DMSO/TEAC对苎麻纤维柔软处理探究

熊亚，张斌，2*，郁崇文，2，李梦珍，吕陈

（1.东华大学纺织学院，上海201620；2.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海201620）

DMSO/TEAC对苎麻纤维柔软处理探究

熊亚1，张斌1，2*，郁崇文1，2，李梦珍1，吕陈1

（1.东华大学纺织学院，上海201620；2.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海201620）

为了改善苎麻纤维结晶度大、柔软性差的缺陷，本文选用二甲基亚砜（DMSO）/四乙基氯化铵（TEAC）体系对苎麻纤维进行处理。研究了处理温度和时间以及DMSO和TEAC质量分数等因素对苎麻纤维性能的影响，结果表明：随着处理温度、处理时间以及DMSO、TEAC质量分数的增加，苎麻纤维的断裂强度都呈下降趋势；断裂伸长率除了随着DMSO质量分数增加而逐渐增加之外，其他都呈先增加后减少的趋势；断裂回转数除了随着TEAC质量分数增加而先快速增加后几乎不变之外，其他都呈现先增加后减少的趋势。处理较佳的工艺为：温度60℃，时间30 min，DMSO的质量分数30%，TEAC的质量分数4%。

苎麻纤维；DMSO；TEAC；柔软性能

苎麻（Boehmeria nivea L.）织物具有凉爽、透气、吸湿排汗以及抗菌防蛀的优点，是一种较好的服用材料，由于苎麻纤维结晶度大、大分子的取向度高，纤维粗硬，伸长较小，导致苎麻纤维的柔软性能差，织物手感较硬，穿着刺痒［1，2］。传统处理方法中烧碱［3，4］处理、液氨处理［5］以及乙二胺/尿素/水混合液处理［6］，虽可改善苎麻的柔软性能，但同时也存在一系列问题，如纤维柔软性能改善有限，手感较差，烧碱处理的碱消耗量大，耗能，耗水，不适应当前清洁生产的发展需求。新型方法如N－甲基吗啉－N－氧化物（NMMO），无毒、无污染，处理效果较好，但NMMO价格较高，导致生产成本高，难以工业化推广［7］。离子液体也可用于苎麻纤维的处理，可改善苎麻纤维的柔软性以及手感［8］，但是离子液体对纤维强力损伤比较严重［9］，且离子液体价格较贵，成本较高。因此寻找高效、操作方便、成本低、污染小的化学试剂十分必要。

二甲基亚砜（DMSO）渗透能力强，能进入纤维素纤维内部，破坏纤维素分子间的氢键，溶解纤维素纤维［10］。四乙基氯化铵（TEAC）中四乙基氨基离子（TEA＋）可增强氯离子的活性，使得氯离子可以有效地破坏纤维素的氢键结构［11］。兰嫒等［12］研究DMSO对纤维素在咪唑型离子液体中溶解性能的影响中指出，DMSO会对纤维素的非晶及半晶区产生破坏，使得纤维结晶度下降。翟姝瑾、陈健强［13］研究麦草在DMSO和TEAC混合液体中溶解性能时，发现DMSO的硫氧双键可以与纤维素的羟基形成氢键，从而破坏苎麻纤维大分子间的部分氢键，减小了分子内聚力，导致麦草中纤维素溶解，并指出TEA＋可与纤维素羟基的氧原子发生作用，从而破坏纤维素的氢键结构［14］，而且TEA＋作为大体积的阳离子基团，具有类似离子液体阳离子基团的性质［15］，不仅本身可以更有效地破坏纤维素的氢键结构，而且有助于DMSO对麦草的作用。苎麻主要成分也是纤维素，DMSO/TEAC是否可以用于苎麻纤维溶胀处理，至今相关研究甚少。本文为改善苎麻纤维的柔软性能，将DMSO/TEAC用于苎麻精干麻溶胀降晶处理，研究一些因素对处理效果的影响。

