桑皮纖維的制備與性能研究

桑皮纖維的制備與性能研究

桑皮纖維是一種新型的天然纖維纖維纖維。中國是世界上大量種桑養(yǎng)蠶的國家,相關(guān)統(tǒng)計表明我國約有800萬畝桑田,桑葉用來養(yǎng)蠶,而砍伐下來的枝條大部分當(dāng)柴燒或廢棄不用,這是一個極其巨大的廉價原料市場,這為桑皮纖維的研究和開發(fā)提供了非常有利的條件。桑皮纖維作為“綠色紡織品”,具有良好的品質(zhì)和獨特的風(fēng)格,它既具有棉纖維的特性,又具有麻纖維的許多優(yōu)點。桑皮纖維的研究和開發(fā)涉及生物、材料、精細化工、紡織等多種學(xué)科和多種技術(shù),它將成為新一代服裝面料和工業(yè)用產(chǎn)品。目前,它的研究正處于起步階段,本文主要對桑皮進行化學(xué)脫膠處理,并用掃描電子顯微鏡觀察桑皮纖維的結(jié)構(gòu),用纖維強力測試儀測試其性能。1實驗1.1原材料實驗用桑皮產(chǎn)自山東濰坊,經(jīng)初步錘打,其中的部分外皮已去除。1.2試劑氫氧化鈉、雙氧水、濃硫酸(98%)、多聚磷酸鈉、水玻璃。1.3實驗技術(shù)桑皮除雜→水浸→錘洗→預(yù)處理→一煮→水洗→二煮→酸漂洗→水洗→皂洗→水洗→烘干→后整理1.4實驗步驟1.4.1預(yù)處理硫酸:1.0～1.5g/L,溫度:30～60℃,處理時間:1h,浴比:1∶15。1.4.2煮1罐氫氧化鈉:5～9g/L,蒸煮時間:2h,浴比:1∶15,常壓。1.4.32煮氫氧化鈉:10～14g/L,多聚磷酸鈉:3%～5%,水玻璃:4%～8%,蒸煮時間:2h,浴比:1∶15,常壓。1.4.4酸洗雙氧水:4～6g/L,濃硫酸:2～4g/L,時間:15～25min,水洗,pH:6～7。1.4.5干燥經(jīng)脫水后的桑皮纖維,抖松后在室內(nèi)掛置10余小時后放入Y801A型恒溫烘箱進行烘干,烘干溫度為105℃左右。1.5次堿練工藝桑皮纖維的優(yōu)劣,主要取決于脫膠的程度。目前常用的方法有自然脫膠法和化學(xué)脫膠法,自然脫膠法受環(huán)境影響大,耗費時間長,生產(chǎn)效率低,質(zhì)量難以保證?；瘜W(xué)脫膠法是利用桑皮中的膠質(zhì)和纖維素對酸、堿、氧化物的作用性質(zhì)不同,通過煮練水洗等化學(xué)、物理機械手段使膠質(zhì)與纖維分離。鑒于桑皮中的膠質(zhì)含量過高,本工藝采用二次堿煮的工藝路線,這主要是考慮到堿煮過程的負擔(dān)過重,一次堿煮不能起到很好的效果。煮練前的浸酸預(yù)處理,采用硫酸可去除一部分果膠和雜質(zhì),減輕以后的煮練負擔(dān)。煮練劑一般采用氫氧化鈉,為更好地去除木質(zhì)素、提高纖維白度、減輕纖維素降解程度和增強纖維強力,可采用堿和雙氧水相互作用,堿既起到去除桑皮中的膠質(zhì)、半纖維素、木質(zhì)素及其它雜質(zhì)的作用,又為雙氧水的分解提供了一個堿性環(huán)境;雙氧水在酸性介質(zhì)中很穩(wěn)定,分解速率非常低,而在堿性介質(zhì)中可以被堿活化,雙氧水分子發(fā)生分解,可以漂白桑皮纖維,經(jīng)雙氧水漂白的纖維白度穩(wěn)定,不易泛黃。而且雙氧水去雜能力強,分解產(chǎn)物無污染,無毒,不腐蝕設(shè)備,同時尤為重要的是可以氧化木質(zhì)素,木質(zhì)素被氧化后可以溶解于實驗條件中的高溫強堿液中,從而有助于更好地去除木質(zhì)素。在煮練液中同時加入多聚磷酸鈉、水玻璃等助劑,可把二次煮練時間縮短到2h以內(nèi),并可保證桑皮纖維的質(zhì)量不降低。