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摘 要:竹纤维是一种新型纤维,有良好的发展应用前景。竹纤维可分为竹原纤维和再生竹纤维,他们各自的制作流程、工艺不同,也分别具有不同的性能,我们应利用他们各自的优势,科学合理地开发应用。
关键词:竹原纤维 再生竹纤维 开发
中图分类号:TS102 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(a)-0040-02
1 竹纤维概述
竹纤维是一种新型纤维,具有良好的性能,是一种有着广泛应用前景的纤维。竹纤维按加工方法的不同,可分原生和再生两种,即天然竹纤维、再生竹纤维(竹浆纤维、竹Lyocell纤维)(该分类方法在目前的市场及文献中较为常用,因此在此沿用)。
竹原纤维是一种全新的天然纤维,是采用物理、化学相结合的方法制取的天然竹纤维,属于天然纤维。竹原纤维的化学成分主要是纤维素、半纤维素和木质素,总量占纤维干质量的90％以上,其次是蛋白质、脂肪、果胶、单宁、色素、灰分等。
竹浆纤维是将竹子切片后,采用化学方法将竹片精制成符合纤维生产要求的浆粕,然后再湿法纺丝制成的纤维。竹Lyocell纤维是以N-甲基氧化吗啉(NMMO)作为溶剂,溶解纤维素制成纺丝溶液,然后在水凝固液中纺丝得到的纤维。
2 竹纤维的制作
2.1 竹原纤维
竹原纤维的提取制作过程如下:先截断去掉竹子的竹节,并剖成竹片,将竹片放入沸水中煮炼;之后,取出竹片压碎锤成细丝;再将竹丝再放入压力锅中蒸煮,去除部分果胶、半纤维素、木质素;把竹丝浸入到含有生物酶的溶液中处理,让生物酶进一步分解竹丝中的木质素、半纤维素、果胶,以获得竹子中的纤维素纤维(在分解木质素、半纤维素、果胶的同时,也可在溶液中加入一定量的可以分解纤维素的酶,以获得更细的竹原纤维;可以通过控制溶剂的浓度和蒸煮温度、时间来调整竹纤维束的粗细程度);把酶分解后的竹纤维清洗、漂白、上油、柔软、开松梳理,从而获得竹原纤维。
2.2 再生竹纤维
(1)竹浆纤维
竹浆纤维的具体做法是先将纤维素打浆,再用人工催化的方法,将甲种纤维素含量在35%左右的竹纤维提纯到93%以上,采用碱法水解及多段漂白精制,加工成能满足纤维生产需求的竹浆粕。经过老成和磺化反应,形成纤维素酯的稀碱溶液,再采用粘胶纺丝工艺,制成竹浆纤维。其制作流程为:竹浆粕→粉碎→浸渍→碱化→磺化→初步溶解→溶解→头道过滤→二道过滤→熟成→纺前过滤→纺丝→塑化→水洗→切断→精练→烘干→打包。
(2)竹Lyocell纤维
竹Lyocell纤维是以N-甲基氧化吗啉(NMMO)作为溶剂,溶解纤维素制成纺丝溶液,然后在水凝固液中纺丝得到纤维(纺丝后析出的溶剂可以通过蒸馏回收重复利用,回收率达到99%以上)。其制作流程为:竹浆粕→精制纯化→溶解→过滤→纺丝→冷却洗涤→干燥→打包。
3 竹纤维的开发
3.1 竹纤维的性能分析
竹原纤维是一种全新的天然纤维,具有以下良好性能:第一,吸湿、透气性能。经扫描电子显微镜观察,竹原纤维纵向有横节,粗细分布很不均匀,纤维表面有无数微细凹槽;横向为不规则的椭圆形、腰圆形等,内有中腔,横截面上布满了大大小小的空隙,且边缘有裂纹,与苎麻纤维的截面很相似。竹原纤维的这些空隙、凹槽与裂纹,犹如毛细管,可以在瞬间吸收和蒸发水分,因此竹原纤维具有较好的吸湿、透气性。第二,抗菌性能。某研究表明,竹原纤维与亚麻、苎麻均具有较强的抗菌作用,其抗菌效果是任何人工添加化学物质所无法比拟的,与人工加工的抗菌纤维截然不同,且其抗菌效果具有一定的光谱效应。第三,除臭性能。由于竹原纤维中含有叶绿素铜钠,因而具有良好的除臭作用。实验表明,竹原纤维对氨气的除臭率为70％～72％,对酸臭的除臭率达到93％～95％。第四,抗紫外线性能。紫外线的透过率取决于许多因素,比如组织结构、覆盖系数、颜色,在工艺加工中的化学添加剂和样品的处理等。由于竹原纤维中含有的叶绿素铜钠是安全、优良的紫外线吸收剂,因而竹原纤维具有良好的抗紫外线性能。
