企业有2 3 家，低于3 万吨的企业有1 5 家，这种状况加剧了 同行业间的竞争，不利于粘胶业的长远发展【4 j 。同时粘胶生产过程中的污染问题， 仍需花大力气进行解决。在产品结构上，差别化和功能性粘胶纤维的发展速度尚不 理想，比重仍然较低。粘胶纤维生产尽管造成了较大的环境污染，但在再生纤维素 纤维生产中仍然占据第一的位置，这种状况还将会维持相当长的一段时间。近年来， 国内各种新型再生纤维素纤维层出不穷，但由于产能的限制和生产企业对垄断利润 的追求，一时还无法完全取代普通粘胶纤维，同时这些新型再生纤维素纤维的性能， 仍需进行进一步的完善。 ( 2 ) l y o c e l l ( 莱赛尔) 纤维 l y o c e u 纤维是将木浆溶于n m m o 溶剂体系，不经化学反应，用干喷湿法工艺得 到的新一代再生纤维素纤维。首先由德国a k z on o b e l 公司于1 9 7 8 年取得了专利，后 由英国c o u r t a u l d s 公司( 后并入a c c o r d i s 公司) 和奥地利兰精公司( l e n z i n g ) 成功将 其商业化，推向世界各地市场。到2 0 0 4 年5 月，l e n z i n g 公司全面收购t l y o c e l l 纤维 ( 包括长丝和短纤) 的生产业务，一度垄断了全球市场。l y o c e l l 纤维于2 0 世纪9 0 年 代中期进入中国市场，中文商品名称有“天丝”“木浆纤维”等，引发了我国l y o c e l l 纤维系列产品的研发生产热潮。 由于l y o c e l l 纤维的生产技术一度完全掌握于国外公司手中，因此其价格一直居 高不下，中国2 0 0 5 年进u i l y o c e l l 纤维9 7 9 5 吨，海关统计的进口单价为2 6 1 6 美元吨， 价格高于国内棉花、涤纶、粘胶等常规纤维5 0 以上，前几年进1 1 价格曾达到3 5 万 元吨以上【4 】。由于成本因素，导致我 l y o c e l l 纤维的后续纺织广：。i f i 价格j ，叠高不下。 2 第一章引言 f 1 2 0 世纪9 0 年代后期起，东华大学、上海纺织控股集团等单位进行了长期研究 并和德国某研究所进行联合攻关，取得了成功。2 0 0 6 年2 月，第一束国产l y o c e l l 纤维 在上海里奥发展企业有限公司顺利产出，1 0 0 0 吨年的生产线正式投产，打破了原 有的外企垄断格局。预计在2 0 1 0 年前后，国产l 删纤维的产量将突破1 万i 屯年的 规模。可以预计，随着该纤维国产化成功，产量不断扩大，我国i ，肿u 纤维的市场 价格将不断走低。 由于l y o c e l l ：纤维的干湿强力都优良，干强接近于涤纶纤维，湿强下降小，约为 干强的8 5 ，这使得l y 0 c e l l 纤维耐机械和化学处理的能力很强，l y o c o l l 纤维的断裂 伸长率在湿态下的变化也很小，湿态的伸长约为1 7 ，使得其产品具有良好的尺寸 稳定性【5 l 。这些优点弥补了常规粘胶纤维的缺陷。同时l y o l l 纤维生产过程的低能 耗、无污染的优点是常规粘胶纤维无法比拟的，是真正的绿色环保纤维。全球l y o c e l l 纤维的产能在1 9 9 2 年不到2 万吨，目前已扩大到1 5 万吨年，预计到2 0 1 0 t l ：将达到4 5 万吨年，l y o c e l l 纤维在再生纤维素纤维家族中的市场份额和影响力将会继续提高。 ( 3 ) m o d a l 纤维 根据g b t4 1 4 6 - 1 9 8 4 的定义，m o d e l 纤维是具有较高的聚合度、强力和湿模量的 粘胶纤维，在湿态下可承受2 2 0 c n t e x ( 2 5 9 d ) 的负荷，且在此负荷下的湿伸长率 不超过1 5 。因此从纤维性能及分类上讲，2 0 世纪5 0 年代实现工业化生产的p o l y n o s i c 和变化型h w m 均可称为m o d a l 纤维。在欧洲及澳大利亚、日本均有公司生产类似的 产品。 目前，国内市场上出现的m o d a l 纤维，主要来自于l c n z i n g 公司，从其性能上看 属于变化型高湿模量纤维。该产品以山毛榉木浆粕为原料制成，采用的仍是高湿模 量粘胶纤维的制造工艺。m o d a l 纤维湿态条件下强力下降约为4 0 ，虽稍逊l y o c e l l 纤维，但优于普通粘胶纤维，其湿伸长较少，约1 3 1 5 嘣6 】，且其价格低于l y o c e l l 纤维许多，因此获得了市场的广泛认可。据统计，目前我国m o d a l 纤维的用量已超过 t l y o c e l l 纤维，从来源上看，基本上依靠进口，年需求量6 万吨左右。 ( 4 ) p o l y n o s i c , 纤维 如前所述，p o l y n o s i c 纤维属于m o d a l 纤维中的一个种类。该纤维最早由日本于2 0 世纪5 0 年代开发成功，称为“虎木棉 。在欧洲实现了商业化生产，正式命名为 p o l y n o s i c 纤维。我国在2 0 世纪6 0 年代生产的富强纤维即属同一类型。与m o d a l 纤维相 比，具有更高的结晶度和断裂强度，耐碱性好，但不耐疲劳，勾结强度相对较低。 由于7 0 年代受到能源危机的影响和合成纤维的冲击，其产量大幅下降，在1 9 9 4 ：年时， 日本制造的p o l y l l o s i c 纤维只剩下东洋纺与富士纺两家公司【6 】。 由于p o l y n o s i c 纤维侄物理性能( 如纤维形态) 和l y o c e l l 纤维有着许多相似之外， 同时也具有良好的n j 降解 ，e ，人们开始重新重视这种纤维。2 0 世纪9 0 年代出现的 3 青岛大学硕士学位论文 l y o c e u 应用热潮，也给p o l y n o s i c 纤维的复兴创造了良机。 2 0 0 0 年，我国丹东化纤集团引进日本东洋纺公司的生产技术，于2 0 0 4 年正式实 现t p o l y n o s i c 纤维的国产化，商品名称为r i c h c e l ( 丽赛) 纤维。丽赛纤维是我国自 行生产的最早的高档再生纤维素纤维。 ( 5 ) 再生竹纤维( 竹浆纤维) 用于纺织原料的竹纤维分为原生竹纤维和再生竹纤维两类。 由于原生竹纤维的处理工艺至今还不是十分完善，因此要大规模用于纺织生产 的条件尚不成熟。再生竹纤维是近年来我国自行研发成功的一种再生纤维素纤维， 目前市场上有天竹、云竹等名称。由于竹子在生长过程中具有良好的抗菌性，在生 长过程中无虫蛀、无腐烂、无需使用任何农药，因此以竹浆为原料制成的再生纤维 素纤维只要工艺合理，能保留一定有效的抗菌成分“竹醌 【2 】，就能体现出良好的 抗菌性能，这是再生竹纤维区别于其他各种再生纤维素纤维的最大特点。 我国是产竹大国，约占世界总量的1 3 ，主要分布在长江流域和南方各省。由于 竹子生长十分迅速，生长2 - - 3 年后即可用于生产竹浆，因此竹浆纤维的面世，在很 大程度上能够缓解对木浆原料不断增长的需求，竹浆纤维在我国有非常良好的发展 前景。 ( 6 ) 再生麻纤维( 麻材粘胶纤维) 我国是世界产麻大国，麻资源非常非富，黄麻和红麻的产量居世界第三，与苎 麻、亚麻种植面积的总和接近。由于黄麻、红麻的单纤维长度很短，工艺纤维线密 度较大，纺纱价值相对较低。目前国内用于纺纱及其服用、家纺产品的主要是苎麻 和亚麻。大量的黄麻、红麻类作物主要被用作包装袋、麻线、绳索等其他用途。河 北吉蒿化纤有限公司于2 0 0 4 年9 月推出了一种新的再生纤维素纤维一圣麻，实现了 以麻类植物为原料的再生纤维素的生产。再生麻纤维的问世扩大了纤维生产的原料 来源，为麻类作物的综合利用找到了新的途径。 1 1 2 再生纤维素纤维发展趋势 在我国，再生纤维素纤维也有了迅猛发展，我国再生纤维素纤维的发展趋势【8 】： ( 1 ) 再生纤维素纤维的总产量将继续扩大，占全球纤维总产量的比例会不断提高。 这是由其原料来源的纯天然性和良好的可降解性所决定的，同时受耕地资源、石油 资源的限制，棉花和化纤产量不能无限制增长，必须有相应替代产品出现以满足生 产发展需要。 ( 2 ) 普通粘胶纤维作为一种最传统的再生纤维素纤维，在最近几年仍将出现较高速 度的增长，短期内可能出现供不应求的局面，但由于存在湿强低、水洗尺寸稳定性 差、7 l 产过程污染大等情况，其在再生纤维素纤维中的比例将不断降低。但差别化、 4 第一章引言 功能性粘胶纤维会有良好的发展空间。 ( 3 ) l y o c e l l 、m o d a l 、p o l y n o s i c 等经过改良的再生纤维素纤维由于较好地克服了传 统粘胶纤维的弱点，将会在再生纤维素纤维家族中扮演越来越重要的角色，其应用 范围和所占比例也将会迅速扩大，尤其是l y o c e l l 纤维和r i c h c e l 纤维实现国产化以后 ( 4 ) 再生竹纤维和再生麻纤维由于原料的来源很丰富，将会具有一定的成本优势 结合我国的农业、林业产业特色，这两种纤维是非常值得重点开发和生产的。 近年来国外对再生纤维素的研究又有新的进展，例如从水稻、小麦、玉米等农 作物的茎秆上提取长纤维并获了一定成功，并研究了纤维的服用性能、可纺性等等。 从水稻中提取的纤维，纤维含量6 4 ，其中含结晶纤维6 3 ，结晶度较高，强力 3 s g d e n i e r ( 4 5 0 m p a ) ，伸长2 2 ，伸长系数为2 0 0 9 d e n i e r ( 2 6 g p a ) ，与亚麻相似 【7 】。从小麦茎秆中提取的小麦与普通纤维素纤维、棉、亚麻、红麻相比较，单纤维 较宽，结晶度低。断裂强度与红麻相似，比其他的棉纤维和亚麻纤维要低。断裂伸 长与红麻相似，比其他的棉纤维及亚麻要低。纤维的初始模量与棉相似，但比亚麻 和红麻要低。试验证明从农作物副产品中提取出来的水稻秆纤维及小麦秆纤维比其 他的天然纤维有优良的性能。全世界每年大约生产5 8 亿吨这样的水稻秆，原材料来 源丰富，成本比天然的纤维素纤维要低的多。因此用麦秆及水稻秆可以提高农作物 的附加值，为纤维提供新的来源，也更有利于环境的保护【8 l 。 1 2 再生麻纤维概述 1 2 1 麻材的应用现状及存在的问题 麻纤维是从各种麻植物中提取出的纤维。在植物学上，麻分为韧皮纤维和叶纤 维两大类。韧皮纤维是指从双子叶植物的茎杆韧皮部分剥取的纤维，一般较为柔软， 也称“软质纤维一，苎麻、亚麻、黄麻、洋麻，大麻、苘麻及罗布麻均属于这类纤 维。叶纤维是指从单子叶植物的叶梢部得到的纤维，一般较为粗硬，故亦称“硬质 纤维，剑麻( 西沙尔麻) 、蕉麻( 马尼拉麻) 、菠萝麻( 凤梨麻) 均属于这类纤 维) 。