多糖组分对苎麻纤维性能的影响

黎征帆，杨建平，郁崇文

（东华大学 纺织学院，上海 201620）

多糖组分对苎麻纤维性能的影响

黎征帆，杨建平，郁崇文

（东华大学 纺织学院，上海 201620）

采用逐步去除苎麻纤维各胶质成分的方法，分析了果胶和半纤维素对纤维性能的影响.研究结果表明，果胶对纤维分离程度影响很大，半纤维素对纤维分离也有一定影响.随着半纤维素含量的减少，纤维的线密度、断裂伸长率和断裂强度均改善，但当半纤维素含量减少到一定程度时，纤维的线密度、断裂伸长率和断裂强度随着半纤维素含量的减少而改善不明显.综合考虑纤维性能和制成率，半纤维素的含量减少到1.22%左右即可.

苎麻；半纤维素；果胶；多糖；纤维性能

苎麻［1-2］因其纤维长、强度高以及吸湿透气性好，是良好的纺织原料.苎麻纺纱前需要通过脱胶去除纤维的胶质，从而使纤维分散，并改善苎麻纤维的性能.在实际生产中，胶质是否需要全部去除值得商榷，在保证纤维分散和纤维性能达到一定水平的情况下，适当保留部分胶质，可以提高纤维的制成率，减轻脱胶负担，降低生产成本.

为了保证脱胶后纤维的分散，需要控制精干麻的残胶率，苎麻精干麻优等品的残胶率应控制在3%以内［3］，这是根据生产实际经验从整体上提出残余胶质的控制量.胶质包括半纤维素、木质素、果胶、脂蜡质、水溶物等成分，不同成分在纤维的存在部位，以及对纤维性能和纤维分散程度的影响不尽相同，需要区别考虑.其中，果胶和半纤维素由多糖组成，其含量（在苎麻中所占的质量分数，下同）占胶质总含量的60%以上，是苎麻脱胶的重点.文献［4］研究了苎麻胶质组分对纤维白度和染色性能的影响，但果胶和半纤维素对纤维力学性能的影响还未有研究.本文采用逐步去除纤维各胶质成分的方法，定性分析果胶和半纤维素对纤维性能的影响，并初步探讨半纤维素含量对纤维性能的影响，从而为苎麻脱胶工艺的合理制定提供参考.

1 试 验

1.1 试验原料

苎麻原麻，湖南沅江；草酸铵、NaOH、硫酸、苯、乙醇等化学试剂均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司.

1.2 胶质成分的去除

根据GB 5889—1986《苎麻化学成分定量分析方法》，测试原麻的化学组成，依次去除原麻的脂蜡质、水溶物、果胶和半纤维素，分别对水溶物、果胶和半纤维素提取后的纤维给油风干后，测定纤维性能.以上试验平行重复两次取均值.

对已去除脂蜡质、水溶物和果胶后的试样，使用质量浓度为20 g／L的NaOH溶液（浴比为1∶30）冷凝回流沸煮以提取半纤维素，提取时间分别为5，20，30，60，90，150，210 min.将不同时间抽提后的试样分两部分：一部分根据GB 5889—1986《苎麻化学成分定量分析方法》，测定其半纤维素含量；另一部分给油风干后测定纤维性能.以上试验平行重复两次取均值.

1.3 纤维性能测试

（1）测试环境.将待测试的苎麻纤维放在标准大气下（温度为20℃，相对湿度为65%）调湿24 h，纤维的线密度和拉伸性能的测试均在此标准大气条件下进行.

（2）纤维线密度测试.参照GB 5884—1986《苎麻纤维支数试验方法》，采用切断称重法测试，切断隔距为40 mm.

（3）纤维拉伸性能测试.根据GB 5886—1986《苎麻单纤维断裂强度试验方法》，采用XQ-2型电子单纤维强力仪测试，拉伸隔距为20 mm，拉伸速度为10 mm／min，测试50根纤维.

1.4 纤维束外观形态观察

使用普通数码照相机对苎麻纤维束拍照以观察纤维束的纤维分散程度.

