堿處理對大麻纖維的影響

鐘智麗，王子帥

(天津工業大學 紡織科學與工程學院，天津300387)

0 引言

隨著人民物質水平的提高，追求自然的服裝面料的需求也日益凸顯。 眾所周知，天然纖維有四種，分別為棉、麻、絲、毛。 其中，麻纖維有許多優點，例如吸濕透氣、除臭抗菌、防紫外線和防靜電等[1-2]。 正是因為麻纖維有許多良好的性能，因此，不光是我國，世界上其他國家的人民對麻類紡織品產生喜愛。 在服裝上體現為一種時尚熱潮——麻時尚。 而公認的“麻中之王”的大麻纖維還具有耐高溫、吸波吸附等性能。 傳統的大麻紡織工藝和產品已經跟不上時代發展的步伐，應當在原有紡織品生產加工的基礎上開拓新的應用領域，傳統上，大麻的紡織技術和紡織品的質量遠遠落后于時代前進的腳步，因此，需要在原本的基礎上拓寬新領域，開發麻紡織品也是越來越有必要的。 近年來，在“十一五”、“十二五”期間，大麻等麻類紡織品得到顯著發展。 而且，在服用、家用、產業用紡織品這三大領域中均有應用。 大麻行業尤其是在脫膠、水理以及產品開發等方面的研究也取得了良好效果。

在紡織工業發展規劃(2016—2020 年)[3]中重點提到加強天然纖維開發應用，從原材料上解決開發應用的難題，重點纖維種類是大麻、羅布麻、木棉等。 同時建立性能優異的棉、麻、絲等開發基地。通過利用生物酶等手段實現大麻纖維脫膠，從而增大麻纖維的利用率。 目前，在天然纖維面料的設計行業需要投入精力；在紡織品整理方面需要提高技術。 從而天然纖維面料的性能得到提升，品質得到提高，品牌得到樹立。 因此，國內外的天然纖維市場得到開拓，促進了麻纖維在國內外的消費，提升人民對健康、綠色、自然的面料的認知。

在中國麻紡織行業“十三五”發展指導意見中，分別從市場、經濟總量、科技、結構調整、節能減排和品牌目標這六方面進行麻紡織品的戰略定位[4]。 在“十三五”期間，麻紡織領域亟需將九項重點任務解決掉。 歸結為市場、麻產業、環境、原材料、科技和制度這六個方面。 在市場上：加大宣傳力度、及時規避風險；在麻產業上：促進結構調整的同時加強整合力度、保持有序穩步發展、提升產品服務，同時提升產業保障平臺；在環境上：發展綠色環保節能可持續發展的生態紡織品；在原材料上：優種優育；在科技上：提升科技創新能力；在制度上：注重人才的培養，完善創新機制。 因此，加大開發大麻纖維產業的力度需要充分了解大麻纖維，只有深入的了解大麻纖維的結構，才能細致剖析其性能，通過各種先進技術處理改性大麻纖維，才能得到性能更加優異全面的面料。

通過對大麻織物用堿處理等手段進行整理，改善了織物硬挺的弱點，發揮了揚長避短，優勢互補的作用[5]。 在織物整理的過程中，大麻纖維逐漸變柔軟，其中的木質素、果膠等成分在整理過程中含量減少，改善了服用性能。 本文通過使用掃描電子顯微鏡等措施分析表征經過堿溶液處理的大麻纖維。 了解大麻纖維堿處理的過程中在外觀、結構、化學組成發生的變化。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及藥品

材料：平紋大麻織物，見表1.

藥品：氫氧化鈉(NaOH)

表1 大麻織物規格

1.2 測試儀器

TM-1000 型掃描電子顯微鏡、生物圖像電腦分析系統、NICOLET IS10 型紅外光譜分析儀。

1.3 實驗工藝

首先，配置兩種工藝的氫氧化鈉溶液，其中，工藝Ⅰ：溫度60℃、濃度120g/L；工藝Ⅱ：溫度90℃、濃度60g/L；工藝Ⅰ和Ⅱ都處理20 分鐘。 將兩種工藝的溶液分別放在燒杯中，并貼好標簽。 然后，將大麻織物樣品分別放入兩種濃度的燒杯中，待堿處理完成后，分別取出兩種工藝處理后的試樣。 接下來，利用蒸餾水清洗試樣，當兩種試樣的酸堿度都達到中性時，停止清洗。 試樣在室溫下干燥。 分別從未處理和兩種工藝處理后的試樣中拆下紗線。

