竹纖維制備工藝的研究現(xiàn)狀

劉美玲,高　路

(1．山東輕工職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 255300；2.天津永舵科技有限公司,天津 300350)

?

竹纖維制備工藝的研究現(xiàn)狀

劉美玲1,高路2

(1．山東輕工職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 255300；2.天津永舵科技有限公司,天津 300350)

摘要：為了尋求更好的竹材分離成纖的方法,本文基于大量文獻(xiàn)報(bào)道，主要就竹纖維各種制備工藝的過程，以及各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行概述，通過分析竹纖維的制取方式存在的問題，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合制取法是最好的制備方法之一。

關(guān)鍵詞：竹纖維；制備工藝；方法

1　前言

竹纖維在加工過程中保持了竹子纖維原有形態(tài)和很多優(yōu)良性能，對(duì)其研究開發(fā)的熱潮不斷。但由于竹單纖維太短，無法直接用于紡紗，必須采用束纖維紡紗；且竹材中木質(zhì)素、多戊糖等雜質(zhì)很多，木質(zhì)素又極難去除，這兩個(gè)問題的存在成為制約竹纖維發(fā)展的兩大難題。竹纖維的制取主要是將纖維和膠質(zhì)分離，去除部分木質(zhì)素、半纖維素等物質(zhì)，使其達(dá)到一定的細(xì)度和強(qiáng)力，以滿足紡紗織造的要求。目前采用比較多的有化學(xué)制取法、生物制取法、物理制取法以及聯(lián)合制取法等方法，下面就各種制取方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行簡單介紹。

2　制取方法

2.1化學(xué)制取法

化學(xué)制取法是目前制取竹纖維的方法中研究和使用最多的一種方法?；瘜W(xué)法制取竹纖維的原理是利用纖維素和膠質(zhì)對(duì)某些化學(xué)物質(zhì)穩(wěn)定性不同所采取的方法，在不損傷纖維素的前提下，將膠質(zhì)去除，使纖維仍保持原有的特性，即化學(xué)脫膠法。傳統(tǒng)的化學(xué)脫膠通常都是采用堿煮來實(shí)現(xiàn)的，因此對(duì)脫膠工藝的研究相對(duì)較多?；瘜W(xué)制取法的特點(diǎn)是效率高，但工藝流程長，能源消耗大，同時(shí)對(duì)環(huán)境會(huì)造成一定的污染。

在化學(xué)法制取竹纖維的研究方面，東華大學(xué)的萬玉芹[1]采用化學(xué)法對(duì)竹子堿脫膠工藝進(jìn)行了研究，同時(shí)對(duì)竹纖維的細(xì)化工藝進(jìn)行了探討；天津工業(yè)大學(xué)的王春紅[2]等人對(duì)爆破后的慈竹料進(jìn)行化學(xué)處理，在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上使用尿素和滲透劑，同時(shí)堿煮過程中加入亞硫酸鈉試劑以減少纖維損傷，制得的纖維強(qiáng)度在5.4cN/dex，明顯高于傳統(tǒng)方法制得的纖維強(qiáng)度，但該方法制得的纖維顏色較黃，且堿煮后要經(jīng)過手工捶打撕扯，不能保證纖維在細(xì)度和強(qiáng)度上的穩(wěn)定性。東華大學(xué)的張巍[3]將傳統(tǒng)的纖維制取工藝進(jìn)行改進(jìn)，得出了竹纖維精細(xì)化加工工藝的基本工藝路線為：試樣準(zhǔn)備→浸堿→碾壓梳理→水洗→煮練→碾壓梳理→酸洗→水洗→漂→DMD處理→堿抽提→二漂→水洗；蘇州大學(xué)的徐偉[4]采用化學(xué)方法，借鑒目前成熟的苧麻脫膠工藝，利用燒堿溶液常溫常壓法和高溫高壓法從粗竹纖維中提取竹纖維，研究燒堿濃度、處理溫度、處理時(shí)間及添加亞硫酸鈉、焦磷酸鈉等無機(jī)鹽處理與竹纖維提取的關(guān)系。北京服裝學(xué)院自2004年以來在化學(xué)法制取竹纖維方面也進(jìn)行了較多的研究[5]，從方法到工藝都進(jìn)行了較深入的研究，利用臭氧法去除木質(zhì)素制得的竹纖維，已基本達(dá)到紡紗要求。