該助劑具有一定的滲透、擴散、乳化作用,也有較強的絡(luò)合能力,能軟化硬水,可與煮練液中的多價金屬離子(鈣、鎂、鐵等)生成較穩(wěn)定的絡(luò)合物,從而加速煮練過程的進行,并能穩(wěn)定和提高脫膠質(zhì)量。脫膠后的纖維具有強度高、短纖少、分離好、制成率高等優(yōu)點。1.6測試1.6.1剩余膠率采用GB5889—86《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》測定。1.6.2纖維斷裂強度和斷裂長度YG001A型電子單纖維強力儀,夾持長度為10mm,下夾持器下降速度為5mm/min。1.6.3纖維的厚度采用中段切斷稱重法。1.6.4桑皮纖維的形態(tài)和結(jié)構(gòu)KYKY-2800型掃描電子顯微鏡。1.6.5清潔箱Y801A型恒溫烘箱,溫度為105℃。2結(jié)果與分析2.1堿處理纖維原料的加工制備工藝酸的濃度對桑皮的影響較大,當(dāng)濃度稍大時,桑皮最外層薄皮剝離得較干凈,但纖維會受到一定的損傷,纖維長度較短,當(dāng)濃度較小時,外皮剝離不凈,給后續(xù)的堿煮帶來負擔(dān);第一次堿煮時,溶液變?yōu)檎吵頎?纖維開始逐漸分離出來,一煮后,大部分纖維已分離出來,只是纖維間還殘留部分膠質(zhì),粘在一起,須進行二煮。二煮后纖維分離成單纖。另外,堿的濃度對纖維的各項性能也有較大的影響,濃度過大,纖維脫膠較好,但對纖維損傷嚴重;濃度過小,脫膠不干凈,梳理困難,難以成紗?？梢娝?、堿的濃度是整個實驗過程的關(guān)鍵。2.2桑皮纖維的提取試驗原料選用山東濰坊產(chǎn)桑樹皮,其化學(xué)成分按GB5889—86《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》測得,分析結(jié)果見表1。由表1可知,桑皮所含纖維素比苧麻少得多,而纖維素是所提取的主要成分,實驗表明桑皮纖維的提取率為20%左右;果膠木質(zhì)素的含量則遠高于苧麻,這給脫膠帶來一定的困難。2.3dtex纖維的生長經(jīng)實驗后所得桑皮纖維的各項性能指標(biāo)如表2所示。由表2可知,桑皮纖維的平均長度為23.0mm,最長者可達25.0mm,線密度為2.3dtex,比棉纖維短,纖維的長度差異大,長度整齊度差;桑皮纖維的強度為8.0～13.0cN/dtex,好于棉,斷裂伸長率為3.5%～8.5%,亦好于棉、麻。纖維的可紡性受脫膠程度因素的影響較大,脫膠程度大,纖維殘膠率低,柔軟可紡性提高,但纖維制成率低,成本較高,適合紡中特紗做中粗型織物;反之脫膠程度不夠,殘膠較多則纖維粗硬,可紡性差,只適合紡粗特、中特混紡紗,桑皮纖維的混紡比例一般不超過50%。2.4桑皮纖維截面形態(tài)桑皮纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)主要研究了纖維的外部形態(tài)特征、纖維的截面形態(tài)、纖維的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)。通過KYKY-2800掃描電子顯微鏡進行研究分析可知桑皮纖維的兩端禿鈍,有些纖維的兩端則開叉,縱向有豎紋,與麻纖維縱向側(cè)面帶有豎紋的結(jié)構(gòu)較為相似,沒有棉纖維的天然轉(zhuǎn)曲現(xiàn)象。桑皮纖維的橫截面形狀呈三角形、橢圓形和少量多角形,其中以橢圓形的居多。纖維中間無胞腔。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。3桑皮脫膠對纖維性能的影響3.1試驗證明,通過一些常規(guī)試劑和助劑的聯(lián)合作用,桑皮的化學(xué)脫膠——二煮法是可行的。雖然脫膠