前开发利用的有苎麻、亚麻、黄麻、洋麻、大麻、罗布麻、剑麻、蕉麻、菠萝 麻、椰壳麻等。 麻类纤维具有优良的吸水吸湿、透气、抗菌、抑菌、抗腐等性能，制成的纺织 产品以其特有的挺括、粗犷的自然风格独树一帜。然而，麻类纤维也面临着种种问 题【9 l 。 2 麻植物纤维用于纺织上的较少，仅有苎麻、亚麻等，而大部分麻植物纤维又 只用于麻袋、麻绳等工业包装。 2 由于麻纤维本身纤维素聚合度较大，结晶度、取向度较高，因此纤维刚性强， 5 青岛大学硕士学位论文 延伸性、弹性差，抱合力较小，可纺性差，纺纱难度大，尤其是纺制高支纱比较困 难，黄、红麻纤维在这些方面表现尤为突出，故其纺纱纱线很粗，般在3 3 3 3 6 6 6 7 t c x ，仅有极少数厂能纺1 0 0 - 1 2 5 t e x 的纱。 3 由于麻纤维刚硬，即使用上述手段纺制出高支纱，也很难织造，同时毛羽过 多，穿着有刺痒感，亲肤性差。 4 麻纤维纺织品的染色性能差，如上染率低、色光萎暗等。 由于麻类纤维存在着以上的种种问题，极大地限制了它在纺织领域，尤其是在 服装面料方面的应用，阻碍了麻纤维纺织品向轻薄化、高档化发展。 以广泛盛产的红麻，黄麻为原料，采用自有的专利技术开发的再生麻纤维是一 种新型纤维素纤维，该纤维具有干湿强度高、吸湿透气性好、抑菌防霉等特性，其 织物手感滑爽、悬垂性好、色泽亮丽，是一种新型、健康、时尚、绿色环保的生态 纺织纤维，具有广阔的发展前景。 1 2 2 再生麻纤维的生产原料 黄麻( j u t e ) 为椴树科黄麻属、一年生草本植物，为亚热带和热带作物，最早产于 印度，后来引种到整个亚洲和欧美等地。黄麻属约有4 0 个种，具有栽培价值的是 圆果种和长果种。黄麻是一种韧皮纤维，单细胞纤维长度只有2 - - 5 m m ，单纤维直 径为1 0 - 2 7i im ，但黄麻纤维质地柔软，商业上与其他麻，如苎麻、亚麻、大麻等 并称为“软质纤维 ，在植物纤维中，其重要性仅次于棉花和苎麻，是纺织工业的 重要原料。但因其单纤维长度仅有2 - - 5 m m ，不能直接用于纺纱，只有采用工艺长 度制造，因此在纺纱及后整理上受到很大的限制，黄麻也一度被认为是很低档的纺 织原料，主要产品为麻袋、粗麻布。现在黄麻作为一种天然纤维材料越来越受到人 们的重视。经过几十年对黄麻纤维的结构、性能及纤维改性等的研究，其工业产品 均不再以粗制品为主，而是更多地向其他领域延伸，如面料、地毡、箱包、各种工 艺品以及产业用纺织品等。红麻( k e n a f , 又称洋麻) ，属于晋葵科木槿属一年生草 本植物，性能同黄麻极为相似，但由于木质素含量比黄麻略高，所以比黄麻纤维粗 硬。红麻单纤维长2 - - - 6 m m ，直径为1 8 - - - 3 0pm 。由于其产量高、易生长，黄、红 麻是一种便宜、坚牢、极易吸湿散湿、抗菌的天然纤维素纤维，类似亚麻但比亚麻 便宜，适于织麻袋、麻布、麻地毯和绳索。带皮麻秆可作造纸原料，剥皮后的麻骨 用于烧制活性炭和制纤维板l j o 】。 红麻、黄麻生长十分广泛，产量高，易生长，属于可再生资源。用它作为工业 原料，部分取代了石油资源，同时缓解了棉、木型纤维原料与r 俱增的供需矛盾， 有利于森林资源的综合保护，符合世界纺织工业可持续发展战略的方向。以红、黄 麻为原料制取的再生麻由于保留了麻类的优点：抗菌、抑菌，麻类在种植时4 i 需施 6 第一章引言 放农药和杀虫剂，属于天然的绿色环保纤维，有一定的保健功能，舒适、透气、抑 菌。