亚麻纤维改性技术研究进展

亚麻纤维改性技术研究进展赵　兵1,林　红2,陈宇岳2(1.苏州大学图书馆,江苏苏州　215021;2.苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州　215021) 摘　要:亚麻纤维是一种绿色健康的可再生天然纤维,越来越受到人们的青睐。

本文从物理方法、生物技术、化学方法三方面详细地介绍了国内外亚麻纤维的改性技术,并展望了亚麻纤维的发展方向。

关键词:亚麻纤维;改性;进展中图分类号:TS195　文献标识码:A 文章编号:1009-265X (2010)05-0065-04收稿日期:2010-04-26作者简介:赵　兵(1984-),男,江苏苏州人,助理馆员,硕士,主要从事纺织材料改性研究工作。

通讯作者:陈宇岳,E 2mail :chenyy @ 由于全球环境污染的加剧以及人们日益注重健康和环保,天然绿色的纤维素纤维重新确立了重要地位,其中亚麻纤维以其优越的吸湿、散湿、降温、抗菌及抗辐射性,在“返璞归真,舒适健康”的潮流中备受青睐,越来越为广大消费者所喜爱,是21世纪最具发展潜质的功能性纺织“绿色产品”,国内外市场将会有一个较大的发展。

国内外的科技工作对亚麻纤维进行了大量深入的研究,本文对亚麻纤维的改性技术做了一个简单的总结与回顾。

1　亚麻纤维的结构与性能亚麻纤维来源于亚麻植物,是种初生韧皮纤维,与棉纤维相比具有杨氏模量高、聚合度大、单纤强力大等特点。

亚麻纤维中的半纤维素含量占30%左右,而棉纤维只有6%,亚麻纤维含有较高数量的木质素,脂腊质和果胶,棉纤维几乎不含木质素。

亚麻纤维的结晶度和取向度均比棉纤维高。

2　亚麻纤维改性技术亚麻纤维的结晶度和取向度高,难于染色。

目前,亚麻染色主要是采用加促染剂氯化钠和固色剂碳酸钠的方法,来改善亚麻纤维的染色性能,但该方法使用大量的无机盐,污水处理量大,生产成本高。

亚麻纤维主要用作夏季面料,虽然透气性好、散热快、滑爽不贴身,但由于亚麻纤维的延伸度小、初始模量高、弹性差、卷曲少、抱合力差,造成亚麻织物手感粗硬,抗皱性能差。

而且亚麻纤维聚合度大、结晶度高、模量和刚度大,纤维较粗,横截面大,因而受外力时不易弯曲。

当这种坚硬的纤维末段与皮肤接触时就会刺激神经系统,产生刺痒感。

因此可以通过改性的方法保留亚麻纤维的优点、克服其缺点,提高亚麻纤维的服用性能和使用价值。

2.1　物理方法2.1.1　低温等离子体技术近年来,等离子体技术在纺织加工中的应用日益引人注目,利用等离子体中含有的大量电子、离子、激发态的原子、分子等活性粒子来轰击材料表面时,会将能量传递给表层分子,使材料发生热蚀、交联、降解和氧化,并使材料表面产生大量的自由基或引进一些极性基团而使材料表面性能得到优化[1]。

舒蕊等[2]用空气等离子体引发亚麻后接枝丙烯酰胺,以扫描电镜和红外光谱验证了反应的发生,并且探讨了等离子体处理和接枝反应的工艺条件。

实验结果表明等离子体引发亚麻接枝丙烯酰胺后对直接染料的上染百分率有较大幅度的提高,染色牢度也有所增加。

李淳等[3]进行了不同等离子体对亚麻纤维接枝改性效果的比较,结果表明,空气等离子体的处理效果最好。

Wong K 等[4]研究了等离子体技术和生物酶制剂处理对亚麻织物结构和性能的影响。

2.1.2　超声波处理高淑珍[5]从直接染料上染亚麻织物的试验入手,初步探讨超声波在亚麻织物染色中的促进作用。

结果表明,应用超声波技术可以提高上染百分率、增大扩散系数、降低活化能。

这一方面是由于超声波的作用,使纤维无定形区的空隙和含量加大;另一方面由于超声波的作用使染料的分散程度提高,从而可以使更多的染料分子更容易地扩散进入纤维的无定形区,因此上染百分率提高,上染速率增大,匀染透染性好,以及可以实现织物的低温短时间染色等一系列的效果[6]。