再生竹纤维的强力、稳定性、韧性和耐磨性较好,但是由于在加工过程中竹子的天然特性遭到破坏,其纤维的抗菌、除臭、防紫外线等功能明显下降。
3.2 竹纤维的开发
(1)竹原纤维的开发
竹原纤维具有吸湿、透气、抗菌抑菌、除臭、防紫外线等良好的性能,因此,运用这种纯天然竹原纤维纺织成面料及加工制成的服装服饰产品也具有较好的吸湿性、透气性、舒适性。竹原纤维可以进行纯纺和混纺,是毛纺、麻纺、绢纺、棉纺、色纺等新产品开发所要选择的新原料之一。另外,竹原纤维的生产过程对环境污染和破坏相对较小,比较符合我国产业发展政策,因此,竹原纤维具有很大的发展前景。
国家“十一五”科技支撑计划等国家级科研项目,已将天然竹纤维的制取及织造列入研发范围。北京服装学院、东华大学、浙江林学院、湖南株洲雪松有限公司、福建金华公司等科研院所、大学和企业正在积极进行研发,在纤维的细度和强度方面都有了技术性的进步,质量也在不断提高。目前天然竹原纤维的细度、强度已可以满足紡纱的要求,纺织品小样例如枕套、靠垫、凉席、服装等已经试制成功。
但是,由于竹原纤维所具有的天然特性,竹原纤维目前在纤维的均匀度、细度方面还有所欠缺,还无法很好地加工高支产品。另外,竹原纤维的提取要消耗较多的原料,某研究表明一般1吨竹原纤维需要18吨原竹,成本较高。因此,我们应该深入研究竹原纤维的开发和应用技术,充分发挥竹原纤维的环保优势。
(2)再生竹纤维的开发
目前再生竹纤维已经受到越来越多行业的重视与利用,广泛用于纺织、建筑等行业。比较典型的应用有:纺织,用再生竹纤维纺织的布料具有轻质挺括、吸湿导湿、透气性强、散热清凉、光泽好、染色鲜艳等特性;制做经济墙板,该经济墙板综合了竹纤维和水泥两者的良好特性,具有防火、隔音、隔热、耐水、防蛀及安装简便、经济实用等优点,可用作各类建筑物的内墙、高速公路的隔音墙及各类围墙等;制作竹与玻璃纤维复合建筑材料,该复合建筑材料以竹纤维为主要原料,添加玻璃纤维和填充材料复合而成,可替代部分以钢、木为主的各种建筑材料,可节约大量能源,降低建筑造价,且经久耐用,耐腐蚀;造纸,20世纪六七十年代起,我国轻工业部造纸工业科学研究所、华南理工大学等单位就对竹造纸进行了深入研究、开发,使竹造纸实现了大规模的工业化生产。
目前再生竹纤维开发应用过程中还存在一些问题:第一,浆粕和化工料质量较差。国内现有的浆粕质量,普遍存在质量指标偏差大,反应性能差等问题。化工料的质量存在纯度低,含杂量高的问题。由于原材料质量欠佳,经常会发生过滤阻塞以及在纺丝时喷丝头堵塞,影响了质量,造成较多的浪费,甚至影响正常的生产。第二,设备性能不够稳定。虽设备有了很大改进,可是机械设备故障时有发生,设备的耐酸、防腐材料也没有完全解决,维修管理工作滞后,这些也影响了再生竹纤维的质量。第三,环境污染严重。虽然,近年来各企业已逐步重视对“三废”的治理,大多数企业的废水通过治理,基本上可达到国家允许的排放标准。但在废气治理方面还不足,采用冷凝法回收二硫化碳,回收率一般仅为40%～50%。对于废料的回收,目前大多数企业也还没有较好的对应措施。再生竹纤维在浆粕、化工料质量、设备性能等方面的不足,尤其是对环境污染的影响成为了限制其发展的瓶颈。
但是,我们仍应认识到我国竹子的资源优势。竹子生产周期较短,一般两年即可再生利用,而且我国竹材资源丰富。我国是世界竹子中心产区之一,有木本竹类植物31属300多种,竹林400万hm2,占全世界竹林面积的1／4左右,主要分布在华南、西南地区及华东的福建、浙江、江西和华中的湖南、湖北等省,除新疆、内蒙古,黑龙江和吉林等北方省区无竹子分布外,其它省市都有竹子生长。可以说,我国是世界上竹类资源最为丰富,竹林面积最多、产量最多、栽培历史最悠久、经营管理水平较高的国家。
