海濱錦葵莖皮纖維在紡織產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用研究

海濱錦葵莖皮纖維在紡織產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用研究衣食住行是人們生存的基本條件,首當(dāng)其沖的是紡織業(yè)。隨著世界人口的快速增長,紡織品的需求迅猛增加。目前世界上人類優(yōu)質(zhì)可耕地大約13.5億hm2,而每年由于嚴(yán)重退化而放棄耕地有1000萬耐左右,現(xiàn)全人類人均不到0.25hm2的優(yōu)質(zhì)耕地,為保證糧食安全,用于紡織原料生產(chǎn)的土地面積正不斷減少；而用于替代天然紡織纖維的合成纖維因化石能源將在大約100年后枯竭,合成纖維的生產(chǎn)也將難以為繼,因此人類必須尋找可持續(xù)發(fā)展的紡織纖維原料。海濱錦葵是一種耐鹽植物,它可以生長在生態(tài)惡劣的高含鹽的海濱鹽土上,不與糧爭地,既能改善海濱鹽土的生態(tài)系統(tǒng),而且由于其莖皮中含有較豐富的纖維素,又可以用來開發(fā)成為紡織纖維,因此研究海濱錦葵莖皮纖維在紡織產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用,是發(fā)展鹽土農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)紡織產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)一個良好的選擇。本文的研究目標(biāo)是探索海濱錦葵纖維在植物中的生長規(guī)律,優(yōu)選莖皮的最佳脫膠工藝,探明海濱錦葵莖皮纖維的結(jié)構(gòu)與性能,為海濱錦葵莖皮纖維的應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。本文利用化學(xué)脫膠、高溫高壓脫膠和超聲波脫膠等工藝對海濱錦葵莖皮進行脫膠試驗,通過正交試驗得出高溫高壓脫膠的優(yōu)選工藝。然后對脫膠后的莖皮纖維進行長度、細(xì)度、熱學(xué)性能、吸濕性能、力學(xué)性能、染色性能等進行測試與分析,并將這些性能指標(biāo)與棉、麻等常用纖維的性能進行對比,證明了海濱錦葵莖皮纖維是一種良好的紡織纖維。最后闡述了海濱錦葵莖皮纖維的應(yīng)用前景及其生態(tài)工程評價。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下：(1)通過對海濱錦葵莖皮化學(xué)組成的測定,明確了莖皮中各成分的百分比,其中脂臘質(zhì)占4.02%,水溶物占6.64%,果膠占18.50%,半纖維素占22.33%,木質(zhì)素占8.78%,灰份占4.98%,纖維素占39.73%；根據(jù)莖皮中各部分的微量元素的測定,重金屬元素在莖皮中的吸收含量呈尖部>基部>莖中部的一般規(guī)律。(2)通過對莖皮纖維生物量的測量,可知莖皮約占莖干的13-17%,通過單細(xì)胞纖維形態(tài)的分析,可知莖皮單細(xì)胞纖維長度為1.5-8mm,中部細(xì)度為10-15微米,呈紡錘狀,表面有少量橫節(jié)。(3)通過高溫高壓脫膠的正交試驗,其高溫高壓脫膠的優(yōu)選工藝為第一次脫膠為優(yōu)選工藝為NaOH:20g/L,溫度：130℃,時間：60min,尿素：1.5g/L；第二次脫膠工藝為優(yōu)選工藝為H202：15g/L,溫度：95℃,時間：80min,pH：8。脫膠后纖維各成分含量為：脂臘質(zhì)占0.25%,水溶物占3.58%,果膠占0.73%,半纖維素占10.05%,木質(zhì)素占12.44%,灰份占3.28%,纖維素占72.95%；高溫高壓脫膠和超聲波脫膠能有效的減少堿的用量,提高脫膠效率。