2 結果與討論

2.1 纖維表面形態分析

通過使用掃描電鏡對大麻纖維進行表征，可以明顯看到未經處理和經過工藝I 的堿處理后的大麻纖維的差異，如圖1。

圖1 大麻纖維掃描電鏡圖

通過大麻纖維的掃描電鏡圖發現，沒有經過堿處理的大麻纖維硬挺，呈現散亂無序排列狀態，并且單纖維上有明顯的竹節，而紗線的結構表現為明顯的疏松散亂。 經過堿溶液處理的纖維柔軟順滑，單纖維上竹節、橫縱紋路顯著降低，大麻纖維得到了改善，紗線結構緊密。

對于大麻纖維而言，其纖維韌度較大，表現為剛硬。 經過堿溶液處理過后的大麻纖維，纖維表面比未處理時更圓潤光滑，纖維之間的摩擦力降低，從而使得大麻纖維織物的剛柔性得到提升。 這是因為大麻纖維在堿處理過程中進行了溶脹作用。而織物的紗線排列的更加密實，紗線直徑在堿處理這個過程中變小。

2.2 紗線細度分析

使用生物圖像電腦分析系統對經工藝Ⅰ、Ⅱ進行堿處理和未處理的織物紗線直徑進行表征。 表2 為測試結果，圖2 為紗線直徑分布直方圖。

表2 大麻紗線平均直徑

圖2 紗線直徑分布直方圖

從表2 明顯看出，經堿處理和未處理的紗線有顯著差別，經過工藝Ⅰ處理后紗線的平均直徑最小，紗線不勻率也最小。 這是因為大麻纖維中的果膠、木質素等雜質在堿溶液的作用下被剔除，從而大麻纖維直徑變細，因此紗線結構更加緊湊。 通過圖2 堿處理前后的紗線直徑分布直方圖可以明顯發現，經過堿溶液處理的大麻纖維的紗線直徑明顯變小，從而范圍也縮小，同時分布的比較平均。 對比表2 可以看出，同樣經過堿處理后，工藝Ⅰ比工藝Ⅱ的處理效果更好，紗線的平均直徑更細，改善了紗線的不勻率，提升了紗線的性能。

2.3 纖維化學組成分析

用于鑒定官能團存在的峰稱為特征吸收峰或特征峰。 譜圖中的吸收峰對應于分子中某化學鍵或基團的振動形式，同一基團的振動頻率總是出現在一定區域[6]。 圖3 為工藝Ⅰ、Ⅱ進行堿處理和未處理的織物紗線的紅外光譜圖。

圖3 大麻纖維的紅外光譜圖

觀察圖3，可以通過吸收峰的振動頻率判斷化學鍵或官能團。 解析大麻纖維的特征峰，在3340cm-1、2900 cm-1、1620 cm-1、1030 cm-1處的官能團分別為羥基(O-H)、甲基(CH3)以及亞甲基(—CH2)、C-O-H 基團中C-O、C-O-C 基團中CO 鍵，纖維素纖維的特征峰是由相應的基團伸縮振動引起的。 在1620cm-1和1400cm-1處分別是木質素中碳氧雙鍵、環形碳碳雙鍵的伸縮振動造成的特征峰顯著降低。

觀察圖3(a)、圖3(b)，大麻纖維雖然經過兩種不同濃度的堿溶液處理，但是相同基團的特征峰在波數上并沒有變化，產生變化的只是波峰強度。說明大麻纖維經堿溶液處理后，其內部分子間的氫鍵遭到破壞，從而氫鍵的伸縮振動減小，其內部結合力降低，因此加強了大麻纖維和堿溶液的化學反應。 觀察紅外光譜圖發現，相較于工藝Ⅱ，工藝Ⅰ的波形變化幅度要大，因而工藝Ⅰ對于大麻纖維的作用更強烈。

3 結論

在掃描電鏡大麻纖維表面光滑柔順，單纖維上竹節、橫縱紋路顯著降低，紗線結構緊密；生物圖像電腦分析系統，其紗線的平均直徑均明顯變細，通過工藝Ⅰ、Ⅱ的平均直徑對比，得到工藝Ⅰ處理效果更好，紗線直徑不勻率較低；大麻纖維經過堿處理后，在紅外光譜變化中，每個官能團對應的特征峰在波數上并沒有改變，僅僅是波峰強度，大麻纖維在工藝Ⅰ處理效果更加強烈。 纖維的特征峰是由相應的基團伸縮振動引起的，官能團分別為羥基(O-H)、甲基(CH3)以及亞甲基(—CH2)、C-O-H基團中C-O、C-O-C 基團中C-O 鍵。