再生麻纤维及其产品可在土壤中1 0 0 0 , 4 生物降解，与传统合成纤维相比，更有利 于保护生态环境，适合人们对绿色环保的要求，具有较大的发展潜力【】。 再生麻纤维的原料，黄、红麻在麻类中的分布最广，主要分布在亚洲国家、远 东国家、拉丁美洲国家和非洲一些国家，其种植面积主要集中在东南亚国家：孟加 拉、印度、中国和泰国，其产量占全球黄、红麻总产量的9 5 以上我国是世界产 麻大国，麻资源丰富，以黄麻和红麻种植面积最大，其产量居世界第三近些年来 我国的麻纺织行业已发生了可喜的变化。苎麻行业从2 0 0 0 年连续回升，至今仍保持 着热销势头；亚麻行业也是如此，在2 0 0 2 年已突破3 3 万锭，成为麻纺织行业中的老 大；大麻、罗布麻生产也逐步扩大；黄、红麻行业在压缩总量中得以调整，新产品 不断地得到开发。提升这类纤维的经济和可纺用价值，获得更大的经济效益，也是 研究再生麻纤维的意义所在【1 2 1 。 由于黄麻、红麻木质素含量很高，尤其是红麻，在国内外广泛用于造纸行业， 用来制造高质量的纸张。建筑业做阻燃纤维板、热塑性强化纤维材料。用于汽车业 做消声材料及各种复合材料等等i 睁b l 。 黄麻、红麻脱胶工艺的发展提高了这两种纤维的利用率，开发更多的纺织产品。 对红麻、黄麻的脱胶方法有许多种，如化学脱胶、生物脱胶、汽蒸、超声波等方法。 在国外，美国密西西比州立大学采用细菌工艺和细菌与化学品相结合的工艺来浸解 红麻。其结果表明，经过细菌浸解的纤维，其含胶量均匀且光泽较优，但是纤维的 残胶含量则高达2 1 2 3 ；而经过化学品浸解后红麻的含胶量仅为7 1 2 ， 但其束纤维强度减小了。因此提高纤维的脱胶效率有利于提高纤维的利用率，降低 成本i 旧。 河北吉藁化纤有限责任公司采用蒸煮、漂白、制胶、纺丝、后处理等工艺路线， 把麻材中的纤维素提取出来合成的再生麻纤维，由于再生麻纤维具有优良的性能： 干湿强度高、吸湿透气性好、抑菌防霉等，其织物具有手感滑爽、悬垂性好、色泽 亮丽、布面组织丰满圆滑的个性，近几两年受到业内人士的关注。近来国内不少厂 家或研究机构开始研发出了再生麻与涤、棉的混纺纱或交织的纱线，并对相关性能 进行了测试，具有一定的可纺性。对再生麻与棉、涤、t e n c e l 纤维的混纺织物的混 纺工艺等进行大量的研究，许多企业也将其作为研究的主攻方向。 1 2 3 再生麻纤维的性能 再生麻纤维是采用蒸煮、漂白、制胶、纺丝、后处理等工艺路线，把麻材中的 纤维素提取出来，是一种新型的再乍纤维素纤维。再生麻纤维优良的吸湿性能使纤 维能不断地吸附衣下空气层的水，( 分r ，然后再以各处含湿量差异为动力将带有热 7 青岛大学硕士学位论文 量的水分子在纤维内传递并向外发散。同时纤维截面结构的梅花型及纵面形态的沟 槽使汗液从纤维表面迅速向空气传递，使得皮肤表面的汗液不断快速向空气层转移， 保持皮肤表面始终干爽。再生麻纤维最大限度地保留了麻材的天然抑菌、防霉物质， 使其架接在再生麻纤维大分子链上，因此该纤维具有抑菌防霉的性能。再生麻纤维 的织物具有手感滑爽、悬垂性好、色泽亮丽、布面组织丰满圆滑的个性。但再生麻 纤维的弹性较其他再生纤维素纤维( 如天丝、m o d e l 、竹纤维等) 差，但与天然麻纤 维相比则有很大的改善。由于再生麻的优异性能，近几两年受到业内人士的关注【1 7 l 。 再生麻纤维不仅具有天然麻纤维所赋有的抗菌防腐、吸湿快干、良好的机械性 能和丰满的手感，还兼有再生纤维素纤维所具有的优良的各种服用性能和风格。