通過對脫膠后防粘措施的對比,可知煮練酶的使用,既可提高纖維的脫膠率,又可防止脫膠后纖維的粘連,十六烷基苯磺酸鈉也具有類似的功能。(4)對其聚合度與分子量的測定結(jié)果顯示,海濱錦葵的聚合度在完全脫膠后可達519,與棉粕相當(dāng)；通過對其紅外光譜分析,可知其與棉纖維的光譜相似,主要物質(zhì)均為纖維素Ⅰ型；莖皮不同部位脫膠后的微觀形態(tài)存在一定的差異,而其紅外光譜則非常相似；通過對其XRD測試,可知其結(jié)晶度為69%,比棉略高；通過對其SEM測試分析,可知其縱向有明顯的凹凸槽,橫截面呈不規(guī)則橢圓形。(5)通過對其細(xì)度與長度的測量與分析,可知其兩指標(biāo)呈一定的相關(guān)性,工藝?yán)w維細(xì)度愈大,則長度愈長；通過對其DSC-TGA的測試分析,可知其具有良好的熱穩(wěn)定性；通過對其吸放濕性能和芯吸的測試,可知其具有比棉優(yōu)越的吸濕性能；通過對其力學(xué)性能的測試分析,可知其具有較棉高的初始模量,纖維在拉伸斷裂時表現(xiàn)出一定的脆斷性；通過對其防輻射性能的測試可知其在1200-1300MHz頻率內(nèi)具有良好的屏蔽效能；通過對其染色性能的測試,可知其在直接染料的染色情況下,其上染率隨著溫度上升而提高；使用活性艷紅X-3B染海濱錦葵莖皮纖維在溫度小于35℃時,其上染率隨著染色溫度的升高而增加,當(dāng)溫度超過35℃時,隨著溫度的上升,海濱錦葵莖皮纖維上染率提升不顯著；使用活性染料B-2BF對其進行染色,隨著溫度升高,上染率增大,在65℃上染率值達最高,以后逐漸下降。染色動力學(xué)試驗結(jié)果表明海濱錦葵莖皮纖維染色75℃時的染色速率常數(shù)大約是60℃時的1.21倍,大約是45℃染色速率常數(shù)的1.58倍；在75℃下,海濱錦葵莖皮纖維的半染時間明顯小于60℃時和45℃的半染時間,充分說明高溫有利于提高纖維染色速率；不同染色溫度下直接染料4BS染色纖維的顏色特征值K/S、△E隨著染色溫度的提高而逐漸增大,但L*隨著染色溫度的升高降低；皂洗后的染色牢度測試顯示采用高溫度的染色工藝,其樣品的皂洗牢度優(yōu)于低溫染色工藝。(6)本文對海濱錦葵莖皮纖維的應(yīng)用進行了展望。由于海濱錦葵莖皮纖維具有優(yōu)秀的吸放濕性能和熱濕舒適性能,因此可用作夏布的開發(fā)。通過海濱錦葵莖皮纖維的純紡,或與棉、毛、絲及化學(xué)纖維進行混紡,一方面可改善其紡織工藝性能,另一方面,也可改善紗線和織物的綜合質(zhì)量,充分發(fā)揮海濱錦葵莖皮纖維的特性；由于海濱錦葵莖皮纖維具有良好的熱穩(wěn)定性及類似于麻的粗曠的外觀,可用來生產(chǎn)沙發(fā)布、壁布、窗簾等室內(nèi)裝飾織物；海濱錦葵莖皮纖維因其性能與麻類纖維相似可以用來生產(chǎn)增強復(fù)合材料等,具有廣闊的應(yīng)用前景。(7)本文初步構(gòu)建了以經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益為基礎(chǔ)生態(tài)工程評價體系,采用AHP層次分析法對海濱錦葵莖皮纖維的生態(tài)工程進行評價。海濱錦葵莖皮纖維的開發(fā)利用為實現(xiàn)沿海灘涂生態(tài)系統(tǒng)的改善和對鹽土的墾殖打下了堅實的基礎(chǔ)；促進農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和增長方式轉(zhuǎn)變；促進企業(yè)的產(chǎn)品升級換代,實現(xiàn)紡織品的綠色化生產(chǎn)；帶動農(nóng)民就業(yè)和創(chuàng)