苎麻柔软整理研究现状

时间：2024-07-28

聂凯

(青岛大学，山东青岛 266071)

随着生活水平的提升，消费者对绿色生态纺织品的需求量越来越大，天然生物质纤维素纤维资源的开发利用已成为纺织行业的重要课题。我国苎麻常年种植面积为1×105 hm2～2×105 hm2，约占全球总年产量的90%[1]。苎麻纤维作为一种廉价、产量大、易生物降解的天然高分子材料，因具有优良的吸湿性、透气性、抑菌性和独特的风格等优点，受到消费者的青睐，但由于苎麻纤维大分子间及分子内存在大量氢键，结晶度高，织物弹性差、易起皱性、不耐磨、易损坏、易产生刺痒感等缺点，极大影响了应用，因此通过改性降低苎麻的结晶度，提高柔软度是目前的研究重点之一。

1 苎麻纤维柔软改性的机理

1.1 溶胀预处理机理

合适的溶胀剂，可以使得纤维大分子之间的距离增大，实现使纤维柔软目的，同时也为纤维素分子上的羟基发生化学反应提供辅助作用。同时溶胀作用降低了结晶度、取向度，使纤维素大分子无法重结晶，提高了纤维的断裂伸长和可纺性[2，3]。

1.2 化学改性机理

化学改性的机理是在纤维表面引入新的官能团，使纤维素分子不能重结晶，主要方式为接枝共聚。接枝共聚改变了苎麻纤维的微细晶体结构，降低了它的结晶度和取向度。并且引入官能团能减小纤维表面的摩擦因数，提高弹性回复率和大分子的延伸能力，增加纤维的柔韧性。由于接枝基团化学性质活泼，易与染料分子结合，因而改善了苎麻纤维的染色性。通过与不同的官能团接枝共聚，还可改善苎麻纤维的抗静电性、防菌性等[4]。研发能适用苎麻纤维柔软改性的新型高效、绿色、低能耗处理工艺和化学助剂是今后的发展趋势[5]。

2 苎麻柔软改性研究现状

苎麻脱胶之后的精干苎麻纤维中除了含有少量木质素外，大部分都为纤维素[6]。纤维素(C6H10O5)是由D-葡萄糖通过1，4-苷键连结而成的高分子聚合物[7]。葡萄糖环上3个位置有活泼羟基，这些羟基提供了大量的氢键。氢键的断裂和重建对苎麻纤维的物理和化学性能影响很大，苎麻纤维柔软处理的关键就在于对氢键的研究。

2.1 苎麻纤维柔软整理

传统企业苎麻柔化方法主要是精干麻与其他纤维制成混纺纱或者后处理添加油剂，以缓解麻织物的刺痒感[8]，或通过减少纱线毛羽，降低与皮肤之间的摩擦因数。对于麻类织物来说，烧毛、剪毛都能大量降低织物表面毛羽数量和长度，但这两种工艺在减少毛羽数量的同时，使得大部分的长毛羽变成短毛羽，毛羽的抗弯强度提高，刺痒感加剧[9]；油剂的添加虽能降低苎麻纤维的摩擦因数，但此种方法效果维持性较差，成本高且不利于于绿色生产。

2.2 预处理

预处理过程中利用一些化学溶胀剂，如碱、液氨、离子液体等，既可使纤维大分子之间的距离增大，也可提高羟基活性，从而提高纤维的柔软性。另外，溶胀苎麻纤维的溶剂不同，不仅会对纤维纵向、横向外观产生不同程度的影响，还可能对纤维内部的晶体形状产生影响。

2.2.1碱预处理

碱预处理是利用苎麻纤维在烧碱液中的溶胀消晶行为，简单方便，广泛用于企业生产。碱的消晶作用能使溶液进入纤维素内部结构中从而产生溶胀，此时分子间氢键强度削弱，形成更多活泼的羟基，同时分子链间距离增大，甚至断裂，形成的羟基可与阴离子染料结合，大大提高苎麻的上染率[8]，当碱浓度达到20%，纤维的上染率提升得非常快，能在染色20 min后达到96%[10]。碱法改性上染率较高、得色深、成本低、工艺参数易于控制，能和脱胶工艺一起进行，速度快，效果好，但对纤维的损伤大，污染环境。吴晓燕、张元明等人[11]使用170 g/L NaOH溶液处理苎麻纤维，纤维溶胀程度和断裂伸长率较好，但存在耗能高、耗水高、废水废液处理成本高等问题。闫畅[12]开发了一种采用碱/尿素/甘油/Na2B4O7溶液低温柔化处理苎麻纤维和苎麻织物的方法。由于该方法不发生化学反应，处理过程中不消耗化学试剂，故其处理液可以回收重复使用，具有较高的环保效益和经济价值，利于工业化大规模生产[13]。项周瑜[13]发现利用碱尿素在低温条件处理苎麻纤维时，其拉伸应力降低，初始模量约降为未处理纤维的59.3%。

