第一章　竹原纖維的制備技術

第一節　緒言

一、紡織纖維的分類

人們常說“衣、食、住、行”，這種排列雖有音韻之需，但也體現了“衣”之對人類的重要。“衣”大都離不開“纖維”，即“紡織纖維”。紡織纖維經過幾千年的變革，現在已是種類繁多，但它們都必須具有一定的細度和彈性，足夠的強度、柔韌性，相互間有抱合力以及化學性能穩定的特性。

紡織纖維主要分為以下幾類：

（一）天然纖維

天然纖維是自然界存在和生長的且具有紡織價值的纖維，可分為植物纖維、動物纖維和礦物纖維。

1.植物纖維 植物纖維的主要組成物質是纖維素，又稱天然纖維素纖維，是由植物上種子、果實、莖、葉等處獲得的纖維。根據纖維在植物上生長的位置不同，又分為種子纖維（棉、木棉、椰子等），葉纖維（劍麻、蕉麻等）和莖纖維（可分為韌皮纖維如苧麻、亞麻、大麻、黃麻等及木質纖維如竹、香蕉等）。

2.動物纖維 動物纖維的主要組成物質是蛋白質，又稱天然蛋白質纖維，可分為毛發（綿羊毛、山羊毛、駱駝毛、兔毛、牦牛毛等）和腺分泌物（蠶絲、柞蠶絲）等。

3.礦物纖維 礦物纖維的主要成分是無機物，又稱天然無機纖維，為無機金屬硅酸鹽類，如石棉纖維。

（二）化學纖維

化學纖維是以天然的或人工合成的高分子化合物為原料，經化學紡絲而制成的纖維。可分為人造纖維、合成纖維、無機纖維。

1.再生纖維 再生纖維又稱人造纖維，是以纖維素、蛋白質等天然高分子物質為原料，經化學加工、紡絲、后處理而制成的紡織纖維。可分為再生纖維素纖維（粘膠纖維、富強纖維、銅氨纖維等）和再生蛋白質纖維（大豆纖維、花生纖維等）。

2.合成纖維 合成纖維是以人工合成的高分子化合物為原料，經紡絲加工制得的纖維。分為普通合成纖維（滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸等）和特種合成纖維（芳綸、氨綸、碳纖維等）。

3.無機纖維  無機纖維是以礦物質為原料制成的纖維，如玻璃纖維、金屬纖維等。

二、新型植物纖維

由于人類對纖維的需求量不斷增加，以及環保壓力的推動，人們正在不斷開發多種天然纖維。

（一）劍麻纖維

劍麻原產于墨西哥的龍加丹半島，大多分布于南北緯30°間的美洲、非洲、亞洲、大洋洲及太平洋、印度洋的一些島嶼和熱帶、亞熱帶廣大地區，主產國家有墨西哥、巴西、坦桑尼亞等國。我國劍麻栽培主要集中在廣東、廣西、福建及海南等地，云南、浙江、四川等地有少量試種。

劍麻葉的硬質纖維具有拉力強、耐海水浸、耐摩擦、富有彈性等特性，可作漁業、航海、工礦、運輸用繩索、帆布、防水布等原料。加工后的粕渣可作造紙的原料。此外，生產過程中產生的短纖維（包括亂纖維），可制一般用的繩索、鞋墊、韁繩及手提袋等日常用品，也可用作家具的填充物，還可與塑料混合壓成硬板，制成家具。葉汁通過發酵可產生沼氣，還可提取糖及飼料干酵母，加工后的大量葉渣是良好的飼料，麻渣是優質的有機肥料。

劍麻纖維具有纖維長、色澤潔白、質地堅韌、拉力強、耐摩擦、耐酸堿、耐腐蝕、不易打滑等特點。廣泛用于制作繩纜、鋼絲繩芯、紗線、劍麻布、拋光輪、地毯、紙漿、建材和門墊及工藝品等各種產品。

（二）羅布麻纖維

羅布麻因羅布泊而得名。在中國淮河、秦嶺、昆侖山以北各省及自治區都有羅布麻分布。羅布麻纖維屬韌皮纖維，在已發現的野生纖維植物中，品質最優，是紡織、造紙的原料。但其纖維長度不一致，紡織時落麻率高，成紗率較低。

羅布麻纖維細度為0.3~0.4tex，長度與棉纖維相近，平均長度為20~25mm，但長度差異較大，差異幅度為10~40mm。但由于其表面光滑無卷曲，抱合力差，在紡織加工中容易散落，制成率低，且影響成紗質量。

