竹纖維的性能和應用

薛孝川

(廣東省化學纖維研究所,廣東廣州510245)

摘　要:介紹了綠色環(huán)保竹纖維的原材料、組成成分、結構性能、產(chǎn)品的生產(chǎn)和應用,以及竹纖維優(yōu)良的物理機械性能、吸濕性能、環(huán)保性能,含竹纖維織物具有透氣性好、強力較高、穿著舒適等特點。開發(fā)竹纖維產(chǎn)品具有十分重要的意義。

關鍵詞:竹纖維;組成;性能;生產(chǎn);應用

1 概述

隨著社會的發(fā)展和生活水平的不斷提高,人們可持續(xù)發(fā)展和保健意識的不斷增強,彩棉、天絲、莫代爾、大豆蛋白纖維、甲殼素纖維等各種綠色纖維相繼問世。以竹材為原料的生態(tài)環(huán)保竹纖維的開發(fā)成功亦引起人們廣泛關注。利用竹纖維開發(fā)生產(chǎn)的綠色紡織品受到人們的普遍青睞。竹纖維的原料是竹子,它是一種速生材,一年即可生長成型,2～5年成熟后可砍伐使用。在不同環(huán)境下生長的竹子多達1500余種,主要種植在山地、坡地。我國有竹林近500億m,產(chǎn)量1.3億t,是世界上竹資源最豐富的國家。竹子的種類繁多,但其基本組織結構大體相同,由表皮組織、管束組織、基本組織及髓腔等幾個部分組成。竹纖維表面光滑,橫截面接近圓形,縱向呈多條較淺的溝槽。竹纖維按加工方法分為竹原纖維和竹漿粕纖維兩種。竹原纖維是通過物理機械的方法將竹子脫青、反復壓軋后,采用部分脫膠工藝進行脫膠得到的纖維。竹漿粕纖維是用傳統(tǒng)加工粘膠纖維的化學方法先制成竹漿粕,再經(jīng)濕法紡絲加工成竹漿粕纖維,目前用于紡織加工的竹纖維一般指竹漿粕纖維。

2 竹纖維的性能

竹纖維平均長度隨品種而異,多在1.5～2.0mm之間,有細胞壁相對較厚和相對較薄兩種基本結構,竹纖維沿竹的軸向排列比環(huán)向排列多,且沿徑向從內(nèi)層到外層逐漸增多。竹節(jié)部分纖維少分布不規(guī)則且空隙較多。

竹材的化學成分主要包括50%～70%的纖維素、15%～30%的戊聚糖和20%～25%的木質(zhì)

素,還包含一定量的蛋白質(zhì)、淀粉、蠟、脂肪、果膠等可抽提物以及灰份。不同種類、規(guī)格竹子的化學成分有一些差別,竹材不同部位的化學成分也有差異,如竹子外層的纖維素多于內(nèi)層而木質(zhì)素少于內(nèi)層等。

竹纖維的主要性能如表1所示。竹纖維由于分子結構的特點,其細度、白度與普通粘膠纖維接近,結晶度較普通粘膠纖維高,強力較好,染色吸收、滲透性強,韌性、耐磨性較高,手感柔軟、滑爽。竹纖維的形態(tài)結構有明顯凹槽孔隙,這些凹槽孔隙能夠產(chǎn)生毛細管效應,使得竹纖維具有優(yōu)良的吸濕、放濕性能,吸濕后有利于分子鏈間或結構單元間的相對滑移。竹纖維的干強大于濕強,伸長率在干、濕狀態(tài)下相差較大,彈性回復率較好,且濕態(tài)彈性回復率較干態(tài)大,因而具有一定的抗皺性能。竹纖維的不足之處是耐酸、耐堿性較差,由于竹纖維中纖維素分子對酸的穩(wěn)定性較差,在高溫下酸對纖維有較強的破壞作用,此外由于竹纖維多孔隙的結構,又使其在堿中的膨潤和溶解作用較為強烈,因而竹漿粕纖維對酸堿的耐受能力均較低。