1 试验

1.1 主要试验材料及仪器设备

试验所用苎麻纤维（二煮一漂法脱胶），由湖南井竹麻业有限公司提供，其性能指标如表1所示。试验所用主要试剂为二甲基亚砜（DMSO），分析纯，上海凌峰制药公司；四乙基氯化铵（TEAC），分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。主要仪器设备有SHZ－88A往复式水浴恒温振荡器，XQ－2型单纤维强伸仪，Y171B（刀口宽度为40 mm）型中段切断器，JN－B型精密扭力天平，Y331N＋型电子单纱捻度仪。

表1 苎麻精干麻性能指标和数值Tab.1 The property of untreated ramie fibers

1.2 试验方法

1.2.1 苎麻纤维的处理

随机选取一定质量的苎麻纤维，烘干至恒重，待用。将纤维置于浴比1∶20的一定浓度的试剂中，水浴升温至一定温度，处理一定时间后，取出苎麻纤维，充分水洗，烘干。

1.2.2 线密度的测试

将处理后的苎麻纤维在65（±2）%RH、20（±1）℃的恒温恒湿室中回潮48 h，然后参照GB/T 5884－1986《苎麻纤维支数试验方法》［16］以及GB/T 5881－1986《苎麻理化性能试验取样方法》［17］对苎麻纤维的线密度进行测试。利用中段切断法测试处理后苎麻纤维的线密度，将纤维用钢梳梳理整齐平行，在Y171B型（刀口宽度40 mm）切断器上切断，在HG214－JN－B型扭力天平上称量束纤维的质量，且将其换算成公定质量m，并计数其根数n，按下式计算纤维线密度：

式中：Nt—麻纤维的线密度，（tex）

m—束纤维的公定质量，（g）

n—束纤维的根数，（根）

1.2.3 断裂强力和断裂伸长率的测试

将处理后的苎麻纤维在65（±2）%RH、20（±1）℃的恒温恒湿室中回潮48 h，然后参照GB/T 5886－1986《苎麻单纤维断裂强度试验方法》［18］以及GB/T 5881－1986《苎麻理化性能试验取样方法》［17］对苎麻纤维纤维的断裂强力以及断裂伸长率进行测试。处理后的苎麻纤维在XQ－2型电子单纤强力仪上测试断裂强力以及断裂伸长率，预加张力为0.3 cN，夹持距离为20 mm，拉伸速度为20 mm/min。每个试样测试200根纤维，取其平均值。

1.2.4 柔软性能的测试

由于目前暂无针对苎麻纤维柔软性能测试的方法，因此参照GB/T 12411.4－90《黄、洋（红）麻纤维柔软度试验方法—捻度计试验法》［19］以及GB/T 5881－1986《苎麻理化性能试验取样方法》［17］对苎麻纤维的柔软性能进行测试，测试前将纤维在65（±2）%RH、20（±1）℃的恒温恒湿室中回潮48 h。处理后的苎麻纤维在Y331N＋型电子纱线捻度仪上测试柔软性能，样品夹持长度为100 mm，转速为1000 r/min，预加张力为1.0 cN，一次退捻加捻，记录纤维直至回转断裂时的回转数。每个试样测试200根纤维，取其平均值。

2 结果与讨论

2.1 温度对处理效果的影响

不同温度下，将苎麻纤维置于质量分数为30%DMSO/4%TEAC的混合溶液中处理40 min，然后测试其性能。处理后，纤维的断裂回转数以及断裂强度和断裂伸长率随温度的变化分别如图1和图2所示。

图1 不同温度下纤维的柔软性能Fig.1 The softness of ramie fibers with different temperatures

图2 不同温度下断裂强度和断裂伸长率的变化Fig.2 The variations of breaking tenacity and breaking elongation with different temperatures

图1可知，在温度低于60℃时，随着温度升高，苎麻纤维的断裂回转数增加；当温度超过60℃时，随着温度升高，苎麻纤维的断裂回转数减少，但均明显高于未处理苎麻纤维的断裂回转数279次。温度升高，DMSO、TEAC分子运动加剧，进入纤维素大分子内部的分子数增多，纤维素大分子间被破坏的氢键增多，晶区减少，无定形区比例增大，苎麻纤维的断裂回转数增加，纤维的柔软性能得到改善。当温度超过60℃时，可破坏的纤维素大分子间的氢键越来越少，破坏难度越来越大；另外，温度升高，试剂对纤维的损伤也越来越大，试验中部分纤维表面出现沟槽甚至脱落，使得纤维扭转刚度下降，断裂回转数逐渐下降，所以60℃时纤维的柔软性能较好。

