棉秆皮成分及其纤维性能研究

1、棉秆皮成分及其纤维性能研究摘要：按照gb 5 8 8 8 - 8 9耘芒麻化学成分定量分析方法枠对棉秆皮成分进 行测定，得出棉秆皮中含脂腊质2 . 3 6%,水溶物1 9 . 5 4%,果胶3. 3 4 %,半纤维素2 5 . 8 8 %,木质素2 5 . 3 2 %,纤维素2 36 5 %.借 鉴麻类的脱胶工艺制定了提取棉秆皮纤维的工艺及条件；同时测试了纤维的基本 性能如长度、细度等.采用扫描电镜观测了提取的棉秆皮纤维外观形态，得到棉 杆皮纤维表面不光滑，并具有明显沟槽.棉秆是指棉花的秆基，是一种优良的长韧皮纤维，富含纤维素、木质素和多缩戊 糖等.棉秆是棉花的副产品，在过去，一般丢弃在田里或

2、是焚烧，造成资源的浪 费.近年來，人们开始加大了对棉秆开发利用的研究，如聂勋载等人研究木色棉 皮、去皮棉秆和全棉秆造纸工艺流程；庞捷对用棉秆制备活性炭进行初步研究； 张金梅等人对用棉秆、花生壳纤维素制备再生纤维素膜进行研究；国外将棉秆用 化学法和生物法提取的葡萄糖做原料，发展精细化工业，生产酒精、干冰、冷冰 剂、维生素、香草醛，用于食品香精及电镀光亮剂但棉秆在纺织领域的应用研 究很少，本文将通过测定棉秆皮的成分并与其他的植物纤维的成分进行比较，同 时借鉴麻类纤维脱胶方法制定棉秆皮纤维的提取方法，最后对棉秆皮纤维的基本 性能及纤维的形态进行研究，为棉秆皮在纺织领域的应用奠定基础.1 实验11原料

3、及化学药品(1 ) 原料棉秆皮.(2 ) 化学药品 氢氧化钠、硫酸、草酸鞍、苯、无水乙醇、氯化锁，均为化 学纯.1 . 2 仪器(1 )玻璃仪器 脂肪提取器( 2 5 0 m l球型)、玻璃真空管、三角烧瓶(5 0 0 m l ).抽滤瓶(1 0 0 0 m l)、球型冷凝管(250ml)、no3- 3玻璃砂芯滤器、有塞三角烧瓶(5 0 ml)、玻璃干燥器、高型称量瓶(嘏4 0 mm x 7 0mm)、量筒(250ml, 1 0 0 0 m l ).(2 ) 称量仪器 j a 1 2 0 3 n精密电子天平、托盘天平、铝盒、白瓷站竭 (3 0 m l ).(3 ) 其他 分样筛(1 2 0目)

4、、d 2 kw-4电热恒温水浴锅、y 8 0 2 a电热恒温烘箱.1. 3. 1 棉秆皮成分测定 按照gb5883-86fe麻回潮率、含水率 试样方法枠测定棉秆皮的冋潮率与含水率按照g b 5 8 8 8 - 8 9耘芒麻化学 成分定量分析方法枠测定棉秆皮的成分. 冋潮率、含水率.将棉秆皮做成单个重约5 g的试样，共6个，分别放于已知 质屋的称量瓶中并在精密分析天平上精确称重，置于1 0 51 1 0 °c的电热恒 温干燥箱屮烘至恒重（先后2次质量差不超过后一次质量的0 0 2 %），取出 放于干燥器屮冷却3 0 ±5m i n,分别精确称取棉秆皮与称量瓶总质量并记 录.

5、脂蜡质含量.将测过含水率的试样，分别放入脂肪提取器内，试样高度低于溢 流口约1 01 5 mm.烧瓶中加入1 5 0 ml苯乙醇（体积比2 : 1 ）溶液， 在恒温下进行提取，控制回流速度为46次/ h从提取液开始低落起计时， 提取3 h取出试样，在通风橱内风干.然后放入已知质量的称量瓶中，在1 0 51 1 0°c下烘至恒重（先后2次质量差不超过后一次质量的00 2 %下 同）取出放于干燥器中冷却3 0 ±5m i n,分别精确称取试样与称量瓶总质 量并记录.按式（1 ）计算wl = （go -g1 ） /go xi 0 0 ,（ 1 ）式中w 1为试样的脂蜡质含量（%）