（三）蕉麻纖維

蕉麻從葉柄中制取纖維，其重要性在葉纖維中居第二位。

蕉麻由于強度高、柔軟、有浮力和抗海水侵蝕性好，主要用作船用的繩纜、釣魚線、吊車繩索和漁網。有些蕉麻可用來制作地毯、桌墊和紙。內層纖維可不經紡線而制造出耐穿的細布，主要被當地人用來制作衣服和鞋帽。

（四）香蕉纖維

與棉和化纖相比，香蕉纖維不僅光澤好，而且具有很高的吸水性，用它織成的衣物穿著舒適、美觀耐用。

由于香蕉纖維輕且有光澤，吸水性高，也可以制成窗簾、毛巾、床單等。香蕉纖維和棉纖維的混紡織物可織造牛仔服、網球服以及外套等，目前香蕉纖維的混紡率為30％，混紡纖維是49.2~84.3tex（7~12英支）的粗支紗，可進一步開發細支紗和100％香蕉纖維。香蕉纖維還可用于制造高強度紙和包裝袋等。

（五）菠蘿葉纖維

菠蘿纖維是從菠蘿葉片中提取的纖維，屬于葉脈纖維。將菠蘿葉脈去其兩側銳刺及膠質后，取出之纖維每根長度為80~100cm，直徑僅為真絲直徑的1/4。纖維質軟，強度較低，無法滿足紡紗的要求，因此以往只能將菠蘿纖維與其他纖維混紡，可制成漁網、面料、紙張等。菠蘿布質軟、抗濕性強、顏色稍黃帶有光澤。

近年來，紡織技術的進步對菠蘿纖維的化學處理(脫膠和改性)已有相當的改善，對紡織加工的流程和技術也有一定的水平，已可成功地利用不同的紡紗技術流程紡制出菠蘿葉纖維的純紡紗與混紡紗。

（六）椰殼纖維

椰殼纖維是從椰子殼中提取的木質纖維。同植物纖維一樣，它被列為硬質纖維，它的木質素含量最高，而木質素是一種天然聚合物。椰殼纖維比棉花的強度大，但柔軟性較差，主要用于家具填料和墊子的填充物，也用來制作刷子、繩索和麻線。椰殼纖維的彈性和生物降解性還被用于土工布（如排水過濾器）、絕緣材料以及船只使用的嵌縫材料。涂膠椰殼纖維布用于汽車座椅和面板。

這種纖維可以從未成熟的青綠色椰殼或已成熟的棕色椰殼中提取。當椰殼在水中浸泡變軟或腐爛后，便可通過手工或機械手段提取纖維，然后進行篩洗清理。一般來說，未成熟的綠色椰殼產出的是白色椰殼纖維，適合制造地毯。成熟的棕色椰殼產出的是棕色椰殼纖維，用于制作土工布、墊子、汽車座椅和各類刷子、麻線和紗線等產品。

（七）桑皮纖維

桑皮纖維作為一種新型天然紡織原料有著相當好的纖維性能，具有棉的一些特性，又兼備麻的一些優點。我國作為蠶絲出口大國，有著豐富的桑樹資源，這為桑皮纖維的研究開發提供了極有利的條件。桑皮纖維的開發為紡織原料的拓展提供了一個極大的空間，肯定會產生一定的經濟和社會效益。

（八）竹原纖維

竹原纖維屬植物莖木質纖維。與其他天然纖維相比，竹原纖維有許多獨特的優點。由于竹原纖維具有特別的結構形態，可以在瞬間吸收并傳遞水分，其吸汗、排汗、透氣，導熱性能是棉纖維的30多倍，被業界稱為“會呼吸的纖維”。此外，竹原纖維還具有天然抑菌、除臭等許多優良的性能，根據國家紡織服裝產品質量監督檢驗中心的檢測，竹原纖維對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率都達到了99.5%以上。因此，竹原纖維將成為“21世紀的環保功能型綠色纖維”。

目前市面上所謂的竹纖維大部分是竹漿纖維，其制作加工過程基本與粘膠纖維相似，一般是將竹片制成漿，然后將漿制成漿粕，再濕法紡絲制成纖維，屬于化學再生粘膠纖維。

國內消費者對市場上竹纖維產品概念還比較模糊，分不清竹漿纖維和竹原纖維，這給竹原纖維產品市場化過程帶來嚴重的困擾。不過，在加拿大、美國、德國、日本等國家已經明文規定，竹漿纖維不能稱作竹纖維，就像麻漿纖維不能稱作麻纖維一樣，而只能稱作“竹粘膠纖維”或者稱作“粘膠來自竹”。同樣，竹炭纖維也不能稱作竹纖維。