1.5 制成率的测试与计算

将原麻和脱胶处理后的麻在温度为105℃下分别烘干至恒定质量，再在干燥器内冷却30 min后称其质量，得到原麻和处理后的麻的干重，制成率计算式如下：

2 结果和讨论

2.1 半纤维素和果胶对纤维性能的影响

试验用苎麻的化学成分测试结果如表1所示.由表1可知，果胶和半纤维素总量（18.69%）占胶质总量（27.25%）的68%.果胶分子［5-6］是由不同酯化度的半乳糖醛酸以α-1，4-苷键聚合而成的多糖，常带有鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖等组成的侧链，游离的羧基部分或全部与钙、钾、钠离子等金属离子结合形成果胶酸盐，难溶于热水.半纤维素是由两种或两种以上单糖组成的多种聚糖的集合体，一般认为半纤维素有聚木糖、聚半乳糖葡萄糖甘露糖、聚葡萄糖甘露糖等组成，各种聚糖的结构和化学性质不一［7-8］.由于果胶和半纤维素在胶质中比重大，分析其对苎麻纤维性能的影响具有重要作用.

表1 苎麻化学组成Table 1 Ingredients in ramie fibers

半纤维素和果胶对苎麻纤维性能影响的试验结果如表2所示.试验所测的纤维线密度数值变化主要有两方面原因：一是纤维的分离程度，胶质脱除后，纤维分离，纤维线密度降低；二是纤维的质量损失，胶质脱除后，所测纤维出现质量损失，也使纤维线密度降低.

对比果胶去除前后的苎麻线密度可以看出（见表2），果胶去除后，纤维线密度降低.虽然果胶去除后，单位长度的纤维出现的质量损失会造成其线密度的降低，但是测得的纤维线密度（tex）降低幅度远远大于因苎麻果胶质量损失而导致的纤维线密度的降低值，这说明果胶去除后实现了纤维的分离，纤维的线密度从而大幅降低.从水溶物和果胶去除后的苎麻纤维束外观形态（见图1）也可以看出，果胶去除后，纤维分散程度明显增加.这说明果胶是黏结纤维的主要组成部分之一，由于脱胶的主要目的是实现纤维和纤维之间的分离，因此，在脱胶过程中应该尽量去除果胶.

表2 半纤维素和果胶对苎麻纤维性能的影响Table 2 Effect of pectin and hemicellulose on ramie fiber properties

图1 逐步去除各胶质后苎麻试样的外观Fig.1 The appearance of ramie fiber with different steps of degumming

对比半纤维素去除前后苎麻纤维的性能可以看出（表2），半纤维素去除后，纤维线密度降低.虽然半纤维素去除后，单位长度的纤维质量的减少会造成纤维线密度的降低，但测试得到的纤维线密度的降低幅度大于因半纤维素去除而导致的纤维线密度的降低值，这说明除果胶外，纤维中的半纤维素也可能部分存在于纤维与纤维之间，影响纤维的分离.从果胶和半纤维素去除后苎麻纤维束的外观形态（见图1）也可以看出，半纤维素去除后，纤维进一步分散.纤维拉伸性能测试表明，半纤维素去除后，纤维断裂强度和断裂伸长率增加，这说明半纤维素的大量存在不利于纤维的分散与纤维拉伸性能的改善，应该尽量去除.

2.2 半纤维素含量对纤维性能的影响

半纤维素含量随煮练时间的影响及其对纤维性能的影响分别如图2和3所示.由图2可知，煮练60 min，半纤维素含量少于1.22%，而去除剩余1.22%的半纤维素需要继续处理150 min.由图3（a）可知，纤维线密度随着半纤维素含量的降低而降低，而半纤维素含量少于1.22%时，纤维线密度降低不明显，这说明此时黏结纤维的半纤维素已经去除干净，存在的少量半纤维素对纤维分离已经没有明显影响.从使纤维完全分离的角度上考虑，半纤维素残留在1.22%以内满足要求.由图3（b）和3（c）可知，随着半纤维素含量的减少，纤维断裂强度和断裂伸长率增加.半纤维素含量少于1.22%时，纤维断裂强度随半纤维素含量减少而增加的幅度很小；当半纤维素含量少于0.40%时，纤维断裂伸长率随半纤维素含量减少而增加的幅度很小.