化學(xué)法對(duì)于竹纖維的制取是一種不可缺少的方法，通過使用化學(xué)試劑對(duì)竹材進(jìn)行蒸煮軟化，有利于竹纖維的進(jìn)一步加工和制取，同時(shí)化學(xué)法在竹纖維的精細(xì)化加工中應(yīng)用也較多。但單純的化學(xué)方法制得的竹纖維很難達(dá)到紡紗的要求，這是因?yàn)榛瘜W(xué)法的原理主要是通過脫膠的方式使纖維和膠質(zhì)分離，脫膠程度過高竹纖維則成為單纖維狀態(tài)，無法紡紗；脫膠程度過低制得的纖維則較粗且不勻，同樣不能進(jìn)行紡紗，同時(shí)傳統(tǒng)的化學(xué)法制取竹纖維工藝復(fù)雜、工藝流程長、消耗能量大且對(duì)環(huán)境造成污染，作為竹纖維制取的一種方法仍有許多需要解決的問題。

2.2生物制取法

生物法制取竹纖維即生物脫膠法。生物脫膠的原理是利用生物酶作用的單一性對(duì)某種膠質(zhì)起作用，而對(duì)纖維素成分影響很小，將膠質(zhì)等成分去除。利用生物酶進(jìn)行脫膠具有產(chǎn)品質(zhì)量好、環(huán)境污染小和經(jīng)濟(jì)效率高等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的發(fā)展前景。東華大學(xué)的張巍采用生物-化學(xué)聯(lián)合脫膠的方法制取竹纖維，在利用復(fù)合生物酶對(duì)竹材進(jìn)行處理的基礎(chǔ)上再進(jìn)行化學(xué)脫膠處理。經(jīng)處理后，制得的纖維膠質(zhì)含量少，但脫膠工藝復(fù)雜，同時(shí)需使用多種脫膠助劑。東華大學(xué)的張磊[6]采用生物法對(duì)竹纖維進(jìn)行精細(xì)化處理，探討了纖維素酶處理工藝對(duì)竹纖維線密度和殘膠率的影響，并確定了最佳處理工藝條件。經(jīng)過纖維素酶處理后的竹纖維性能得到了一定的提高，但是纖維還偏粗，要在紡紗廠實(shí)際應(yīng)用還需做進(jìn)一步的柔軟和梳理處理。

盡管生物酶脫膠具有很多優(yōu)點(diǎn)，但到目前為止生物酶脫膠方法的研究仍然沒有取得突破性的進(jìn)展，其應(yīng)用十分有限。對(duì)于竹纖維的制取，由于竹材莖桿皮層組織緊密，密度很大，而且細(xì)胞組織中又有大量空氣存在，浸漬液很難浸透，勢必延長脫膠時(shí)間；且竹子內(nèi)部含有多種抑菌物質(zhì)，菌種的選擇也具有較大難度。因此竹纖維的生物脫膠還需要長期大量的工作。

2.3物理制取法

物理制取法也是目前竹纖維制取中研究較多的一種方法。物理制取法的原理是借助機(jī)械外力等作用方式將膠質(zhì)和纖維分離。目前采用較多的物理制取法主要包括以下幾種：

(1)錘擊或碾壓開纖法：該方法一般將竹材分片，然后蒸煮軟化，使纖維牢固結(jié)合一體的木質(zhì)素胞間層部分分離，通過錘擊或反復(fù)碾壓來削弱纖維之間的結(jié)合強(qiáng)度。竹片在受到機(jī)械沖擊、擠壓的外力作用下，最終導(dǎo)致纖維分解。但由于濕態(tài)下竹纖維的強(qiáng)力非常低，錘擊和反復(fù)碾壓對(duì)纖維的強(qiáng)力損傷特別大，纖維的長度、細(xì)度及均勻度難以保證。

