生物质材料在纺织方面的应用

1、生物质材料在纺织方面的应用    2012-08-24     论文导读:介绍了木质素及其衍生物、改性淀粉、甲壳素及其衍生物、茶皂素及其衍生物、脂肽类物质等生物质材料在生物质功能纤维、浆料、印染助剂、染色废水处理等方面的研究及应用现状，并展望了生物质材料在纺织方面潜在的应用可能性。 生物质材料是指由动物、植物及微.    介绍了木质素及其衍生物、改性淀粉、甲壳素及其衍生物、茶皂素及其衍生物、脂肽类物质等生物质材料在生物质功能纤维、浆料、印染助剂、染色废水处理等方面的研究及应用

2、现状，并展望了生物质材料在纺织方面潜在的应用可能性。生物质材料是指由动物、植物及微生物等生命体衍生而来，主要由碳、氢、氧种元素构成的有机高分子物质组成。未经修饰的生物质材料易被自然界微生物降解为水、二氧化碳和其他小分子产物，并可再次进入自然界循环，具备可再生和可生物降解的极大优势。常规纤维主要依赖不可再生、日趋枯竭的石油资源和高碳排高成本的棉、毛、麻、丝等天然纤维资源，而印染产业所用的染料和助剂亦主要来源于生产石化原料资源，且印染加工过程消耗大量的水和能源，并产生大量废水，严重污染环境。随着石油资源日益匮乏，染料和助剂的制造过程及纺织品印染加工过程中突出的环保问题及消费者对纺织品生态安全性的日

3、益重视，印染行业转型发展迫在眉睫。我国生物质纤维资源储量丰富，开发低碳排生物质新资源是解决国内纺织工业资源不足，实现持续发展的重要手段。木质素及其衍生物木质素在植物中与纤维素伴生，是一种在自然界中含量丰富的天然原始资源，在地球上含量仅次于纤维素和半纤维素，其储存的太阳能甚至高于纤维素。木质素单体以键、键等形式连接而成的聚酚类三维网状空间结构大分子，不易被溶剂所溶解。分子中因缺乏强亲水性及反应活性基团，导致其水溶性、化学反应性差，一般通过接枝共聚、缩合、磺化等方法将其改性拓宽应用范围，提高使用价值。染料分散剂通过硫酸盐法回收造纸制浆废液，得到磺酸盐木质素，易降解且不会对人体和动物造成伤害，在染料

4、工业中应用越来越广泛。国外在19世纪70年代就对木质素磺酸盐进行了研究应用，我国起步较晚，使用量远低于国外，尚有很大发展空间。常规染料大都在聚合物体系中使用，不易分散，木质素磺酸盐可作为分散染料、还原染料及活性染料等多种染料的分散剂，在干燥染料滤饼前后，加入木质素磺酸盐可有效阻止颗粒间的聚集，利于滤饼研磨从而使染料易于分散，染色均匀。为简化木质素的提取方法，提高木质素磺酸盐的提取率、纯度，扩宽、改善在纺织方面的应用，国内外研究人员对木质素进行磺化改性、接枝改性、聚合改性等。印染废水吸附剂木质素作为一种天然高聚物，在很宽的浓度范围内都是良好的吸附剂，由木质素通过化学反应制备成的活性炭，更是对金属

5、离子、染料、表面活性剂等物质都有较好的吸附去除效果。作为汽油替代品的能源酒精受到越来越多的关注，利用玉米秸秆制备的能源酒精因成本低廉，来源丰富更是受到国内外专家的青睐，然而制备能源酒精的过程中会产生大量残渣，这些残渣中含有3050左右的木质素，被称为酶解木质素。刘晓玲等研究了用有机溶剂萃取法和无机碱性水溶液萃取法对酶解木质素进行分离，并进行了结构研究；许小容以酶解木质素为原料制备出了新型的阳离子絮凝剂，只需较少量便能达到较好的脱色效果，且对使用环境的酸碱性要求不高；卢徐节等人从造纸黑液中提取的木质素作为混凝剂，对模拟印染废水进行处理，去除率达到56.2，脱色率达到65.3。改性淀粉马铃薯、玉米