2.2.2液氨预处理

液氨预处理跟碱法预处理相似，通过破坏纤维大分子之间的氢键，使纤维表面平滑且光泽增强，同时纤维内部空腔变小，纵向转曲基本消除，截面变圆。Huang W. Y.等人[14]使用液氨处理苎麻纤维后，发现大分子链的分子量下降，结晶度下降了14.3%。

2.2.3新型溶胀剂处理

乙二胺/尿素/水混合液也是一种良好的溶胀剂，苎麻纤维放在其中会发生高度溶胀，产生消晶和消取向行为[15，16]，纤维的横截面也由腰子形变成了椭圆形，中腔收缩，同时纤维表面微细纤维排列的规整度受到一定破坏，由平行排列变为非平行排列。金圣姬等人[17]进一步研究了混合比、温度与时间等因素对苎麻织物的影响，从而得到了优化的工艺参数，但乙二胺有毒，工艺难度较大[17]。利用NMMO(N-甲基吗啉-N-氧化物)作为溶胀剂处理苎麻纤维，发现纤维的结晶度下降，但苎麻纤维素大分子骨架和苎麻纤维的晶体结构没有明显变化。同时经NMMO处理的苎麻纤维和织物用活性染料染色时，染料吸收量和K /S值得到了很大提升。熊亚等人[7]利用DMSO/TEAC处理苎麻纤维，纤维的柔软改性效果显著。

2.3 化学改性

化学改性的目的就是在纤维表面引入新的官能团，减小纤维表面的摩擦因数，提高弹性回复率和大分子的延伸能力，增加纤维的柔韧性。

2.3.1生物改性

生物改性方法主要利用生物酶改性。原理是利用纤维素酶对纤维素的降解作用，减小纤维素的结晶区，降低纤维素大分子聚合度，从而改善纤维的柔软性。

2.3.2交联接枝磺化烷基化改性

纤维素交联、接枝改性也是常用的方法。王永利[18]在利用碱液预处理苎麻纤维的基础上，利用丙三醇三缩水甘油醚交联剂，在纤维素无定形区和结晶区表面形成三维网络结构，增强纤维的柔性和初始模量，提高了断裂伸长，提升了柔软性。李龙，张胜靖[19]使用草酸软化处理棉秆皮纤维时，发现草酸的双键能够在催化剂作用下与氨基、羧基等发生交联反应生成三维网状结构，可将羟基作为接枝点，与化学柔性试剂大分子共聚。磺化改性是通过苎麻纤维素与二硫化碳反应生成纤维素磺酸酯，实现柔软效果。磺化改性后纤维的断裂强度、弹性、卷曲度等都有提高，但其存在污染大、工艺长、成本高等问题。烷基化改性是在强碱液中加入烷化剂(如丙烯酸、丙烯腈、异丙醇)以增强纤维膨化，并通过乙烯基类单体与麻类织物接枝共聚以提高其皱折回复性、耐磨性、染色性、防污性等，但此方法有非接枝水溶性聚合物产生且去除困难。

2.3.3离子改性

江亦李等人[20]采用季铵类表面活性剂对苎麻纤维进行阳离子化改性。张天雷，张瑜[21]结合等离子技术对热粘合织物进行柔软处理。织物表层纤维经过等离子处理后引入活性基团与柔软剂分子结合，并用高速等离子流冲击材料，使得材料的表面发生交联、刻蚀、接枝、聚合等，实现材料的表面改性，这种处理方式一般只影响纤维表面，不改变纤维内部结构[18]。离子液体作为目前热门的绿色化学试剂，具有不挥发、易回收等优点，相对于传统的纤维素溶剂，其溶解相对容易，设备要求简单。离子液体对苎麻纤维的改性具有两方面的作用[22]：(1)离子液体可溶解纤维素，使纤维的结晶度降低，手感、刺痒感和易脆性改善；(2)某些离子液体可被吸附在纤维表面并形成一层柔性膜以改善纤维的手感。离子液体的进一步研究对苎麻纤维的柔化改性有非常重要的意义。