(2)機(jī)械梳解制纖法：該方法采用高速旋轉(zhuǎn)的釘輥或針板將經(jīng)過碾壓的扁竹材直接梳解制成纖維束形態(tài)。這一方法工藝過程簡單，加工效率較高。但由于生產(chǎn)過程中采用強(qiáng)力的機(jī)械作用破壞了纖維的強(qiáng)力，使所獲得的竹纖維粗、短、脆，柔韌性差，一般只能用于生產(chǎn)竹纖維板等低附加值產(chǎn)品。

(3)爆破法：早在上世紀(jì)90年代，日本同志社大學(xué)的研究人員就開始用高溫高壓蒸汽釜蒸煮竹材，然后突然釋放壓力的方法來使竹材爆碎[7]，高壓狀態(tài)下液態(tài)水和水蒸汽作用于纖維材料，并通過瞬間泄壓過程實(shí)現(xiàn)材料的組分分離和結(jié)構(gòu)變化。這種技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是在突然釋壓閃爆時(shí)，過熱水蒸汽由液體變?yōu)闅怏w時(shí)對(duì)竹纖維空腔內(nèi)的作用力是均一的，不會(huì)對(duì)某部分造成特別的損壞。但此方法制得的纖維粗硬，需經(jīng)過進(jìn)一步細(xì)化，且纖維長度、細(xì)度規(guī)格尺寸上不易達(dá)到紡紗要求。

(4)超聲波法：超聲波法大多作為纖維制取的一種輔助手段，利用超聲波的高頻機(jī)械能量能夠使纖維材料的初始缺陷裂縫處產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變能的集中，引起裂紋的擴(kuò)展，致使纖維細(xì)化分離[8,9]。利用超聲波可以加速和改善竹纖維脫膠。

由于竹材中纖維素的含量較低，而木質(zhì)素及半纖維素的含量相對(duì)較高，單靠純物理方法是很難將木質(zhì)素等物質(zhì)去除的，因此純物理法制取竹纖維的研究較少，浙江林學(xué)院姚文斌、張蔚提出的熱-機(jī)械耦合開纖法，首先對(duì)竹材進(jìn)行高溫蒸煮軟化，然后采用機(jī)械外載將竹片開纖制得粗竹纖維，粗竹纖維經(jīng)過進(jìn)一步梳解制得竹纖維[10]。不過這種方法目前工藝還不完善，對(duì)機(jī)械作用力的方式、加載條件、邊界約束等還不確定。其它如東華大學(xué)，蘇州大學(xué)等也有關(guān)于物理法制取竹纖維的研究，但這些方法都是以化學(xué)法或生物法為主進(jìn)行的，物理方法只是輔助手段之一。

2.4聯(lián)合制取法

聯(lián)合法是將物理法、化學(xué)法及生物法聯(lián)合使用來制取竹纖維的方法。這樣可以發(fā)揮每種方法的優(yōu)點(diǎn)，如在對(duì)竹材進(jìn)行物理碾壓梳解之前，可先用化學(xué)法或生物法將其軟化，使竹材中的部分膠質(zhì)、半纖維素等受到破壞而溶解，從而削弱與纖維之間的結(jié)合力，再經(jīng)機(jī)械外力作用制取纖維。目前制取竹纖維的各種方法，總的來說都屬于幾種方法的聯(lián)合，只是有的側(cè)重化學(xué)方法，有的側(cè)重于生物法或物理法。東華大學(xué)的研究主要是以化學(xué)脫膠法為主，在此基礎(chǔ)之上再考慮生物法、物理法等輔助方法，如俞建勇在《竹材成纖的制備方法》一文中，主要介紹了化學(xué)法制取竹纖維工藝流程及工藝參數(shù)，借助機(jī)械碾壓作用使竹材更好地開纖[11]；張巍主要研究了化學(xué)法制取竹纖維的精細(xì)化加工工藝流程和工藝條件，將傳統(tǒng)的纖維制取工藝進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)將生物脫膠和物理機(jī)械脫膠作為輔助方法對(duì)竹纖維進(jìn)一步細(xì)化處理。湖南株洲的劉憶萍[12]在其申請(qǐng)的《一種將原竹加工成可紡性竹纖維的制作方法》專利中，首先采用了高溫蒸煮去除部分木質(zhì)素、果膠等雜質(zhì)，然后利用生物酶處理，進(jìn)一步去除木質(zhì)素、果膠及糖類物質(zhì)，最后采用碾壓分絲、漂白等工序制得可紡性竹纖維。

