乌拉草纤维的制备及其结构性能

陈春侠 王曙东 杜梅 张国兵

(盐城工业职业技术学院,江苏盐城,224005)

摘要:探讨乌拉草,塔头乌拉草,纤维的可纺性。通过微波-生物酶-化学辅助-碱氧浴法脱胶工艺成功获得了乌拉草纤维,测试了纤维微观结构和抗菌性能,并对棉/乌拉草60/4014.5tex混纺纱进行了试纺。结果表明:乌拉草纤维有中腔,结构中有微孔,纵向有粗条纹;平均直径19.45“m,长度30mm〜62mm,线密度1.80dtex左右,平均回潮率16.5%,断裂强度3.0cN/dtex〜4.6cN/dtex,试纺单纱各项性能优良;经脱胶处理后的纤维大部分果胶和非纤维物质被去除,纤维呈现典型的纤维素结构,纤维的热稳定性优于乌拉草原样,纤维的抑菌率为42%,低于乌拉草原样。认为:乌拉草纤维可纺性能良好,吸湿好,染色性能好,可做为一种环保的天然纤维来开发使用。

随着生态环境问题和能源问题的加剧,开发具有环保性的天然纤维及其相应的纺织品已成为当前研究的热点。同时,环保、健康、低碳的绿色生态纺织理念也为人们所接受。乌拉草,塔头乌拉草纤维是一种野生植物纤维,具有优异的保暖性、吸湿透气性和良好的抑菌性能,并可生物降解,其光泽良好,是一种高附加值的纯天然纤维⑴。

1乌拉草纤维的制备

1.1脱胶准备

乌拉草(辽宁奕美工艺品原材料有限公司)。

试剂:生物碱性果胶酶(新疆和氏璧科技有限公司),氢氧化钠(AR),浓硫酸(98%),过氧化氢(37%),三聚磷酸钠,水玻璃(盐城生物试剂有限公司),无水亚硫酸钠(无锡生物科技有限公司),硫酸镁(无锡生物科技有限公司),乳化油等。

仪器:TXD-2024R型电磁炉、丫802型八篮烘箱、pH试纸,FA2004型电子天平、扭力天平、(0.02mg)、HH-M6型恒温水浴锅等。

1.2乌拉草的脱胶

采用微波-生物酶-化学辅助-碱氧浴法。工艺流程:乌拉草除杂处理(除杂)一调湿一微波处理一-打纤一试样酸浸预处理一碱中和一生物酶处理一碱氧浴一酸洗一水洗—碱煮一酸洗一水洗一碱氧浴一酸洗一水洗一给油抖松一水洗一干燥。

首先将乌拉草水洗,水洗后将其放入沸水和1个大气压状态下蒸煮2h,随后自然冷却至室温(25C左右)同时并浸泡12h,然后将乌拉草,塔头乌拉草纤维放在温度(20+2)C.相对湿度(65+3)%的标准大气条件下进行预调湿处理大约5h,再将乌拉草纤维放置在功率为0.5kW微波中处理5min.每相隔1min就要翻动一次微波处理中的乌拉草纤维,将经过微波处理后的乌拉草取出放在平台上,使用木锤或较硬的物体捶打5min。

将捶打过后的试样用质量分数0.25%、温度45C的硫酸预处理,常压处理1h,浴比1:20。之后再用质量分数0.25%氢氧化钠在标准大气压条件下处理lh.浴比1:20。配置2%〜5%生物酶溶液.温度45C,常压,pH值9.0,纤维放置其中处理5h,浴比1:20。再用碱氧-浴溶液处理.溶液中氢氧化钠浓度8g/L,双氧水浓度10g/L,三聚磷酸钠用量为乌拉草,塔头乌拉草质量的3%,硫酸镁用量为乌拉草质量的3%,亚硫酸钠用量为乌拉草质量的2%,温度升到100C时开始计时,常压,浴比1=20,处理时间1.5h。纤维取出后用1g/L硫酸溶液冲洗2min,再用60C水洗涤至中性.然后再碱煮。碱煮配方:氢氧化钠15g/L,三聚磷酸钠3%〜5%,水玻璃3%〜8%,温度100C,常压,浴比1:15,时间2ho之后酸洗、水洗、碱氧浴、酸洗、水洗,溶液配置同上,最后上油烘干。乌拉草原样与提取的乌拉草纤维见图