表1.竹纖維得主要性能指標

竹纖維和其它纖維的性能對比如表2所示

論從結構上還是性能上都既有很多相似之處,又有不少各自的特點。竹纖維和粘膠纖維都有良好的吸濕性,但其吸濕機理有所不同。粘膠纖維良好的吸濕性得益于纖維較低的結晶度,而竹纖維是由于纖維內(nèi)孔隙多,在毛細管效應的作用下,水分子容易進入使得纖維吸放濕能力突出。由于竹纖維結晶度高于粘膠纖維因而強力比粘膠纖維高。一般纖維素纖維在細菌和霉菌這些微生物的分泌物酶作用下,易發(fā)生水解生成較簡單的糖,導致纖維的強度受到嚴重損失。而竹纖維中存在天然抗菌的“竹醌”組分,賦予纖維天然抗菌、抑菌、防臭和抗紫外線的特性,其天然抗菌、抑菌、抗紫外線作用在經(jīng)反復洗滌、日曬后,仍能保持其固有的特點,且不同于在后處理中加入抗菌、抗紫外線等整理劑的織物,不會對人體皮膚造成任何過敏性不良反應,是真正的保健產(chǎn)品。因此相對于棉、粘膠纖維,竹纖維具有天然抗菌性能和優(yōu)良的吸濕性、舒適性、透氣性、染色性、可生物降解性以及尺寸穩(wěn)定性。

表2竹纖維和其它纖維的性能對比

3 竹纖維的加工生產(chǎn)

秋山宣人等人較早提出了從竹材生產(chǎn)竹纖維的方法。近年來國內(nèi)外許多粘膠纖維的生產(chǎn)和研究單位在研究開發(fā)竹纖維及其產(chǎn)品方面取得了顯著成效并已逐步形成工業(yè)化生產(chǎn)目前我國的竹纖維開發(fā)已步入世界前列。竹纖維加工方法分為竹原纖維和竹漿粕纖維兩種工藝。竹原纖維是通過物理機械的方法將竹子脫青、反復壓軋、碾平、梳理后,采用部分脫膠工藝,除去糖份、脂肪然后再進行不完全脫膠,制成竹原纖維,實現(xiàn)竹纖維的單纖化。得到的纖維不添加化學試劑,纖維直徑0.04～0.5mm,長度10～200mm。四川閬中棉紡織廠、湖南株洲雪松麻業(yè)有限公司都進行過竹原纖維的開發(fā)生產(chǎn)。陳奎元提出了這種竹纖維生產(chǎn)方法的工藝。用竹子的青篾/黃篾為原料,經(jīng)70～150℃、0.5～3h熱處理,使竹質(zhì)松散后,撕裂制成竹麻,也可不經(jīng)加熱處理直接撅裂制成竹麻。竹麻用0.5%～2%的硫酸水溶液浸泡1～3h進行酸處理,再用0.5%～2%的氫氧化鈉水溶液浸泡1～3h進行堿處理,達到脫膠、脫硫、脫木質(zhì)、脫糖質(zhì)、脫半纖維素的目的,再將竹短纖維打散、打軟、去掉雜質(zhì);用5%～10%的漂白粉水溶液浸泡竹麻5～30min進行清洗漂白,達到70%～80%的純白色;將漂白后的竹麻在乳化油中常溫浸泡10～30min,取出烘干,再乳化油;將浸油油后的竹麻在溫度25～40℃的環(huán)境中,自然發(fā)酵5～10天。用梳切機將發(fā)酵后的竹纖維經(jīng)梳理剪切,按成品規(guī)格梳理切短,用纖維成條機梳理成條,包裝入庫。文獻提到得到的竹纖維可做紡織材料,但沒有提供該竹纖維的物理性能及可紡性能。