竹产业作为某些地区的重要产业,已经为地方经济的发展做出了很大贡献。以浙江省为例,2007年全省竹业总产值230亿元,其中第一产业产值51亿元,第二产业产值151亿元,第三产业产值28亿元。全省有35个县(市、区)的竹业产值超亿元,其中安吉90多亿元、临安26.3亿元、龙游16.9亿元、衢江8.9亿元、庆元8.6亿元、龙泉6.6亿元、遂昌5.8亿元。全省竹林面积从1979年的48万hm2增加到现在的80万hm2,其中毛竹林面积从44万hm2,增加到现在的66.2万hm2。竹子的栽培面积不断扩大,价格稳中有升,经济效益较好,农民的收入也不断提高,例如2007年安吉农民人均收入9196元中,就有60.5%来自竹业收入,可见竹业的发展已成为某些地方经济的重要支柱。因此,我们应努力科学开发生产竹纤维。
综上所述,不论是竹原纤维,还是再生竹纤维都具有自身明显优势,竹原纤维属天然环保纤维,吸湿、透气、抗菌抑菌、除臭、防紫外线,而再生竹纤维开发利用率较高,应用面广,还可以克服棉、丝材料的短处(棉、丝材料由于受自然条件、农民收益等因素的影响发展受到限制),具有显著经济效益,因此我们应对竹纤维这种新型纤维进行更加全面的研究,对它进行更加充分的开发和利用,发挥我国竹资源丰富的优势,促进竹业及相关产业的发展。
参考文献
[1] 杨旭红.再生竹纤维结构与性能研究[D].苏州大学,2009.05.
[2] 詹树改.竹纤维的结构性能及其纺织品的生产工艺分析[D].苏州大学,2008.11.
[3] 邵东飞.竹纤维产品开发项目可行性研究[D].吉林大学,2006.05.
[4] 王戈,王越平等.我国纺织用竹纤维的研究与开发[J].木材工业,2010(07):18-21.
[5] 朱远胜.竹纤维、PTT、棉混纺牛仔织物的开发[J].上海纺织科技,2010(03):37-38.
[6] 赵晓芳.竹纤维的发展及应用[J].科技情报开发与经济,2009(02):153-154.
[7] 蔡红.竹纤维在服装上的应用[J].科技创新导报,2007,34:5.
关键词:竹原纤维 再生竹纤维 开发
中图分类号:TS102 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(a)-0040-02
1 竹纤维概述
竹纤维是一种新型纤维,具有良好的性能,是一种有着广泛应用前景的纤维。竹纤维按加工方法的不同,可分原生和再生两种,即天然竹纤维、再生竹纤维(竹浆纤维、竹Lyocell纤维)(该分类方法在目前的市场及文献中较为常用,因此在此沿用)。
竹原纤维是一种全新的天然纤维,是采用物理、化学相结合的方法制取的天然竹纤维,属于天然纤维。竹原纤维的化学成分主要是纤维素、半纤维素和木质素,总量占纤维干质量的90％以上,其次是蛋白质、脂肪、果胶、单宁、色素、灰分等。
竹浆纤维是将竹子切片后,采用化学方法将竹片精制成符合纤维生产要求的浆粕,然后再湿法纺丝制成的纤维。竹Lyocell纤维是以N-甲基氧化吗啉(NMMO)作为溶剂,溶解纤维素制成纺丝溶液,然后在水凝固液中纺丝得到的纤维。
2 竹纤维的制作
2.1 竹原纤维
竹原纤维的提取制作过程如下:先截断去掉竹子的竹节,并剖成竹片,将竹片放入沸水中煮炼;之后,取出竹片压碎锤成细丝;再将竹丝再放入压力锅中蒸煮,去除部分果胶、半纤维素、木质素;把竹丝浸入到含有生物酶的溶液中处理,让生物酶进一步分解竹丝中的木质素、半纤维素、果胶,以获得竹子中的纤维素纤维(在分解木质素、半纤维素、果胶的同时,也可在溶液中加入一定量的可以分解纤维素的酶,以获得更细的竹原纤维;可以通过控制溶剂的浓度和蒸煮温度、时间来调整竹纤维束的粗细程度);把酶分解后的竹纤维清洗、漂白、上油、柔软、开松梳理,从而获得竹原纤维。
2.2 再生竹纤维
(1)竹浆纤维