3　結(jié)束語

通過以上對(duì)各種制取方法的分析可以看出，要使制得的竹纖維達(dá)到紡紗的要求，單純的某一種方法很難實(shí)現(xiàn)，必須采用幾種方法聯(lián)合的方式，化學(xué)法在竹纖維制取中作為一種不可缺少的方法可以在竹材的預(yù)處理階段使用，生物法可以作為輔助方法對(duì)纖維的脫膠做進(jìn)一步處理，物理法在竹纖維的細(xì)化過程中非常重要，同時(shí)物理法的使用可以縮短工藝流程，節(jié)能環(huán)保等。

參考文獻(xiàn)：

[1]萬玉芹．紡織用竹纖維脫膠、細(xì)化工藝及其結(jié)構(gòu)性能研究[D]．上海：東華大學(xué)，2003．

[2]王春紅，王瑞，朱若英．竹原纖維制取工藝探討[J]．天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24(4)：16—17．

[3]張巍．竹纖維精細(xì)化加工的研究[D]．上海：東華大學(xué)，2004．

[4]徐偉．天然竹纖維的提取及其結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能的研究[D]．蘇州：蘇州大學(xué)，2006．

[5]呂明霞．臭氧對(duì)竹纖維產(chǎn)品的氧化處理研究[D]．北京：北京服裝學(xué)院，2008．

[6]張磊，俞建勇．竹原纖維生物法精細(xì)化探討[J]．紡織科技進(jìn)展，2008，(6)：70—72．

[7]Fuji.T, Okubo.K.Eco-composites using bamboo [J].Sen’i Gakkaishi, 2003, 59(3):12—16.

[8]K A Tllakore，陳水栩．超聲波在紡織品濕加工過程的應(yīng)用[J]．國外紡織技術(shù)術(shù)，1991，(6)：28—33．

[9]萬震．超聲波在紡織品加工中的應(yīng)用[J]．紡織導(dǎo)報(bào)，2001，(2)：22—24．

[10]張蔚，李文彬，姚文斌．天然長竹纖維的分離機(jī)理及其制備方法初探[J]．北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)．2007，(29)：63—66．

[11]俞建勇，萬玉芹，吳麗莉等．竹材成纖的制備方法[P]．中國：02151265．5，2003—5—7．

[12]劉憶萍，黃杰．一種將竹加工成可紡性竹纖維的制作方法[P]．中國：200410046835．7，2005—03—30．

收稿日期：2015-12-15

作者簡介：劉美玲(1984—)，女，山東淄博人，講師。

中圖分類號(hào)：TS102.31

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3028(2016)01-0046-03

Status Quo of Bamboo Fiber Preparation Process

Liu Meiling1, Gao Lu2

(1.Shandong Vocational College of Light Industry,Zibo 255300,China； 2.Tianjin Yongtuo Technology Co.Ltd.,Tianjin 300350，China)

Abstract:In order to found the best way to separate the bamboo into fiber，based on a large number of paper, many kinds of bamboo fiber preparation processes and their respective advantages and disadvantages were summarized.By analyzing the problems in the preparation processes,it was found that the combined method was the best way to separate the bamboo into fiber.

Key words:bamboo fiber, preparation process;method