尽 管它还存在有诸如易起皱、起毛和手感稍差等缺点，但通过适当的织造及染整加工 技术，这些缺点完全可以得到很好的解决。 1 2 4 再生麻纤维的应用 再生麻纤维性能优良，用途也很广泛，以再生麻为主要原料的纺织、印染产品 主要包括【1 8 1 ： 1 机织服装面料：利用纤维初始模量较高、耐磨性好、色泽亮丽的特点，可开 发一些织物挺括、悬垂性好的产品，如衬衣、休闲服装、牛仔服等。 2 针织毛衫内衣：根据再生麻纤维天然抑菌防霉性、吸湿性、透气性，开发各 类大圆机、横机、罗纹机产品。此种纱线主要应用在内衣、贴身t 恤衫、保暖内衣、 无缝内衣等。 3 装饰用和日用纺织品：当前国内外装饰用、日用纺织品的消费量增长很快， 发展前景较好，利用圣麻纤维可以生产各种装饰用品，如：地毯、凉席、玩具、毛 巾、浴巾、床单、被罩、窗帘、汽车座垫等。还可以利用再生麻纤维与中空纤维经 过特定的比例配比作为填充物，突显再生麻纤维的抑菌防霉特性和中空纤维的透气 韧性。有效的抑菌防霉，改善在空调环境中休息的微环境，带来身心上的心情愉悦 与舒爽。 4 无纺布：利用再生麻纤维湿强度高的特点，可开发湿法非织造布产品。用于 医疗卫生方面。如护士服、口罩、手术服、纱布、绷带、病人的床被等，能有效防 止病菌传播。 1 3 本论文研究的目的、意义及主要内容 本课题借助现代先进的测试技术和方法，对再生麻纤维的结构和性能进行系统 的研究，同时通过对该纤维制品的服用性能的测试，结合纤维的特点，给出该纤维 最佳应用效果。j cj f 套内容可分为以下几个方面： 8 第一章引言 1 再生麻纤维的微结构研究 利用扫描电子显微镜、红外吸收光谱、x - 射线衍射仪等先进的测试设备，研究 分析再生麻纤维的形态结构、微细结构，并与竹纤维、粘胶等进行比较。根据纤维 的结构特点我们可以预测出再生麻纤维的主要性能特点，结合纺丝工艺理论为再生 麻纤维的改进提供理论基础。 2 再生麻纤维的物理机械性能的研究 测试分析该纤维的各种机械性能，如纤维的断裂强度、断裂伸长、摩擦系数等， 并与竹纤维、粘胶、棉纤维等进行比较。根据实验结果可预测该纤维是否有纺纱性。 3 再生麻纤维抑菌性能的研究 使用金黄色葡萄球菌，采用菌落计数法测试再生麻纤维的抗菌性。 4 再生麻纤维染色动力学和热力学的研究 动力学方面，测定再生麻纤维、粘胶纤维在不同温度下的上染速率曲线，测定 纤维在不同温度下的扩散系数和半染时间；热力学方面，测定这两种纤维在不同温 度下的吸附等温线，有效吸附容积，染色亲和力及染色的熵和焓。通过对纤维染色 动力学和热力学的研究，为生产实践提供理论依据。 选再生麻纤维的结构和性能研究作为研究课题，是纺织材料领域发展需要，满 足市场需求，具有重要的社会经济意义。再生麻纤维作为纺织原料刚刚被推出，但 还缺少相关的系统的理论研究。对纤维本身的完善，后道工序的研究及产品开发， 消费市场的培育等方面均处于刚起步阶段，这一纤维实现产业化生产还需要很多工 作要做，同时也需要一个较长的过程，纤维某些性能的缺陷将直接影响到该纤维更 广泛的应用，同时研究再生麻纤维结构性能对纱线、织物质量的影响，可以使纤维 在应用开发中扬长避短。通过对再生麻纤维结构与性能的研究可以为再生麻纤维的 实际生产工艺的制定提供理论基础，减少实际生产的盲目性，提高企业的生产效率。 因此展开对再生麻纤维的结构与性能的研究是非常有必要的。为未来向各种功能化 纤维的发展提供理论基础。 基于以上种种原因，本课题对再生麻纤维结构与性能的研究，符合当今纺织面 料发展潮流，同时可以提高黄麻和红麻的产品的经济附加值，有效提高纺织原材料 的利用效率及产业调整，提高我国纺织品在国际市场上的竞争力；满足国内外市场 日益增长的对功能、舒适性纺织品的消费需求；我们的研究可以为生产厂家提供必 要的理论支持和技术保障。