l 棉稈皮的化學(xué)成分測試

　　棉稈皮的化學(xué)成分定量分析是棉稈皮纖維制取的基礎(chǔ)性工作，通過成分定量分析，可確定原料各化學(xué)成分的百分比，纖維素的相對含量，開發(fā)利用價(jià)值，以及適宜的制纖工藝等。由于棉稈皮纖維目前無國家標(biāo)準(zhǔn)，因此采用GB5889—86苧麻化學(xué)成分定量分析方法進(jìn)行測試。表1為棉稈皮與幾種植物纖維原料化學(xué)成分的含量比較。

　　從表1可看出，棉稈皮的纖維素含量為 42.27 ，比其它幾種原料要低一些，高于桑皮。棉稈皮中的半纖維素、水溶物、脂蠟質(zhì)含量并不高，但木質(zhì)素和果膠含量偏高，木質(zhì)素含量高達(dá) 18.95 。由于木質(zhì)素很難有效去除，所以棉稈皮纖維的脫膠難度較大。

　　2 脫膠工藝的優(yōu)化

　　2. 1 工藝流程

　　試樣準(zhǔn)備一預(yù)尿氧處理一水洗一堿煮一水洗一酸洗一水洗一抖松一烘干

　　2.2 均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　通過正交篩選試驗(yàn)，找到4個(gè)對棉稈皮脫膠效果有重要影響的因素。名稱和試驗(yàn)條件分別為：NaOH 濃度X1：7～14 g/l ；煮練時(shí)間X2：60 ～ 150 min；多聚磷酸鈉用量X3：3 %～6 %；Na2 SO3用量X4 ：2%～3.5 %分別取8水平進(jìn)行均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)，由于因素X3、X4 取值范圍較小，各取4個(gè)水平，對這兩個(gè)因素采用擬水平法，每個(gè)水平重復(fù)使用，形式上也是8個(gè)水平，因素水平見表2。

　　其它工藝參數(shù)選揮如下。預(yù)尿氧處理：雙氧水濃度5 g/l，尿素濃度10 g/l，pH值6.5，浴比1：15，20℃處理25 min。堿煮：常壓，浴比1：20。

　　2.3 均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)表及試驗(yàn)結(jié)果

　　選取U8 *（8的5次方 ）均勻設(shè)計(jì)表，根據(jù)其使用表的規(guī)定，選擇其中的l，2，3，5列，組成U8*（8的4次方）表。具體試驗(yàn)安捧及試驗(yàn)結(jié)果見表3

　　2.4 工藝參數(shù)優(yōu)化

　　從表3中直接看到的最好條件是第8號試驗(yàn)，殘膠率Wj 6.09%、殘余木質(zhì)素率Wm 11.82 9/5。由于均勻設(shè)計(jì)不具備整齊可比性，并且每個(gè)因素的極差都相等，因此不適合做直觀分析。對均勻設(shè)計(jì)結(jié)果的深入分析方法是采用回歸分析。利用SPSS軟件，建立殘膠率wJ、殘余木質(zhì)素率Wm 同四因素的有效多元線性回歸方程。

　　棉稈皮單纖維長度較短，不能單獨(dú)紡紗，只能依靠膠質(zhì)形成具有一定長度的柬纖維，因此棉稈皮纖維必須保持一定的殘膠率。將試驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)化為多目標(biāo)線性規(guī)劃問題求解，求解的目的是將殘膠率控制在合理水平的同時(shí)殘余木質(zhì)素率最低。采用線性加權(quán)和法借助DPS軟件求解。軟件求解公式塊的編輯如下：

　　式中，兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)均經(jīng)過變形（去掉常數(shù)項(xiàng)）以適應(yīng)DPS系統(tǒng)的運(yùn)算要求，殘膠率Wc控制在5%以上，殘余木質(zhì)素率wM則要求最低；同時(shí)由于木質(zhì)素難以去除，所以兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重分別定為0.3333和0.6667I因素的尋優(yōu)范圍即試驗(yàn)參數(shù)取值區(qū)間。

　　DPS輸出結(jié)果Xl=14，X2=130，X3=6，x4=2.1 I最優(yōu)目標(biāo)值殘膠率wJ=5%，殘余木質(zhì)素率WM=10.86 %。利用這組優(yōu)化參數(shù)重復(fù)做三組等精度驗(yàn)證試驗(yàn)，得平均殘膠率5.23%，平均殘余木質(zhì)素率10.67%，較好地實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化目的。

　　但經(jīng)化學(xué)脫膠后纖維的殘余木質(zhì)素率仍然很高，使纖維粘結(jié)在一起，必須尋找合適的去除木質(zhì)素的方法。化學(xué)脫膠最優(yōu)工藝參數(shù)為NaOH 濃度 14 g/L，煮練時(shí)間130 min，多聚磷酸鈉用量6 %， Na2SO4用量2.1 。

　　3 棉稈皮纖維的結(jié)構(gòu)與基本性能

　　棉稈皮纖維作為一種新型紡織纖維，其基本性能還不為人所知。只有很好地研究過它的一些性能，才能更好地對其進(jìn)行開發(fā)利用。棉稈皮纖維試樣選用經(jīng)過最優(yōu)化學(xué)脫膠工藝處理后的纖維。棉稈皮纖維的基本性能測試結(jié)果見表4。

　　表4可看出，棉稈皮纖維屬高強(qiáng)低伸型纖維，具備優(yōu)良的吸濕性能，長度、細(xì)度同大麻工藝?yán)w維接近，未來紡紗可以借鑒大麻的紡紗工藝，利用其紡制細(xì)號紗較為困難，但若紡較粗的紗加工裝飾品、家用紡織品及床上用品則較容易。如果結(jié)合纖維的吸濕透氣、抗菌保健等性能，這類產(chǎn)品將具有很好的市場前景。

　　4 結(jié)論

　　4.1 棉稈皮的纖維素含量為42.27% ，化學(xué)成分中木質(zhì)素和果膠含量相對較高，脫膠難度大。

　　4.2 棉稈皮纖維化學(xué)脫膠的最優(yōu)工藝參數(shù)為 NaOH濃度14 g/I ，煮練時(shí)間130 min，多聚磷酸鈉用量6 %，Na2 SO3用量2.1 %。脫膠后纖維的殘膠率5.23% ，殘余木質(zhì)素率10.67% ；應(yīng)進(jìn)一步探討木質(zhì)素有效去除的工藝，可增加二煮工序或采用一煮與堿氧浴結(jié)合的方法提高對木質(zhì)素的去除率。

　　4.3 就目前情況看，棉稈皮纖維作為服裝用纖維尚有一定困難，但在裝飾品、家用紡織品、床上用品以及纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等方面很有探討價(jià)值。

　　來源: 裴華強(qiáng)，翟耀華