第一章　竹原纖維的制備技術(shù)

第一節(jié)　緒言

一、紡織纖維的分類

人們常說(shuō)“衣、食、住、行”，這種排列雖有音韻之需，但也體現(xiàn)了“衣”之對(duì)人類的重要。“衣”大都離不開(kāi)“纖維”，即“紡織纖維”。紡織纖維經(jīng)過(guò)幾千年的變革，現(xiàn)在已是種類繁多，但它們都必須具有一定的細(xì)度和彈性，足夠的強(qiáng)度、柔韌性，相互間有抱合力以及化學(xué)性能穩(wěn)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(zhǎng)的且具有紡織價(jià)值的纖維，可分為植物纖維、動(dòng)物纖維和礦物纖維。

1.植物纖維 植物纖維的主要組成物質(zhì)是纖維素，又稱天然纖維素纖維，是由植物上種子、果實(shí)、莖、葉等處獲得的纖維。根據(jù)纖維在植物上生長(zhǎng)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(zhì)纖維如竹、香蕉等）。

2.動(dòng)物纖維 動(dòng)物纖維的主要組成物質(zhì)是蛋白質(zhì)，又稱天然蛋白質(zhì)纖維，可分為毛發(fā)（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(wú)機(jī)物，又稱天然無(wú)機(jī)纖維，為無(wú)機(jī)金屬硅酸鹽類，如石棉纖維。

（二）化學(xué)纖維

化學(xué)纖維是以天然的或人工合成的高分子化合物為原料，經(jīng)化學(xué)紡絲而制成的纖維。可分為人造纖維、合成纖維、無(wú)機(jī)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(zhì)等天然高分子物質(zhì)為原料，經(jīng)化學(xué)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(qiáng)纖維、銅氨纖維等）和再生蛋白質(zhì)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(jīng)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(wú)機(jī)纖維  無(wú)機(jī)纖維是以礦物質(zhì)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(duì)纖維的需求量不斷增加，以及環(huán)保壓力的推動(dòng)，人們正在不斷開(kāi)發(fā)多種天然纖維。

（一）劍麻纖維

劍麻原產(chǎn)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(qū)，主產(chǎn)國(guó)家有墨西哥、巴西、坦桑尼亞等國(guó)。我國(guó)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(zhì)纖維具有拉力強(qiáng)、耐海水浸、耐摩擦、富有彈性等特性，可作漁業(yè)、航海、工礦、運(yùn)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(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)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(guò)發(fā)酵可產(chǎn)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(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料。

劍麻纖維具有纖維長(zhǎng)、色澤潔白、質(zhì)地堅(jiān)韌、拉力強(qiáng)、耐摩擦、耐酸堿、耐腐蝕、不易打滑等特點(diǎn)。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(chǎn)品。

（二）羅布麻纖維

羅布麻因羅布泊而得名。在中國(guó)淮河、秦嶺、昆侖山以北各省及自治區(qū)都有羅布麻分布。羅布麻纖維屬韌皮纖維，在已發(fā)現(xiàn)的野生纖維植物中，品質(zhì)最優(yōu)，是紡織、造紙的原料。但其纖維長(zhǎng)度不一致，紡織時(shí)落麻率高，成紗率較低。

羅布麻纖維細(xì)度為0.3~0.4tex，長(zhǎng)度與棉纖維相近，平均長(zhǎng)度為20~25mm，但長(zhǎng)度差異較大，差異幅度為10~40mm。但由于其表面光滑無(wú)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(zhì)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(qiáng)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(yú)線、吊車?yán)K索和漁網(wǎng)。有些蕉麻可用來(lái)制作地毯、桌墊和紙。內(nèi)層纖維可不經(jīng)紡線而制造出耐穿的細(xì)布，主要被當(dāng)?shù)厝擞脕?lái)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(wǎng)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(jìn)一步開(kāi)發(fā)細(xì)支紗和100％香蕉纖維。香蕉纖維還可用于制造高強(qiáng)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(cè)銳刺及膠質(zhì)后，取出之纖維每根長(zhǎng)度為80~100cm，直徑僅為真絲直徑的1/4。纖維質(zhì)軟，強(qiáng)度較低，無(wú)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(wǎng)、面料、紙張等。菠蘿布質(zhì)軟、抗?jié)裥詮?qiáng)、顏色稍黃帶有光澤。