竹浆纤维的具体做法是先将纤维素打浆,再用人工催化的方法,将甲种纤维素含量在35%左右的竹纤维提纯到93%以上,采用碱法水解及多段漂白精制,加工成能满足纤维生产需求的竹浆粕。经过老成和磺化反应,形成纤维素酯的稀碱溶液,再采用粘胶纺丝工艺,制成竹浆纤维。其制作流程为:竹浆粕→粉碎→浸渍→碱化→磺化→初步溶解→溶解→头道过滤→二道过滤→熟成→纺前过滤→纺丝→塑化→水洗→切断→精练→烘干→打包。
(2)竹Lyocell纤维
竹Lyocell纤维是以N-甲基氧化吗啉(NMMO)作为溶剂,溶解纤维素制成纺丝溶液,然后在水凝固液中纺丝得到纤维(纺丝后析出的溶剂可以通过蒸馏回收重复利用,回收率达到99%以上)。其制作流程为:竹浆粕→精制纯化→溶解→过滤→纺丝→冷却洗涤→干燥→打包。
3 竹纤维的开发
3.1 竹纤维的性能分析
竹原纤维是一种全新的天然纤维,具有以下良好性能:第一,吸湿、透气性能。经扫描电子显微镜观察,竹原纤维纵向有横节,粗细分布很不均匀,纤维表面有无数微细凹槽;横向为不规则的椭圆形、腰圆形等,内有中腔,横截面上布满了大大小小的空隙,且边缘有裂纹,与苎麻纤维的截面很相似。竹原纤维的这些空隙、凹槽与裂纹,犹如毛细管,可以在瞬间吸收和蒸发水分,因此竹原纤维具有较好的吸湿、透气性。第二,抗菌性能。某研究表明,竹原纤维与亚麻、苎麻均具有较强的抗菌作用,其抗菌效果是任何人工添加化学物质所无法比拟的,与人工加工的抗菌纤维截然不同,且其抗菌效果具有一定的光谱效应。第三,除臭性能。由于竹原纤维中含有叶绿素铜钠,因而具有良好的除臭作用。实验表明,竹原纤维对氨气的除臭率为70％～72％,对酸臭的除臭率达到93％～95％。第四,抗紫外线性能。紫外线的透过率取决于许多因素,比如组织结构、覆盖系数、颜色,在工艺加工中的化学添加剂和样品的处理等。由于竹原纤维中含有的叶绿素铜钠是安全、优良的紫外线吸收剂,因而竹原纤维具有良好的抗紫外线性能。
再生竹纤维的强力、稳定性、韧性和耐磨性较好,但是由于在加工过程中竹子的天然特性遭到破坏,其纤维的抗菌、除臭、防紫外线等功能明显下降。
3.2 竹纤维的开发
(1)竹原纤维的开发
竹原纤维具有吸湿、透气、抗菌抑菌、除臭、防紫外线等良好的性能,因此,运用这种纯天然竹原纤维纺织成面料及加工制成的服装服饰产品也具有较好的吸湿性、透气性、舒适性。竹原纤维可以进行纯纺和混纺,是毛纺、麻纺、绢纺、棉纺、色纺等新产品开发所要选择的新原料之一。另外,竹原纤维的生产过程对环境污染和破坏相对较小,比较符合我国产业发展政策,因此,竹原纤维具有很大的发展前景。
国家“十一五”科技支撑计划等国家级科研项目,已将天然竹纤维的制取及织造列入研发范围。北京服装学院、东华大学、浙江林学院、湖南株洲雪松有限公司、福建金华公司等科研院所、大学和企业正在积极进行研发,在纤维的细度和强度方面都有了技术性的进步,质量也在不断提高。目前天然竹原纤维的细度、强度已可以满足紡纱的要求,纺织品小样例如枕套、靠垫、凉席、服装等已经试制成功。
但是,由于竹原纤维所具有的天然特性,竹原纤维目前在纤维的均匀度、细度方面还有所欠缺,还无法很好地加工高支产品。另外,竹原纤维的提取要消耗较多的原料,某研究表明一般1吨竹原纤维需要18吨原竹,成本较高。因此,我们应该深入研究竹原纤维的开发和应用技术,充分发挥竹原纤维的环保优势。
(2)再生竹纤维的开发
目前再生竹纤维已经受到越来越多行业的重视与利用,广泛用于纺织、建筑等行业。比较典型的应用有:纺织,用再生竹纤维纺织的布料具有轻质挺括、吸湿导湿、透气性强、散热清凉、光泽好、染色鲜艳等特性;制做经济墙板,该经济墙板综合了竹纤维和水泥两者的良好特性,具有防火、隔音、隔热、耐水、防蛀及安装简便、经济实用等优点,可用作各类建筑物的内墙、高速公路的隔音墙及各类围墙等;制作竹与玻璃纤维复合建筑材料,该复合建筑材料以竹纤维为主要原料,添加玻璃纤维和填充材料复合而成,可替代部分以钢、木为主的各种建筑材料,可节约大量能源,降低建筑造价,且经久耐用,耐腐蚀;造纸,20世纪六七十年代起,我国轻工业部造纸工业科学研究所、华南理工大学等单位就对竹造纸进行了深入研究、开发,使竹造纸实现了大规模的工业化生产。