Ahmed N.S.E.等[7]探讨了超声波处理对亚麻纤维活性染色染色性能的影响。

・56・2.1.3　机械方法机械方法主要包括研磨和切碎两种。

研磨法又分球磨、锤磨等。

纤维素是一种高结晶性聚合物,在研磨过程中能有效地吸收机械能而引起其形态和微细结构的改变,使结晶度下降,可及度提高。

其中球磨是最有效的预处理技术,球磨法可使纤维素结构松散,使微纤中及微纤间晶区中存在的分子间氢键断裂,从而使纤维素的水解速率和葡萄糖的最大产率都得到提高。

机械法无污染,可对纤维素进行绿色加工以提高纤维素对各种化学反应的可及度[829]。

2.1.4　蒸汽闪爆技术蒸汽闪爆技术是将一定量的纤维放入已加热到预定温度的闪爆器中,把控制在一定温度及压力的热蒸汽通入闪爆器中,保压一定时间后突然卸压,使已渗入纤维素内部的热水蒸汽分子以气流的方式从较封闭的孔隙中高速瞬间释放出来,可使纤维素内部的缠结、缠绕及紧密堆砌区得到有效的疏松、梳理,同时使纤维素分子内、分子间氢键断裂,破坏纤维材料的内外层结构,以赋予材料所希望的性能[10]。

2.2　生物技术目前,生物酶制剂主要用于提高麻纤维的柔软性处理,以提高穿着服用性能。

另有文献报道利用酶来提高亚麻纤维的染色性能[11212]。

酶是一种特殊的蛋白质,具有生物催化的功能。

使用生物酶对纤维素纤维进行生物整理,对环境无污染,节约能源,整理后的织物上不残留任何有害化学物质,是一种十分有应用前景的新方法[13]。

目前,可用于纤维素的生物酶主要有果胶酶、脂肪酶、纤维素酶等。

以纤维素酶为例,从目前的研究来看,纤维素酶至少包括3类不同性质的酶:纤维素内切酶、纤维素外切酶和纤维素二糖酶。

纤维素内切酶可以沿纤维素分子链随机的水解β-1,4-苷键。

而纤维素外切酶只能从纤维素分子链的一端(通常为非还原端)切断纤维素分子,并形成纤维二糖或葡萄糖。

纤维二糖酶的作用是将纤维二糖水解成葡萄糖。

高洁等[14]以纤维素酶对亚麻纤维酶整理工艺进行研究,探讨酶的处理温度以及时间对酶整理效果的影响。

通过实验,确定了最佳工艺条件及参数,并对酶整理后亚麻织物的白度、强力性能进行了测试,结果表明经纤维素酶整理的亚麻纤维白度、断裂强度都有所下降,但是织物的手感变的柔软,品质提高。

Ren等[15]探讨了氧化还原酶对亚麻纤维的改性作用。

Jin C等[16]研究了生物酶处理对亚麻织物的影响。

2.3　化学方法2.3.1　NaO H改性曹颖等[17]研究了碱处理时间对亚麻可纺性能指标的影响。

结果表明:亚麻落麻的木质素和果胶含量随着碱处理时间的增长而减小,失重率和细度随着碱处理时间的延长而增加,断裂强度和断裂伸长率随碱处理时间的延长出现先增大后减小的规律,处理时间的延长有利于减少超长纤维,但短绒率增大。

在尽量减少纤维损伤的前提下,提高工艺纤维的细度,把碱处理时间控制在2h以内比较合理。

曲丽君等[18]采用碱改性的方法对亚麻织物改性处理,再经水洗柔软等后整理工艺,使亚麻织物服用性能得到提高。

姜繁昌等[19]研究了亚麻纤维在不同浓度的NaO H、NaClO溶液处理后,其微细结构、双折射率和密度的变化情况。

2.3.2　尿素法改性尿素法改性[20]是一种利用尿素中的羰基与碱纤维素反应的原理对麻纤维实施改性的方法,经过尿素改性后的亚麻纤维发生溶胀,提高了其表面粗糙程度,增加了其毛效,这有利于在轧染染色过程中亚麻纤维对染液的吸附,有助于提高染料与纤维发生染色反应的几率,从而提高其轧染染色时的上染率和染色深度。