近年來(lái)，紡織技術(shù)的進(jìn)步對(duì)菠蘿纖維的化學(xué)處理(脫膠和改性)已有相當(dāng)?shù)母纳疲瑢?duì)紡織加工的流程和技術(shù)也有一定的水平，已可成功地利用不同的紡紗技術(shù)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(zhì)纖維。同植物纖維一樣，它被列為硬質(zhì)纖維，它的木質(zhì)素含量最高，而木質(zhì)素是一種天然聚合物。椰殼纖維比棉花的強(qiáng)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(lái)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(guò)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(dāng)椰殼在水中浸泡變軟或腐爛后，便可通過(guò)手工或機(jī)械手段提取纖維，然后進(jìn)行篩洗清理。一般來(lái)說(shuō)，未成熟的綠色椰殼產(chǎn)出的是白色椰殼纖維，適合制造地毯。成熟的棕色椰殼產(chǎn)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(chǎn)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(dāng)好的纖維性能，具有棉的一些特性，又兼?zhèn)渎榈囊恍﹥?yōu)點(diǎn)。我國(guó)作為蠶絲出口大國(guó)，有著豐富的桑樹(shù)資源，這為桑皮纖維的研究開(kāi)發(fā)提供了極有利的條件。桑皮纖維的開(kāi)發(fā)為紡織原料的拓展提供了一個(gè)極大的空間，肯定會(huì)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

（八）竹原纖維

竹原纖維屬植物莖木質(zhì)纖維。與其他天然纖維相比，竹原纖維有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。由于竹原纖維具有特別的結(jié)構(gòu)形態(tài)，可以在瞬間吸收并傳遞水分，其吸汗、排汗、透氣，導(dǎo)熱性能是棉纖維的30多倍，被業(yè)界稱為“會(huì)呼吸的纖維”。此外，竹原纖維還具有天然抑菌、除臭等許多優(yōu)良的性能，根據(jù)國(guó)家紡織服裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測(cè)，竹原纖維對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率都達(dá)到了99.5%以上。因此，竹原纖維將成為“21世紀(jì)的環(huán)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(guò)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(xué)再生粘膠纖維。

國(guó)內(nèi)消費(fèi)者對(duì)市場(chǎng)上竹纖維產(chǎn)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(chǎn)品市場(chǎng)化過(guò)程帶來(lái)嚴(yán)重的困擾。不過(guò)，在加拿大、美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家已經(jīng)明文規(guī)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(lái)自竹”。同樣，竹炭纖維也不能稱作竹纖維。

本書(shū)所述的竹原纖維是采用物理、化學(xué)或生化相結(jié)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(xué)成分

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

（一）木質(zhì)素

木質(zhì)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(zhì)素是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型繁多的一類高聚物。它的主要單基有以下三類：

（1）對(duì)羥基苯基丙烷。

（2）愈瘡木酚基丙烷(對(duì)羥基苯基丙烷上帶有一個(gè)甲基酚基團(tuán)，針葉木質(zhì)素的主要成分)。

（3）紫丁香基丙烷(對(duì)羥基苯基丙烷上帶有兩個(gè)甲基酚基團(tuán)，闊葉木質(zhì)素的主要成分)。

木質(zhì)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(jié)構(gòu)的復(fù)雜高聚物。不同植物的木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)不同。

木質(zhì)素本身是一種白色或接近無(wú)色的粉末。木質(zhì)素從植物中分離出來(lái)時(shí)，隨分離方法不同，帶有灰黃至灰褐的顏色。一般情況下，木質(zhì)素的密度約1.35~1.50g/cm³，折射率高達(dá)1.61，熱值達(dá)26J/g，通常提取得到的木質(zhì)素的重均分子量在2800~17800。木質(zhì)素干燥狀態(tài)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子質(zhì)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(zhuǎn)變溫度將大幅度下降。在空氣溫度20℃，相對(duì)濕度65%的條件下，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度將比干燥時(shí)下降50~120℃，完全潤(rùn)濕時(shí)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度均在0℃左右。

木質(zhì)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(zhì)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(zhì)用于紡織和造紙已有3000年甚至7000年的歷史。近代已系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化，中國(guó)每年紙和紙板產(chǎn)量已近8000萬(wàn)噸，天然纖維和再生纖維加工量已近1300萬(wàn)噸，其主要成分是纖維素。

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

（三）半纖維素

植物細(xì)胞中的纖維素和木質(zhì)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(zhì)，此術(shù)語(yǔ)于1891年由Schulze提出，用以表述植物中能夠用堿液抽取出來(lái)的各種聚糖。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)在植物細(xì)胞壁中，這些聚糖總是和纖維素結(jié)合在一起，誤認(rèn)為是纖維素合成過(guò)程的低聚合度的中間產(chǎn)物。現(xiàn)已證明，半纖維素不是纖維素合成的前驅(qū)體，其產(chǎn)生與纖維素合成無(wú)關(guān)。1962年Aspinall定義為：“半纖維素是來(lái)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(jié)構(gòu)單元構(gòu)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。