6、、小麦等均富含大量的天然淀粉，但天然淀粉易腐败，经加热糊化后增稠，热稳定性差等缺点阻碍了其在纺织业的应用，通过物理、化学、酶等方法对淀粉进行改性，极大拓展淀粉在纺织业的应用。纺织浆料PVA由于其成膜性好、性能优良，曾一度受到纺织业的青睐，然而其来源于不可再生的石油资源，且不易生物降解，给环保带来了巨大压力。通过物理改性、化学改性、酶改性等方法提高其性能，使其逐步代替甚至完全取代PVA。改性淀粉用作纺织浆料走过了三代历程，第一代酸解淀粉、氧化淀粉；第二代交联淀粉、淀粉醚、淀粉酯和阳离子淀粉；第三代接枝变性淀粉。德国伊埃斯集团公司研发出了一种多元增强型酯化淀粉，经由超声波轰击聚缩而成，中国棉纺织行

7、业协会浆料生产应用部浆料检测中心和环境检测站检测证明该改性淀粉的粘结性和浆膜耐磨性明显提高，且操作简便、不易变质，可适用于纯棉、涤棉、腈纶、羊毛多种纤维。印花糊料淀粉分子中含有大量伯羟基，这种高还原性基团易与活性染料反应影响得色率，需对其进行醚化、交联等方面改性。黄小华等研究了由玉米淀粉和氯乙酸制备羧甲基淀粉（CMS）的过程中碱用量、水用量及温度控制等因素对取代度的影响，及取代度对该印花糊料性能的影响，结果表明CMS的成糊率、抱水性、PVI值（印花粘度指数）及固色率等均随取代度的增加而提高，且当CMS取代度大于0.4时，可替代海藻酸钠作为活性染料的印花原糊。制备PLA纤维淀粉经发酵、脱水缩合得

8、到聚乳酸酯溶液，以该溶液为纺丝液进行纺丝，可得到易于生物降解、机械性能好、优良染色性能的PLA纤维。甲壳素及其衍生物甲壳素又称甲壳质、几丁质，是自然界第二丰富的多聚糖，广泛存在于甲壳类生物、昆虫等外壳中，也存在于低等生物体如菌类、藻类中，是由乙酰胺基脱氧葡萄糖通过苷键连接而成的半线性高聚。甲壳素在中性、碱性环境中不易溶解，大大制约了其在各方面的应用，但有研究表明甲壳素可在碱性条件下水解，脱去乙酰基生成氨基，可改善其水溶性及反应活性。纺织浆料甲壳素用作纺织浆料，具有良好的成膜耐磨性、生物降解性、抗菌抑菌性，用于上浆的甲壳素浆料多为壳聚糖类。研究表明甲壳素的水溶性与其脱乙酰度密切相关，脱乙酰度在5

9、0左右时水溶性最好，超过60或低于40时都会致使其水溶性降低。壳聚糖脱乙酰度的控制由于条件限制不易达到，但可通过引入亲水基团、酶降解降低分子量等方法增大壳聚糖水溶性，调节粘度以提高其上浆性能。将甲壳素或壳聚糖季铵碱化，使聚合物骨架带有正电性，可使其在较宽的pH范围内都溶于水；在氮原子上连接含有N的芳香性基团，如吡啶，使高聚物兼具亲水性、疏水性、亲核性，拓宽其应用范围，近年来引起了较多研究者的兴趣。结语生物质及其衍生物材料在纺织方面的开发利用具有广阔的前景，充分利用了大自然给予人类的丰富可再生资源，节省了石油等不可再生资源的使用，产品生物相容性好，便于生物降解，减轻了环境负担，可为功能化绿色纺织品开辟新途径。生物质材料具有来源多样性、结构复杂性，在一定程