桑皮纤维的制备与性能研究

桑皮纤维的制备与性能研究

桑皮纤维是一种新型的天然纤维纤维纤维。中国是世界上大量种桑养蚕的国家,相关统计表明我国约有800万亩桑田,桑叶用来养蚕,而砍伐下来的枝条大部分当柴烧或废弃不用,这是一个极其巨大的廉价原料市场,这为桑皮纤维的研究和开发提供了非常有利的条件。桑皮纤维作为“绿色纺织品”,具有良好的品质和独特的风格,它既具有棉纤维的特性,又具有麻纤维的许多优点。桑皮纤维的研究和开发涉及生物、材料、精细化工、纺织等多种学科和多种技术,它将成为新一代服装面料和工业用产品。目前,它的研究正处于起步阶段,本文主要对桑皮进行化学脱胶处理,并用扫描电子显微镜观察桑皮纤维的结构,用纤维强力测试仪测试其性能。1实验1.1原材料实验用桑皮产自山东潍坊,经初步锤打,其中的部分外皮已去除。1.2试剂氢氧化钠、双氧水、浓硫酸(98%)、多聚磷酸钠、水玻璃。1.3实验技术桑皮除杂→水浸→锤洗→预处理→一煮→水洗→二煮→酸漂洗→水洗→皂洗→水洗→烘干→后整理1.4实验步骤1.4.1预处理硫酸:1.0～1.5g/L,温度:30～60℃,处理时间:1h,浴比:1∶15。1.4.2煮1罐氢氧化钠:5～9g/L,蒸煮时间:2h,浴比:1∶15,常压。1.4.32煮氢氧化钠:10～14g/L,多聚磷酸钠:3%～5%,水玻璃:4%～8%,蒸煮时间:2h,浴比:1∶15,常压。1.4.4酸洗双氧水:4～6g/L,浓硫酸:2～4g/L,时间:15～25min,水洗,pH:6～7。1.4.5干燥经脱水后的桑皮纤维,抖松后在室内挂置10余小时后放入Y801A型恒温烘箱进行烘干,烘干温度为105℃左右。1.5次碱练工艺桑皮纤维的优劣,主要取决于脱胶的程度。目前常用的方法有自然脱胶法和化学脱胶法,自然脱胶法受环境影响大,耗费时间长,生产效率低,质量难以保证。化学脱胶法是利用桑皮中的胶质和纤维素对酸、碱、氧化物的作用性质不同,通过煮练水洗等化学、物理机械手段使胶质与纤维分离。鉴于桑皮中的胶质含量过高,本工艺采用二次碱煮的工艺路线,这主要是考虑到碱煮过程的负担过重,一次碱煮不能起到很好的效果。煮练前的浸酸预处理,采用硫酸可去除一部分果胶和杂质,减轻以后的煮练负担。煮练剂一般采用氢氧化钠,为更好地去除木质素、提高纤维白度、减轻纤维素降解程度和增强纤维强力,可采用碱和双氧水相互作用,碱既起到去除桑皮中的胶质、半纤维素、木质素及其它杂质的作用,又为双氧水的分解提供了一个碱性环境;双氧水在酸性介质中很稳定,分解速率非常低,而在碱性介质中可以被碱活化,双氧水分子发生分解,可以漂白桑皮纤维,经双氧水漂白的纤维白度稳定,不易泛黄。而且双氧水去杂能力强,分解产物无污染,无毒,不腐蚀设备,同时尤为重要的是可以氧化木质素,木质素被氧化后可以溶解于实验条件中的高温强碱液中,从而有助于更好地去除木质素。在煮练液中同时加入多聚磷酸钠、水玻璃等助剂,可把二次煮练时间缩短到2h以内,并可保证桑皮纤维的质量不降低。该助剂具有一定的渗透、扩散、乳化作用,也有较强的络合能力,能软化硬水,可与煮练液中的多价金属离子(钙、镁、铁等)生成较稳定的络合物,从而加速煮练过程的进行,并能稳定和提高脱胶质量。脱胶后的纤维具有强度高、短纤少、分离好、制成率高等优点。1.6测试1.6.1剩余胶率采用GB5889—86《苎麻化学成分定量分析方法》测定。1.6.2纤维断裂强度和断裂长度YG001A型电子单纤维强力仪,夹持长度为10mm,下夹持器下降速度为5mm/min。1.6.3纤维的厚度采用中段切断称重法。1.6.4桑皮纤维的形态和结构KYKY-2800型扫描电子显微镜。1.6.5清洁箱Y801A型恒温烘箱,温度为105℃。2结果与分析2.1碱处理纤维原料的加工制备工艺酸的浓度对桑皮的影响较大,当浓度稍大时,桑皮最外层薄皮剥离得较干净,但纤维会受到一定的损伤,纤维长度较短,当浓度较小时,外皮剥离不净,给后续的碱煮带来负担;第一次碱煮时,溶液变为粘稠状,纤维开始逐渐分离出来,一煮后,大部分纤维已分离出来,只是纤维间还残留部分胶质,粘在一起,须进行二煮。二煮后纤维分离成单纤。另外,碱的浓度对纤维的各项性能也有较大的影响,浓度过大,纤维脱胶较好,但对纤维损伤严重;浓度过小,脱胶不干净,梳理困难,难以成纱。可见酸、碱的浓度是整个实验过程的关键。2.2桑皮纤维的提取试验原料选用山东潍坊产桑树皮,其化学成分按GB5889—86《苎麻化学成分定量分析方法》测得,分析结果见表1。由表1可知,桑皮所含纤维素比苎麻少得多,而纤维素是所提取的主要成分,实验表明桑皮纤维的提取率为20%左右;果胶木质素的含量则远高于苎麻,这给脱胶带来一定的困难。2.3dtex纤维的生长经实验后所得桑皮纤维的各项性能指标如表2所示。由表2可知,桑皮纤维的平均长度为23.0mm,最长者可达25.0mm,线密度为2.3dtex,比棉纤维短,纤维的长度差异大,长度整齐度差;桑皮纤维的强度为8.0～13.0cN/dtex,好于棉,断裂伸长率为3.5%～8.5%,亦好于棉、麻。纤维的可纺性受脱胶程度因素的影响较大,脱胶程度大,纤维残胶率低,柔软可纺性提高,但纤维制成率低,成本较高,适合纺中特纱做中粗型织物;反之脱胶程度不够,残胶较多则纤维粗硬,可纺性差,只适合纺粗特、中特混纺纱,桑皮纤维的混纺比例一般不超过50%。2.4桑皮纤维截面形态桑皮纤维的形态结构主要研究了纤维的外部形态特征、纤维的截面形态、纤维的表面形态结构。通过KYKY-2800扫描电子显微镜进行研究分析可知桑皮纤维的两端秃钝,有些纤维的两端则开叉,纵向有竖纹,与麻纤维纵向侧面带有竖纹的结构较为相似,没有棉纤维的天然转曲现象。桑皮纤维的横截面形状呈三角形、椭圆形和少量多角形,其中以椭圆形的居多。纤维中间无胞腔。其结构如图1所示。3桑皮脱胶对纤维性能的影响3.1试验证明,通过一些常规试剂和助剂的联合作用,桑皮的化学脱胶——二煮法是可行的。虽然脱胶