微溶解处理对大麻/棉混纺织物拉伸性能的影响

钟智丽， 廖镇东， 张宏杰

(天津工业大学 纺织学院， 天津 300387)



微溶解处理对大麻/棉混纺织物拉伸性能的影响

钟智丽， 廖镇东， 张宏杰

(天津工业大学 纺织学院， 天津 300387)

为探讨预处理和微溶解工艺对大麻/棉混纺织物拉伸性能的影响，对织物和原大麻纤维进行预处理和氯化锂/N，N-二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)微溶解处理。其中，LiCl/DMAc是一种具有良好稳定性的新型绿色纤维素溶剂体系，微溶解的具体工艺是10%的LiCl/DMAC溶剂，温度65 ℃。用红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)对纤维进行表征，并用万能强力机测试织物的拉伸性能。结果表明：大麻纤维经过预处理和微溶解体系后，主要基团没有发生明显的变化，且纤维素在微溶解过程中未发生衍生化反应。经过不同工艺处理体系后，织物的断裂伸长率和断裂强力均得到不同程度的增加。其中，经碱活化和LiCl/DMAc微溶解后，织物拉伸性能得到提高，断裂强力提高44.5%。

大麻/棉混纺织物； 氯化锂/N-N二甲基乙酰胺溶解体系； 大麻纤维； 拉伸性能

大麻是一种中国传统种植的麻类作物，随着其培育和研究工作逐渐受到重视，麻类纺织品的开发和利用空间很大程度上为中国的麻纺织业提供了较好的宏观环境[1]。大麻纤维除具备天然纤维素纤维吸湿透气、穿着舒适外，还具备抗紫外线、抗菌抑菌等保健功能，日益受到人们的青睐[2]。大麻纤维的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素，和棉纤维一样，是重要的纺织原材料[3]。

随着人们对织物功能性要求的不断提高，传统织物已经不能满足人们的要求。棉织物织造简单、天然环保、穿着舒服，但功能单一[4]。大麻纤维性能优良，但纯纺困难，很难织造出高品质的纺织品[5]。因此，两者混合一方面利用了棉纤维的高可纺性，另一方面利用了大麻纤维的高功能性，减少了棉织物的后期加工成本，提升了大麻纤维的综合价值。

棉、大麻混纺虽然有利于2种纤维的价值体现，但是大麻纤维具有线密度大、饱和性差等缺点[6]，因此，大麻纤维影响最终产品的力学性能，特别是拉伸性能。纤维素纤维在试剂中发生溶胀皱缩，使纺织品的结构变紧密，在碱溶液中，大麻纤维会发生部分“解束”，这些都会影响纺织品的拉伸性能。

1979年，氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺LiCl/DMAc体系首次被用来溶解纤维素[7]。王岩等[8]利用LiCl/DMAc体系溶解木材纤维素。陈一等[9]进一步验证DMAc活化法和碱活化处理能够有效提高棉纤维的溶解度。Kabir等[10]使用碱处理大麻纤维后发现其力学性能有所下降。张华等[11]运用碱处理大麻织物，处理后织物的抗弯刚度和耐磨性能都有较大的增加。

利用纤维在溶液中的收缩提升织物的拉伸性能， LiCl/DMAc的溶解性能可部分去除或者“软化”织物表面的纤维，提升表面光洁度[12]。本文采用不同的工艺对大麻/棉织物进行整理，重点讨论了织物的拉伸性能。并用相同工艺处理大麻纤维，利用红外光谱、X射线衍射手段表征其内部结构和基团变化，对应分析织物拉伸性能变化的原因。

1 实验部分

1.1 材 料

大麻/棉混纺平纹坯布(山西绿洲纺织有限公司，具体规格见表1)，大麻纤维，购于沈阳北江麻业发展有限公司。氢氧化钠(NaOH),N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)，无水氯化锂(LiCl)，购于天津科密欧化学试剂有限公司。