图2 煮练时间与半纤维素含量间的关系Fig.2 Effect of scouring time on the hemicellulose content

图3 半纤维素含量与苎麻纤维性能的关系Fig.3 Effect of hemicellulose content on ramie fiber property

单就提高纤维的断裂强度和断裂伸长率而言，半纤维素含量越少越好，但是半纤维素完全去除的难度较大.由本试验可以看出，使用质量浓度为20 g／L的NaOH溶液（浴比为1∶30）煮练60 min，可以使得半纤维素含量从14.50%减少到1.22%，而去除剩余1.22%的半纤维素还需要继续处理150 min.此外，半纤维素的部分残留有助于提高苎麻制成率（见图3（d））.综合纤维断裂强度、断裂伸长率和线密度这3项指标可知，半纤维素含量减少到1.22%左右较佳.

3 结 语

本文由多糖胶质对苎麻纤维性能影响的定性分析表明，果胶对纤维分离程度影响很大，所以必须去除.半纤维素也可能部分存在于纤维与纤维之间，对纤维的分离有一定影响.半纤维素去除后，纤维断裂强度和断裂伸长率增加.试验表明，随着半纤维素含量的减少，纤维的线密度减小，断裂伸长率和强度逐渐增加，但当半纤维素含量少于1.22%时，随着半纤维素含量的继续减少，纤维线密度的降低不明显，纤维强度的增加不明显；当半纤维素含量少于0.40%时，随着半纤维素含量的继续减少，纤维断裂伸长率几乎不变.由于残余半纤维素完全去除难度大，且残余部分半纤维素可以提高苎麻制成率.因此，综合断裂强度、断裂伸长率和线密度这3项指标，脱胶后半纤维素含量减少到1.22%左右较适宜.

［1］于伟东.纺织材料学［M］.北京：中国纺织出版社，2006：17-18.

［2］谢莉敏，陈桂华，吴晓玉，等.苎麻脱胶工艺的研究进展［J］.江苏农业科学，2012，40（2）：226-228.

［3］郁崇文，张元明，姜繁昌.苎麻纱线生产工艺与质量控制［M］.上海：中国纺织大学出版社，1997：38-40.

［4］BHATTACHARYA S D，SHAH S R.Degumming of ramie：The role of the individual constituents of the gummy material［J］.Coloration Technology，2002，118（6）：295-299.

［5］PÉREZ S，RODR I＇GUEZ-CARVAJAL M A，DOCO T.A complex plant cell wall polysaccharide：Rhamnogalacturonan II.A structure inquest of a function［J］.Biochimie，2003，85（1／2）：109-121.

［6］PÉREZ S，MAZEAU K，HERVÉDU PENHOAT C.The three-dimensional structures of the pectic polysaccharides［J］.Plant Physiology Biochemistry，2000，38（1／2）：37-55.

［7］崔运花.苎麻纤维化学初加工及超声波在天然纺织纤维初加工中的应用研究［D］.上海：中国纺织大学纺织学院，1999：2-4.

［8］王德骥.苎麻纤维素化学与工艺学［M］.北京：科学出版社，2001：24-27.

Effect of Polysaccharide on Ramie Fiber Property

LIZheng-fan，YANGJian-ping，YUChong-wen

（College of Textiles，Donghua University，Shanghai 201620，China）

The effect of pectin and hemicellulose on the ramie fiber property is studied by various ingredients removed gradually in the ramie fiber.The research result indicates that pectin greatly af fects the separation of fibers，the hemicellulose also has certain influence on the fiber separation.Along with the decrease of the hemicellulose content，the linear density，the breaking elongation，and the breaking tenacity of ramie fiber are improved，but when the hemicellulose content reduces to very few amount，these properties have no more improvement.The fiber performance and the product rate are considered，the hemicellulose content must be bellow about 1.22%.

ramie；hemicellulose；pectin；polysaccharide；fiber property

TS 102.2

A

2013-04-16

中国现代农业技术研究体系资助项目（CARS-19-E25）

黎征帆（1987—），男，湖南长沙人，博士研究生，研究方向为植物纤维资源开发利用.E-mail：lzfdhufz0406＠163.com

郁崇文（联系人），男，教授，E-mail：yucw＠dhu.edu.cn

1671-0444（2014）03-0266-04