6、； g 0为试样抽取脂蜡质前（或测含水率后） 的干重（g ） ; g 1为试样抽取脂蜡质后的干重（g ） 水溶物含量.将提取脂蜡质后的试样，分别放入加有1 5 0 ml蒸绸水的三角 烧瓶屮，装好球型冷凝管，沸煮1 h,更换蒸憾水，重新沸煮2 h,取出试样， 在分样筛屮洗净.放入已知质量的称量瓶屮，烘至恒重.取出，迅速放于干燥器 中冷却，称重并记录. 果胶物质含量.将提取水溶物后的试样，分别放入加有1 5 0 ml,浓度为5 g / l的草酸馁溶液的三角烧瓶中，装好球型冷凝管，沸煮3 h.取出，在分样 筛中洗净，放入已知质量的称量瓶中，烘至恒重.取;ii迅速放于干燥器中冷却， 称重并记录. 半纤

7、维素含量.将提取果胶物质后的试样，分别放入加有1 5 oml,浓度为 2 0 g / l氢氧化钠溶液的三角烧瓶中，装好球型冷凝管，沸煮3. 5 h取出， 于分样筛屮洗净，放入已知质量的称量瓶屮，烘至恒重，取岀迅速放于t燥器屮 冷却，称重并记录. 木质素含量.从试样屮，随机选46点，取重约5 g的样品，提取脂蜡质后 风干剪碎（长度不超过1 5mm）,称取每个重约1 g的试样，共3个.分别 放丁已知质量的有塞三角烧瓶中，烘至恒重取出迅速放于干燥器中冷却，称重， 记录.然后缓缓加入3 0 0 ml 7 2 %的硫酸溶液.在81 5 c下放置2 4 h然后，移至三角烧瓶中，用蒸懾水稀释至3 0 0 m

8、l，装好球型冷凝管沸煮 1 h,稍冷，用已知质量的玻璃砂芯滤器反复抽滤、洗剂，直至滤液屮不含硫酸 根离了时为止（用1 o %氯化狈溶液检验）.取卜玻璃砂芯滤器烘至恒觅，取出 迅速放于干燥器中冷却，称重并记录.按式（2）计算木质素含量.w 2 = （g b -g a ） / （g d -g c ） x 1 0 0 ,（ 2 ）式屮w 2为试样的木质素含量（） ； g a为玻璃砂芯滤器总干重（g） ； gb 为试样的木质索与玻璃砂芯滤器总干重（g） ； g c为有塞三角烧瓶干重（g）； gd为试样与有塞三角烧瓶总重量（g ） 纤维素含虽.根据以上各成分含量的测定值，按式（3）计算纤维素含量.w=

9、1 0 0 - （w 1 +w 2 +w3 +w4 +w 5 ） ,（ 3 ）式中w为原棉秆皮纤维素含量（） ； wl, w2 , w3 , w4 , w 5分别为试样 的脂蜡质含量（）,木质素含量（）,水溶物含屋（）,果胶含量（）, 半纤维素含量（） 灰分含量做成每个重约1 0的试样共3个，分别放入已知质量的白瓷干锅屮, 烘至恒重.取出迅速放于干燥器中冷却，称重并记录.然后将其放入高温电炉屮, 在5 7 5 ± 2 5 °c下灼烧待灰烬呈口色或淡灰色时（一般约4 h ）停炉.当炉 温降至2 5 0 °c以下时，取出放于石棉网上冷却23m i n后移入干燥器屮冷

10、却，称量并记录.按式（4）计算.w h = （g f -g e ） / （g g -g e ） x 1 0 0 ,（ 4 ）式中wh为试样的灰分含屋（%） ； ge为白瓷干锅干重（g ） ； g f为试样的 灰分与白瓷干锅的总质量（g） ; gg为试样与白瓷干锅的总干重（g）1. 3. 2 棉秆皮纤维的制取及条件 参考麻类（主要是亚麻）纤维的脱胶工 艺流程，制定棉秆皮纤维的制取方法为：试样准备一浸酸一碱煮一水洗打纤一 水洗一酸洗一水洗一抖松一给油一烘干.条件：浸酸：h 2 s 0 4浓度2 g / l,温度8 0 °c,时间1 2 h ,浴比1 :6 0.碱煮：n a oh浓度1 8

11、 g / l,温度3 0 °c,时间5 h ,浴比1 : 3 0 酸洗：h 2 s 0 4浓度1 g / l,常温，时间5m i n,浴比1 : 2 0.1. 3 . 3棉秆皮纤维性能测试用羊毛纤维长度分析仪测定棉秆皮工艺纤维，用直尺测棉秆皮单纤维；用y 1 7 1型纤维切断器并采用中段切断称重法测定经半脱胶棉秆皮纤维的细度；用y g 0 0 1 n电子单纤维强力仪测试纤维的强力；按照g b 5 8 8 8 - 8 9耘芒麻 化学成分定量分析方法枠测定纤维残胶率；纤维的提取率按照纤维的质量/原棉 秆皮质量求得.2结果与讨论21棉秆皮成分按照棉秆皮成分测试方法得出棉秆皮的回潮率与含水率