所以说，对再生麻纤维的结构与性能的研究这个课题具 有重大的意义，值得研究。 9 第一章再生麻纤维的结构 第二章再生麻纤维的结构 纤维结构是纤维固有的特征，是纤维的本质属性。不同的纤维有其不同的物理、 化学性质，其又决定着纤维各自的特性，而产生和保持这种特性的根本原因在于纤 维自身的结构。对一种新型纤维进行研究，首先就要了解纤维结构。通过对纤维结 构的测试，从本质上认识这种纤维材料，进而将其结构特征与其物理化学性能联系 起来，开发出最适合此类材料的产品【1 w 。所以说，人们在探索纤维的基本特性开 发新型纤维材料时，对纤维结构的认识与了解是极为重要和必要。因此，本章主要 从纤维的结构入手，分析再生竹纤维主要的结构特征。 2 1 扫描电镜 再生麻纤维的电镜照片见图2i 、图2 2 。 图2 2 再生麻纤维纵向 f i g2 2 v e r t i c a l s e c t i o n o f t h er e g e n e r a t e d j u t e f i b e r 青岛大学硕士学位论文 再生麻纤维横截面为多角形，沿纤维方向有许多沟槽，表面积较大。这样的结 构与纤维成型条件有关，而且这样的结构使得再生麻织物在穿着时有利于使汗液从 纤维表面迅速向空气传递，使得皮肤表面的汗液不断快速向空气层转移，保持皮肤 表面始终干爽，具有吸湿快干的优良性能。 2 2 红外光谱 傅利叶红外光谱法是一种有效表征聚合物化学结构的测试方法，它具有特征性 高、所用样品量少、分析时间短、测定方便等特剧删。本论文所做的所有红外谱图 均是用t h e r m o 公司的n i c o l e t 5 7 0 0 型f 1 瓜红外光谱仪( f t i rn i e o l e t 5 7 0 0s p e c t r u m 2 0 0 0 ( p e r k i ne l m e r ) ) 测得的。测试方法：将待测纤维取尽量少( 大约2 至1 j 4 根) ， 扭成一小束固定在样品玻璃片上。固定好的纤维不要有毛边，以免影响测试。使用 红外光谱仪先找出背景图，再进行全波段扫描。图2 3 为再生竹纤维、再生麻纤维、 粘胶三种纤维的红外光谱图。 4 0 0 03 5 0 03 0 0 02 5 0 02 0 0 015 0 0 10 0 0 波长( e l 一1 ) 图2 3 竹、再生麻、粘胶的红外光谱图 f j g 2 3i n f r a r e ds p e c t r o s c o p yo fr e g e n e r a t e db a m b o of i b e r , r e g e n e r a t e dj u t ef i b e ra n d v i s c o s ef i b e r 从图2 3 不难看出，竹、粘胶、再生麻纤维三种纤维的特征峰基本相同，说明 三种纤维的化学组成基本相同，但化学含量并不完全相同，例如o - h ，c o ，c h 等【2 1 1 含量不同，才出现峰值的偏移及峰的高低不同。 1 2 第二章再生麻纤维的结构 2 3x 射线衍射 x 射线衍射是研究纤维聚集态结构的重要方法。图2 4 为再生麻纤维的x - 衍射光 谱图。我们测得的再生麻纤维( 1 6 7 t e x x 3 8 r a m ) 的结晶度4 3 0 9 ，取向度7 4 2 图2 5 为纤维素i 和纤维素的x 前射强度曲线2 2 1 ，从图中可以看出纤维素n 结晶结 构的特点是：衍射特征峰( 1 0 t ) ，远离( 1 0 1 ) 峰与( 0 0 2 ) 峰相近。 