表1 织物规格

1.2 仪器及测试方法

电子天平(诸暨市超泽衡仪器设备有限公司)，DZKW-S-6型电热恒温水浴锅(余姚市东方电子仪器厂)，万用电炉(北京中兴伟业仪器公司)，INSTRON3369型万能强力拉伸仪(美国英斯特朗公司)。

Tensor37傅里叶变换红外光谱仪(德国Bruker公司)，扫描范围4 000～400 cm-1，分辨率为4 cm-1。

D8 DISCOVER with GADDS面探测器X射线衍射仪(德国BRUKER公司)，扫描模式2θ，Cu靶α射线(λ=0.154 1 nm)，电压40 KV,电流为40 mA, 角度为5°～60°，扫描步径为0.05°。

1.3 实验方法

表2示出对2种规格的织物进行预处理和微溶解的方法。试样1、2和3经过不同的预处理工艺后进入微溶解体系，试样4和5直接进入微溶解体系，对试样的处理时间均为165 min。试样6为未处理原样。同时，使用同样的工艺对大麻纤维进行处理。

表2 实验工艺表

1.4 测试标准

根据GB/T 7689.5—2001《增强材料 机织物试验方法》，利用INSTRON3369万能强力仪测定织物的拉伸性能。织物规格为25 cm×2.5 cm，隔距为10 cm，拉伸速度为50 mm/min。

2 结果与讨论

表3示出棉/大麻的微观结构参数。由表可知，棉的聚合度、纤维素含量、结晶度都远远大于大麻。聚合度越大，相对分子质量越大，结构越稳定；结晶度高，分子间作用力强，化学试剂的可及性降低。同等条件下，试剂与大麻纤维发生反应的几率增大，纤维破坏程度增强。同时，大麻剩余的成分多为半纤维素、木质素、果胶等，这些低分子物质在预处理和微溶解体系中更易发生反应。鉴于以上原因，微溶解体系作用于棉/麻混纺织物中，最主要、最直接受影响的是大麻纤维。

表3 大麻/棉的微观结构参数

2.1 傅里叶变换红外光谱分析

图1 不同工艺处理条件下的大麻纤维红外光谱图(a)及X射线衍射图(b)Fig.1 FT-IR spectrogram (a) and XRD diagram (b) of hemp fibers be treated with different methods

同时,谱图其他波数的峰形位置没有发生明显变化，这也说明LiCl/DMAc在溶解大麻纤维时是非衍生化的直接溶解。

2.2 X射线衍射分析

图2为不同工艺处理条件下的X射线衍射图从图1(b)可见，经过不同手段处理后，各晶面的位移没有出现明显迁移，唯一不同点是纤维特征衍射峰强度发生了变化，这与处理前后纤维结晶度发生变化有关。经过NaOH处理过的3、5试样在11.8°和11.9°左右出现微小的波峰，是由于纤维在碱液作用下发生碱化作用，形成了碱纤维素。

经过不同工艺处理后， 除处理工艺3和处理工艺5，大麻纤维的结晶度变化不大(见表4)。主要由于浓碱液除对纤维素、木质素具有溶解作用，同时对纤维素也有一定的破坏作用，特别是在长时间高温条件下，如处理工艺5；对于处理工艺3而言，经过了NaOH活化后，纤维活性增加，试剂可及性增强，因此在进入溶解体系后，纤维素纤维会发生部分溶解，非结晶区增加，相对而言，纤维结晶区下降。同时，测试了采用处理工艺3的棉纤维的结晶度，实验表明结晶度由72.13%上升到了79.62%，这是由于棉纤维的高分子质量使试剂进入纤维内部难度增大，由于试剂对于非结晶区的破坏，相对结晶区增大，结晶度增加。大麻纤维结晶度的微小减少和棉纤维结晶度增加，有利于织物拉伸性能的改善。