1。可以看到所得乌拉草纤维较为蓬松K'

2棉/乌拉草60/4014.5tex混纺纱的试纺

纺纱工艺流程:FKW-35O-2型微型清梳联合机一FA201B型梳棉机一FA306型并条机(头并)一FA306型并条机(二并)一FA306型并条机(三并)一TJFA458A型粗纱机一FA507B型细纱机

3乌拉草性能测试

利用日本日立公司S-47OO型扫描电子显微镜观察乌拉草,塔头乌拉草纤维纵向形态及截面形态。

利用Nicolet5700系列红外光谱仪,将乌拉草纤维研磨成粉末状测试其官能团结构。扫描范围为0cm1-〜4000cm'。用美国PE公司Diamond型热分析仪绘制脱胶前后乌拉草纤维的热分析图谱。扫描范围为0C-600C,用日本理学2027型X射线衍射仪测定乌拉草纤维的X图谱。测试条件为管压40kV,管电流30mA。扫描速度2。/min,扫描范围5°〜45°。

按照GB/T20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价》,由盐城纬达纺织品检测服务公司完成检测报告。所用菌种为金黄色葡萄球菌.以抑菌率来表示抗菌性能。

釆用LLY-06B型电子单纤维强力仪测试单纤维的强力。夹持长度20mm。回潮率采用烘箱法测试;线密度采用中段切断法测得;纤维的长度采用手扯法测得。

4结果与讨论

4.1形貌特征

由图1(b)可见,经过微波-生物酶-化学辅助-碱氧浴法脱胶匸艺,可以得到松散的乌拉草纤维,其颜色呈淡黄色。纤维扫描电镜观察结果见图

2。由图2可见,乌拉草纤维的横截面内有不规则形状的空腔,而且结构中具有细小的微孔,胞壁表面呈现出不规则的弯曲•而且与中腔相连。横截面成束状。纵向表面不光滑,呈现树皮状。利用扫描电镜可观察到脱胶后的乌拉草纤维纵向较脱胶前光滑,呈现明显的粗条纹,无横节。中腔使得乌拉草,塔头乌拉草纤维可以包含许多静止的空气,因此其保暖性能优良。微孔结构和粗条纹使得乌拉草纤维具有毛细作用使水快速被导走.所以乌拉草纤维具有较好的水及疏水效果。

4.2X射线衍射分析

乌拉草原样及乌拉草纤维的X衍射光谱见图3。由图3可见,乌拉草原样和乌拉草纤维的X衍射光谱曲线形态基本相似.它们的特征衍射峰的2。均对应于15.9°.22.2。、34.4°,是典型的纤维素纤维的特征衍射峰。

4.3红外光谱分析

乌拉草原样及经脱胶处理后的乌拉草纤维的红外光谱见图4。由图4可见.红外光谱中3140cm1附近的吸收峰为()一H伸缩振动吸收峰,1630cm1是C=()的特征吸收峰,1400cm1是C一H,特征吸收峰.1060cm1处是C-()—C特征吸收峰,这些都是纤维素的特征吸收峰。经处理后的乌拉草纤维在617cm1处的特征吸收峰强度几乎消失,表明脱胶后乌拉草纤维中的胶质含量大大降低。

4.4热分析

乌拉草,塔头乌拉草原样及经脱胶工艺处理的乌拉草纤维的TG.TGA曲线见图5。由图5可见,原样的初始热分解温度为252C,最大热分解温度为367C,乌拉草纤维的初始热分解温度为264C,最大热分解温度为379'C,分解温度高于乌拉草原样,热稳定性有所提高,这是由于经脱胶后乌拉草纤维中大部分非纤维素被去除,纤维的结

4.5抗菌防臭性

乌拉草具有抗菌、防菌、防护的功能,在其生长过程当中没有虫蛀。在生产过程中抗菌物质也不会受到损坏,并且反复水洗也不会对乌拉草纤维的抗菌性能产生影响。抗菌性能测试图见图6。由图6乌拉草原草抗菌试验图片可观察到,乌拉草原草具有一定的抗菌率,且抗菌性能强。测试结果显示乌拉草原样抗菌率达99%。而脱胶后的乌拉草纤维同样具有抗菌性,但抗菌率明显降低,为42%。说明经过化学试剂的脱胶处理后,纤维中的胶质含量大大降低,而乌拉草胶质对菌种繁殖具有较好的阻断作用。