o 1 0 柏5 0 t h e t a ( d e 0 ) 图2 4 再生麻纤维的x r d 衍射光谱 f i g 2 4x - r a ys c a t t e r i n gc u r v eo fr e g e n e r a t e dj u 缸f i b e r 纤维蠢的x 射线曩废圈b 纤镶素i 的x - 射线强度田 图2 5 纤维素i 和纤维素的煳亍射强度曲线 f i 2 2 5x - r a ys c a t t e r i n gc u r v eo fc e l l u l o s eia n dc e l l u l o s e1 i 1 3 姗 舢 舢 舢 姗 舢 舢 舢 舢 。 青岛大学硕士学位论文 由图2 4 可以看出，衍射峰值处对应的20 角分别为1 2 3 0 1 ，1 6 6 2 9 ，2 0 1 5 9 ， 2 2 5 2 4 ，3 5 5 9 0 。由图2 4 给出的数据对照纤维素纤维晶体的晶胞参数及图2 5 可以 看出再生麻纤维属于纤维素i i 的晶型1 2 3 。 2 4 本章小结 l 再生麻纤维横截面为多边形，从截面有沟槽，表面积较大。这样的结构与纤维成 型条件有关，加之再生麻纤维素大分子间氢键少，使得再生麻织物穿着舒适，具有 优良的吸湿快干性及透气性。 2 从再生竹纤维，再生麻纤维，粘胶纤维的红外光谱图可以看出，三种纤维化学组 成相同，都属于纤维素纤维，但纤维中c h ，o h 等含量不同。 3 再生麻纤维的结晶度为4 3 0 9 * 4 、取向度7 4 2 ，比再生竹纤维及粘胶纤维略高， 属于纤维素i i 的晶型。在其他条件相同的情况下，纤维的结晶度较小，纤维的强度 越低。纤维的微细结构同样是由纤维的成形过程决定的，可以通过改进再生竹纤维 的成形条件来获得我们所期望的纤维结构特点，从而改善纤维的物理机械性能。 1 4 第三章再生麻纤维的物理机械性能 第三章再生麻纤维的物理机械性能 纺织纤维的机械性质( 或力学性质) 是纤维及其制品在使用过程中的重要性质 之一纤维材料的力学性质的好与坏( 优与劣) 是根据它在受外力作用时，所表现 的耐破坏性能( 不一定拉断) 来评价的【2 4 1 。纤维在外力作用下遭到破坏的形式很多， 其中以拉伸断裂为最主要的破坏形式。 表达纺织纤维抵抗拉伸的能力的指标有很多，主要是纤维的强度和伸长两方 面。纤维强度方面包括纤维的断裂强力和断裂强度。由于折算的标准不同，表示断 裂强度的指标也不同，主要有三种指标：断裂应力、比强度( 比应力) 、断裂长度。 伸长方面用断裂伸长率表示。初始模量表征在纤维初始发生形变的条件下，纤维承 受外力作用时抵抗变形能力的大小，是衡量纤维刚性的指标。纺织纤维的初始模量 与纺织制品的耐磨、耐疲劳、耐冲击、手感、悬垂性和起拱性能等关系密切。许多 纺织品多半是在小变形条件下工作的，因此，初始模量是纤维力学性能中的重要指 标。 在本章中测试的主要指标有断裂强度、断裂伸长率、初始模量和纤维的弹性恢 复率。采用f a v i m a t a i r o b o t 全自动单丝测试仪对再生麻纤维及粘胶等纤维进 行测试。 3 1 再生麻纤维的拉伸性能 对干湿再生麻纤维按照( g b t9 9 9 7 - 1 9 8 8 化学纤维单纤维断裂强力和断裂仲长 的测定进行单纤维强力测试，结果见表3 1 。由表中可以看出干湿麻纤维的断裂 强力，断裂伸长率等相差不