2.3.3　液氨法改性液态氨是由常温下为气体的氨冷却到-34℃所获得的液体物质。

其化学性质与水相似,粘度和表面张力均比水低,故容易渗透进入亚麻纤维内部。

液氨分子体积小,不仅可以达到亚麻纤维的无定形区,也可以到达其晶面和晶区内,形成氨2纤维素复合物,从而拆散或破坏纤维素大分子间原有的氢键网络,加剧链段运动,并使亚麻纤维的中序区逐渐向低序区和无序区转移,使纤维素大分子的取向度下降、非晶区增大,使液氨分子与亚麻纤维素分子形成结合能更强的O H-N键。

同时,非晶区面积的增大,为后续高弹交联剂的进入提供了更多的空间。

冯家好等[21]研究了液氨/交联处理后亚麻织物的服用性能,张华等[22]研究了液氨处理对亚麻纤维结构与织物性能的影响。

还有学者研究了液氨处理对亚麻纤维微细结构的影响[21223]。

2.3.4　化学接枝改性法根据亚麻纤维或织物性能上的不足,用接枝共聚或缩聚的方法实现亚麻接枝改性,引入相应的化学基团,从高分子结构与性能的关系的理论分析可・66・知,可以改善亚麻的染色性能,还可提高亚麻纤维的弹性、柔顺性、抗折皱性。

接枝改性法主要有对亚麻纤维接枝甲基丙烯酸甲酯的研究[24];对亚麻纤维进行N-羟甲基丙烯酰胺接枝及胺化改性的研究;利用环氧类季铵盐AM改性剂对亚麻纤维进行改性的研究;对亚麻纤维进行季铵基改性[25]、接枝乙烯基类单体、接枝甲基丙烯酸甲酯的研究等[26]。

2.3.5　壳聚糖整理壳聚糖又称脱乙酰甲壳质、可溶性甲壳质,是甲壳素脱去乙酰基后的产物。

壳聚糖资源丰富,主要来源于废弃的虾、蟹壳类,可减少对环境的污染。

壳聚糖具有许多独特的性能,如良好的生物降解性、生物相容性等,应用前景十分广阔[27]。

壳聚糖主要用于改善亚麻织物的染色、抗皱、抗菌性能。

任亮等[28]以壳聚糖溶液对亚麻织物进行预处理,再以活性染料、直接染料染色。

探讨了壳聚糖处理工艺中壳聚糖浓度、浸渍温度、浸渍时间和焙烘温度等对亚麻织物染色性能的影响,确定了较佳工艺条件。

试验结果表明,壳聚糖预处理亚麻织物可提高织物的染色性能,预处理后亚麻织物可采用低盐或无盐染色工艺,对环境友好。

陈朝晖等[29]的试验结果表明,经降解后平均分子量为1100左右的壳聚糖处理后,亚麻织物上染率提高显著,日晒牢度、水洗牢度和撕破强力均有所提高。

李晓艳等[30]通过正交试验探讨了制备低聚水溶性壳聚糖的最佳工艺,研究了降解壳聚糖的浓度及分子量对亚麻防皱整理效果的影响。

结果表明:经0.2%分子量为9312的降解壳聚糖整理后的亚麻织物的折皱回复角可达216°,比壳聚糖提高了54°。

2.3.6　丝胶、胶原蛋白整理丝胶蛋白是一种球状蛋白,具有易溶、吸水、凝胶化、可改性和抗氧化等特性,在化妆品、食品、医药和生物材料等方面有良好的开发潜能。

胶原蛋白具有独特的三股螺旋结构,具有独特结构、低抗原性、优越的生物相容性和生物降解性,在生物医学材料、药物输送载体、组织工程、化妆品、食品等领域获得了广泛应用。

张燕[31]选用了丝胶、胶原两种蛋白对亚麻纤维进行改性处理,对丝胶蛋白亚麻纤维和胶原蛋白亚麻纤维的结构及性能进行了研究和表征。

结果表明:不同处理条件对氧化亚麻纤维的增重率有一定的影响,但氧化亚麻纤维经蛋白溶液处理后的断裂强度和断裂伸长率基本不变。

氧化亚麻纤维和蛋白之间形成了共价结合。

氧化亚麻纤维经蛋白处理后表面变平整,结晶度无明显变化,而且蛋白亚麻织物的抗皱性能、吸水性能、紫外线防护功能等有所提高。