目前再生竹纤维开发应用过程中还存在一些问题:第一,浆粕和化工料质量较差。国内现有的浆粕质量,普遍存在质量指标偏差大,反应性能差等问题。化工料的质量存在纯度低,含杂量高的问题。由于原材料质量欠佳,经常会发生过滤阻塞以及在纺丝时喷丝头堵塞,影响了质量,造成较多的浪费,甚至影响正常的生产。第二,设备性能不够稳定。虽设备有了很大改进,可是机械设备故障时有发生,设备的耐酸、防腐材料也没有完全解决,维修管理工作滞后,这些也影响了再生竹纤维的质量。第三,环境污染严重。虽然,近年来各企业已逐步重视对“三废”的治理,大多数企业的废水通过治理,基本上可达到国家允许的排放标准。但在废气治理方面还不足,采用冷凝法回收二硫化碳,回收率一般仅为40%～50%。对于废料的回收,目前大多数企业也还没有较好的对应措施。再生竹纤维在浆粕、化工料质量、设备性能等方面的不足,尤其是对环境污染的影响成为了限制其发展的瓶颈。
但是,我们仍应认识到我国竹子的资源优势。竹子生产周期较短,一般两年即可再生利用,而且我国竹材资源丰富。我国是世界竹子中心产区之一,有木本竹类植物31属300多种,竹林400万hm2,占全世界竹林面积的1／4左右,主要分布在华南、西南地区及华东的福建、浙江、江西和华中的湖南、湖北等省,除新疆、内蒙古,黑龙江和吉林等北方省区无竹子分布外,其它省市都有竹子生长。可以说,我国是世界上竹类资源最为丰富,竹林面积最多、产量最多、栽培历史最悠久、经营管理水平较高的国家。
竹产业作为某些地区的重要产业,已经为地方经济的发展做出了很大贡献。以浙江省为例,2007年全省竹业总产值230亿元,其中第一产业产值51亿元,第二产业产值151亿元,第三产业产值28亿元。全省有35个县(市、区)的竹业产值超亿元,其中安吉90多亿元、临安26.3亿元、龙游16.9亿元、衢江8.9亿元、庆元8.6亿元、龙泉6.6亿元、遂昌5.8亿元。全省竹林面积从1979年的48万hm2增加到现在的80万hm2,其中毛竹林面积从44万hm2,增加到现在的66.2万hm2。竹子的栽培面积不断扩大,价格稳中有升,经济效益较好,农民的收入也不断提高,例如2007年安吉农民人均收入9196元中,就有60.5%来自竹业收入,可见竹业的发展已成为某些地方经济的重要支柱。因此,我们应努力科学开发生产竹纤维。
综上所述,不论是竹原纤维,还是再生竹纤维都具有自身明显优势,竹原纤维属天然环保纤维,吸湿、透气、抗菌抑菌、除臭、防紫外线,而再生竹纤维开发利用率较高,应用面广,还可以克服棉、丝材料的短处(棉、丝材料由于受自然条件、农民收益等因素的影响发展受到限制),具有显著经济效益,因此我们应对竹纤维这种新型纤维进行更加全面的研究,对它进行更加充分的开发和利用,发挥我国竹资源丰富的优势,促进竹业及相关产业的发展。
参考文献
[1] 杨旭红.再生竹纤维结构与性能研究[D].苏州大学,2009.05.
[2] 詹树改.竹纤维的结构性能及其纺织品的生产工艺分析[D].苏州大学,2008.11.
[3] 邵东飞.竹纤维产品开发项目可行性研究[D].吉林大学,2006.05.
[4] 王戈,王越平等.我国纺织用竹纤维的研究与开发[J].木材工业,2010(07):18-21.
[5] 朱远胜.竹纤维、PTT、棉混纺牛仔织物的开发[J].上海纺织科技,2010(03):37-38.
[6] 赵晓芳.竹纤维的发展及应用[J].科技情报开发与经济,2009(02):153-154.
[7] 蔡红.竹纤维在服装上的应用[J].科技创新导报,2007,34:5.