本書所述的竹原纖維是采用物理、化學或生化相結合的方法制取的天然纖維，是真正的竹纖維，是繼棉、麻、毛、絲之后的第五大類天然纖維。

三、植物纖維原料的主要化學成分

植物纖維原料的主要化學成分為：纖維素、半纖維素和木質素，這三種成分占原料總質量的80%~95%。其中，纖維素、半纖維素屬碳水化合物，常占原料質量的60%~90%。它們由植物吸收太陽能進行光合作用合成而成。

（一）木質素

木質素廣泛存在于較高等的維管束植物（蕨類植物、裸子植物、被子植物）中。木質素是結構復雜、類型繁多的一類高聚物。它的主要單基有以下三類：

（1）對羥基苯基丙烷。

（2）愈瘡木酚基丙烷(對羥基苯基丙烷上帶有一個甲基酚基團，針葉木質素的主要成分)。

（3）紫丁香基丙烷(對羥基苯基丙烷上帶有兩個甲基酚基團，闊葉木質素的主要成分)。

木質素是由這些單基形成多支鏈的、聚合度比較高的三維立體結構的復雜高聚物。不同植物的木質素分子結構不同。

木質素本身是一種白色或接近無色的粉末。木質素從植物中分離出來時，隨分離方法不同，帶有灰黃至灰褐的顏色。一般情況下，木質素的密度約1.35~1.50g/cm³，折射率高達1.61，熱值達26J/g，通常提取得到的木質素的重均分子量在2800~17800。木質素干燥狀態的玻璃化轉變溫度隨結構和相對分子質量不同而不同，一般在127~135℃，但它和一般天然纖維一樣，在吸濕后，隨回潮率的上升，玻璃化轉變溫度將大幅度下降。在空氣溫度20℃，相對濕度65%的條件下，玻璃化轉變溫度將比干燥時下降50~120℃，完全潤濕時，玻璃化轉變溫度均在0℃左右。

木質素在植物中與纖維素伴生，在針葉木形成層中含23%~35%，在闊葉木形成層中含20%~25%，在單子葉禾木科植物莖中含15%~25%，在各種麻類韌皮中含5%~15%，在棉纖維和棉短絨中不含木質素。

（二）纖維素

纖維素是D-葡萄糖的線型高聚物。植物原料中，除棉纖維和木棉纖維中纖維素含量特別高外，其他韌皮、形成層(稈芯)等纖維素含量均在35%~55%，由其提取纖維素為主的物質用于紡織和造紙已有3000年甚至7000年的歷史。近代已系統產業化，中國每年紙和紙板產量已近8000萬噸，天然纖維和再生纖維加工量已近1300萬噸，其主要成分是纖維素。

原生纖維素的提純過程，歷史上一般采用酶處理或化學處理，溶解、洗滌除去木質素、半纖維素、脂蠟質、果膠、部分灰分(金屬氧化物)等方法完成。

（三）半纖維素

植物細胞中的纖維素和木質素是由聚糖混合物緊密地相互貫穿在一起的，此聚糖混合物被稱為半纖維素。半纖維素是一大類聚糖高分子物質，此術語于1891年由Schulze提出，用以表述植物中能夠用堿液抽取出來的各種聚糖。當時發現在植物細胞壁中，這些聚糖總是和纖維素結合在一起，誤認為是纖維素合成過程的低聚合度的中間產物。現已證明，半纖維素不是纖維素合成的前驅體，其產生與纖維素合成無關。1962年Aspinall定義為：“半纖維素是來源于植物的聚糖，它們含有D-木糖基、D-甘露糖基、D-葡萄糖基或D-半乳糖基的主鏈，其他糖類可以成為支鏈而連接在主鏈上”。因而，半纖維素是非纖維素的碳水化合物。半纖維素的單基除上述4種糖以外，還有L-阿拉伯糖基、4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸基、D-半乳糖醛酸基，以及少量的L-鼠李糖基、L-巖藻糖基和多種氧甲基、乙酰基的中性糖基。它一般是由2~4種結構單元構成的、帶支鏈的、不均一的高聚物。值得注意的是，果膠不屬于半纖維素，它是聚阿拉伯糖、聚半乳糖和聚半乳糖醛酸的混合物。