表4 不同处理工艺大麻纤维的2θ位置和结晶度

2.3 织物拉伸性能测试

表5示出2种织物的断裂伸长率和断裂强力。从表中可看出，经过不同手段处理后，织物的断裂伸长率均得到了不同程度的增加，其中2种经过碱处理后织物的变化尤为明显。这是因为织物在处理过程中逐渐吸收试剂，发生溶胀，随着时间和温度的增加，可能会发生皱缩，纤维素纤维在碱液中表现的尤为明显，这种状态会在织物整理后保持下来。因此，在织物拉伸过程中，先是纱线受力，然后单纤维在拉伸力作用下逐渐伸直，同时伴随着纤维间的摩擦，产生一定的位移，纤维的断裂伸长增大，最终导致织物断裂伸长的增加。

表5 不同处理工艺织物的断裂强力与伸长率

从表中还可以看出，织物经过不同的处理工艺后，织物的断裂强力变化不大，但经工艺2、3处理后，织物拉伸强力提高，这是由于织物在微溶解体系中，碱缩使得纱线结构变紧密，其次大麻与棉纤维会在碱液、热水中发生部分的分束，增加纱线在单位面积内的承载力的个数，从而使得织物的强力会有一定程度的提高。最后，纤维中半纤维素、木质素的部分去除，提高了纤维的结晶度，构成纱线主体的纤维结构性能提高，纱线强力提高，织物的断裂强度增加[13]。

其中，36 tex的大麻/棉混纺织物，拉伸断裂强力高于28 tex大麻/棉混纺织物，是由于纱线线密度大，纱线断裂强力高，从而织物的断裂强力也提高。

3 结 论

1)大麻纤维经预处理、微溶解后，主要基团没有发生明显的变化，红外、X射线衍射波峰的变化说明半纤维素、木质素得到了部分的去除，大麻纤维在溶解体系中是非衍生化的直接溶解。

2)大麻纤维经预处理、微溶解后，除经过碱处理的纤维结晶度有所减小外，其他并无大的变化；同时，经过工艺3处理后，棉纤维结晶度增加，棉纤维结晶度的增加与大麻纤维结晶度的降低对于大麻织物性能有一定影响。

3)大麻/棉混纺织物经预处理和微溶解后，织物的拉伸性能均有所提高。其中，经NaOH活化预处理和LiCl/DMAc微溶解后，织物拉伸性能提高最大，36 tex的大麻/棉混纺织物拉伸断裂强力提高44.5%。

FZXB

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Influence of micro-dissolution treatment on tensile properties of hemp/cotton blended fabric

ZHONG Zhili， LIAO Zhendong， ZHANG Hongjie

(CollegeofTextile,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China)

In order to discuss the influence of different micro-dissolution methods and activation on the tensile properties of hemp/cotton blended fabric, fabrics and hemp fibers were subjected to pretreatment and LiCl/DMAc micro-dissolution. LiCl/DMAc is a kind of green cellulose solvent system with good stability, and the process of the micro-dissolution was LiCl/DMAc solvent of 10% and temperature of 65 ℃. Fibers were analyzed with FT-IR and XRD methods, and the tensile properties of fabrics were tested by Instron. The result shows that after hemp fibers were subjected to pretreatment and micro-dissolution treatment, the main groups have no obvious changes, and cellulose derivative reaction has not been found during micro-dissolution. The elongation at break and the breaking strength of fabrics subjected to different micro-dissolution processing systems increase by different degrees. After alkali activation and LiCl/DMAc micro-dissolution, the tensile properties of fabric are improved, and the breaking strength is improved by 44.5%.

hemp/cotton blended fabric; LiCl/DMAc; hemp fiber; tensile property

10.13475/j.fzxb.20140902705

2014-09-18

2015-06-24

钟智丽(1962—)，女，教授，博士。主要研究方向为纤维新材料、产业用纺织品、纺织复合材料。E-mail:zhongzhili@tjpu.edu.cn。

TS 106.5

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