12、如表1，各成分的含量如表1棉秆皮的回潮率与含水率测试项日123456平均值含水率9. 199& 9029. ()839. 1868.9019.4299. 13冋潮率伦10.1319.7729.91010.10!9.77110.41010.02表2棉秆皮中各物质成分含%种类脂腊灰水溶物果胶半纤维素木质索纤维索灰分枫秆皮2. 3619.543.3425.8825.2323.656.35从表1得出棉秆皮回潮率的平均值为1 0. 0 2%，含水率的平均值为91 3%.从表2得出棉秆皮成分含量，其屮半纤维素成分占2 5. 8 8 %,木质索 占2 5 . 2 3 %,水溶物占1 9 . 5 4

13、%,三者之和占棉秆皮成分的绝大部分.因 此，在棉秆皮纤维的制取过程中对半纤维素、木质素、水溶物的去除是重点.为 更好研究棉秆皮的性能，将棉秆皮与其他一些植物纤维原料（如亚麻、芒麻、黄 麻、大麻、竹子）成份含量进行比较，如表3所表3几种植物钎维原料化学成分种类脂腊质水溶物果胶半纤维羔木质索纤维索亚麻2 41 21 48-111.5 -770 80芒麻0.2 16.5-93.5-4.512-150.5 270 -77黄麻(l 3 11.5-2.50.5-112-1810-155() - 60大麻1 .210-133.6-3.816-18.56.3 -9.355 -67竹子7.5-12.505152

14、0 -2520 3()45 -55桑皮纤维4.4911.4726. 3718. 157.0432.48龙须草l259.241.923. 1219. 1545.34曲表23得出，在水溶物和纤维素含量上，棉秆皮与上述几种植物纤维存在大 的羞界棉秆皮的水溶物含屋比上述几种原料高很多，说明在提取棉秆皮纤维的方法上与其他纤维的方法不同.棉秆皮纤维素含量比竹子和桑皮纤维还要低，这 会影响棉秆皮纤维的提取率.棉秆皮半纤维素和木质素含量与龙须草差不多，比 上述其他植物纤维含量耍高.因此，在去除半纤维索和木质索方面可以参考龙须 草的去除方法.22棉秆皮纤维形态测得棉秆皮纤维的长度、细度如表4,为了便于比较，表中

15、列出了其他几种麻纤 维的性能指标数据.长度/mm宽度长宽比长度/m细度/ljx枫秆皮纤维1.1 4.510-2418.8-1105 -352.7 -3.44亚麻10-2612-2583.3 -104.03()- 902.5 -3.5大麻何75014-17500 2 9414120.8 - 1.2黄麻（610-27100 -20016-212.2 33表4棉秆皮及其他纤堆性能播标纤维鑒莎由表4可知，棉秆皮单纤维的长度比其他3种纤维都要短，宽度相差不大；棉秆 皮工艺纤维的长度比亚麻纤维短，比大麻、黄麻纤维长；棉秆皮工艺纤维的细度 与亚麻、黄麻纤维接近，比大麻纤维粗.采用日本j s w 5 8 0

16、0扫描电镜观察提取的棉杆皮纤维形态结构（如图1 ）由 图1可以看出，棉杆皮纤维表面粗糙，凹凸不平，并且存在明显的沟 槽.放大倍数4000（b）放大倍教8000图】悴秤皮纤维表面形态结构23棉秆皮纤维性能棉秆皮纤维性能测试结果见表5 ,为了便于比较，表中列出了其他几种麻纤维的表5棉秆皮及我他纤堆性能试惮断裂强力、tex-*断裂伸长率/號残胶率伦男取率伦棉秆皮纤维4.917.5312.7823.65亚麻期47.973.96黄麻的26.013. 14竹纤维:习30.993.48性能指标.由表5可知，棉秆皮纤维的断裂强力比其他3种纤维低，但其断裂伸长率比亚麻、 黄麻等纤维高.3 结论(1) 按照g b 5 8 8 8 - 8 9耘芒麻化学成分定星分析方法枠测定棉秆皮成 分，得出棉秆皮中含脂腊质2 . 3 6%,水溶物1 9. 5 4 %，果胶3. 3 4%, 半纤维素2 5. 8 8%,木质索2 5 .