4.6乌拉草纤维的性能

经测试可知,乌拉草,塔头乌拉草纤维的回潮率为16.5%,说明其具有良好的吸湿性能,纤维的长度范围为30mm~62mm,长度整齐度略差。脱胶后纤维的细度为1.8dtex,纤维断裂强度

3.0cN/dtex~4.6cN/dtex,断裂伸长率2.7%。对照棉纤维的各项性能指标,表明乌拉草纤维具有良好的可纺性。利用活性染料染色后的纤维见图7。由图7可见,制得的乌拉草纤维染色性能良好,色泽鲜艳。

5结论

(1)釆用微波-生物酶-化学辅助-碱氧浴法脱胶工艺成功提取了乌拉草纤维,纤维的各项性能良好,具有一定的可纺性,纤维本身的结构使其具有良好的吸湿、透湿、保暖等性能。乌拉草纤维作为一种新型的环保纤维,如果对其进行开发利用定会具有广阔的市场。

(2)通过对棉/乌拉草60/4014.5tex混纺纱的试纺可知,乌拉草具有较好的可纺性,单纱的各项性能优良,条干略差,可作为新型原料开发具有环保性能的纱线。

(3)测试结果说明,经脱胶处理后的纤维大部分果胶和非纤维物质被去除,纤维呈现典型的纤维素结构;纤维的热稳定性优于乌拉草原样;乌拉草原样与纤维均具有一定的抗菌性,但是原样好于纤维.可能是原样中含有果胶及类黄酮物质。

世界科学资料显示,乌拉草是目前世界范围内植物界中,仅存的两种能终身抵御真菌侵蚀与寄生能力的植物之一,这是一般动、植物制品所不具备的天然属性。具有保暖除燥、驱寒除湿、活络止痛、助力睡眠、抑抗真菌等功效。对活络止痛、去寒除湿、养肤健肤、调节 睡眠、抵抗真菌具有辅助治疗作用适于脚癣的预防和治疗。

乌拉草是多年野生的草本植物,其叶细长柔软、纤维坚韧、不易折断、能够透气防潮并且御寒,不仅具有保暖防寒的作用,还有很多保健养生的功能,可以作为养生垫、养生枕、坐垫、抱枕、挂件、草鞋、草褥、人造棉、纤维板、草编工艺品、造纸等方面的良好材料,还可以用来保暖,填充在褥垫、床垫及鞋内,因此中国东北山区的老百姓十分喜爱它。

长期使用对风湿、关节痛具有辅助治疗作用,是百草里的软黄金。

乌拉草中含有多种成分,其中黄酮类成分木犀草素是乌拉草的有效成分,可作为控制该药材质量的指标成分。

木犀草素是一种天然黄酮类化合物。具有消炎,抗过敏、降尿酸、抗肿瘤、抗菌、抗病毒等多种药理活性。

临床主要用于止咳、祛痰、消炎、降尿酸、治疗心血管疾病、治疗肌萎缩性脊髓侧索硬化症,SARS,肝炎等。

乌拉草功能:

1:除味祛味

2:通经活络

3:消除疲劳

4:驱寒降燥

5:养肌健肤

6:保暖除湿

7:抑菌防螨

8:提高免疫力

9:改善血液微循环

乌拉草的有效成分可以增强人体免疫力,有利于血液循环,对三高人群有保健功能,且预防各种疾病。

根据乌拉草的功效理论可以推断,乌拉草对于人体的心肝脾肺肾都有良好的辅助保健功效。

心:乌拉草可以促进血液循环,消除疲劳,含有的游离酸和丰富蛋白等微量元素可以促进心脉的运营起到护心保心的功效。

肝:乌拉草可促进睡眠,睡眠好就可以增强食欲,从而起到保肝护肝的效果。

脾:乌拉草可以促进新陈代谢,起到增强食欲的效果,从而间接辅助脾胃保健。

肺:乌拉草气味芬芳,绿色永驻,可以净化空气,清洁空气质量,从而起到间接清肺的效果。

肾:乌拉草可以消除腰肌劳损,通筋活络,从而起到间接的护肾效果。

以上功效均为理论推断,同时也是东北老一代人们的口述传承,并无药典依据,具体功效还得经过实际体验来自行感受。

本文来源: 乌拉草网 文章作者: 佚名
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