由图2可知，随着温度升高，纤维的断裂强度呈下降趋势，而断裂伸长率呈先增加后小幅度下降的趋势，但总体都比未处理的纤维断裂伸长率大。当温度升高后，DMSO、TEAC的分子运动加剧，破坏纤维素大分子间的氢键逐渐增多，纤维受到的损伤渐增，所以纤维断裂强度逐渐下降。对于断裂伸长率而言，随着温度升高，纤维素大分子间的氢键被部分破坏后，纤维素的刚度变小，延伸性变好，从而断裂伸长率增加，但随着温度升高，纤维损伤增大且逐渐占主导作用，使得纤维断裂伸长率有减少的趋势。

综合考虑纤维的断裂强度、断裂伸长率和断裂回转数等指标，60℃下纤维处理效果较好。该温度下，纤维断裂强度为6.23 cN·dtex－1，断裂伸长率为3.25%，断裂回转数为478次。与未处理的苎麻相比，断裂强度下降了20.13%，而断裂伸长率和断裂回转数分别增加了30.0%和71. 33%。

2.2 时间对处理效果的影响

60℃下，将苎麻纤维置于质量分数为30%DMSO/4%TEAC的混合溶液中处理不同时间，然后测试其性能。处理后，纤维的断裂回转数以及断裂强度和断裂伸长率随时间的变化分别如图3和图4所示。

图3 不同处理时间下纤维的柔软性能Fig.3 The softness of ramie fibers with different treating time

图4 不同时间下断裂强度和断裂伸长率的变化Fig.4 The variations of breaking tenacity and breaking elongation with different treating time

由图3可知，前30 min内，纤维的断裂回转数随着时间增加而增加，柔软性能得到明显改善；30 min后，纤维的断裂回转数随着时间增加而下降，即柔软性能下降，但仍明显优于未处理的苎麻纤维。随着处理时间的增加，DMSO、TEAC分子有更多的时间进入纤维内部，作用于纤维的分子数增多，纤维素大分子间更多的氢键被破坏，断裂回转数增加，纤维的柔软性能得到明显提高。30 min后，进入纤维内部的分子数达到饱和，而纤维受到的损伤继续增大，所以纤维的断裂回转数降低，柔软性能呈下降趋势。

由图4可知，在前30 min内，随着时间增加，纤维断裂强度的下降和断裂伸长率的增加均较明显；30 min后，随着时间增加，纤维断裂强度依然呈下降趋势，断裂伸长率基本也呈缓慢下降趋势。时间增加，使更多的DMSO、TEAC分子进入纤维内部，破坏纤维素大分子间氢键，故纤维断裂强度下降，断裂伸长率增加；30 min后，由于进入纤维内部的分子数达到饱和，故纤维断裂强度和断裂伸长率的变化较缓慢。

综合考虑纤维的断裂强度、断裂伸长率和断裂回转数等指标，处理时间选择30 min较适宜。该时间下，纤维断裂强度为6.20 cN·dtex－1，断裂伸长率和断裂回转数分别为3.34%和481次。与未处理的苎麻相比，断裂强度下降了20.51%，断裂伸长率和断裂回转数分别提高了33.6%和72.40%。

2.3 DMSO质量分数对处理效果的影响

60℃下，将苎麻纤维置于只有不同质量分数的DMSO溶液中处理30 min，然后测试其性能。处理后，纤维的断裂回转数以及断裂强度和断裂伸长率随DMSO质量分数的变化分别如图5和图6所示。

图5 不同DMSO质量分数下纤维的柔软性能Fig.5 The softness of ramie fiberswith differen mass percent of DMSO

图6 不同DMSO质量分数下断裂强度和断裂伸长率的变化Fig.6 The variations ofbreaking tenacity and breaking elongation with differentmass percent of DMSO

由图5可知，单独用DMSO处理苎麻纤维，随着DMSO质量分数的增加，纤维断裂回转数呈上升趋势，但当DMSO质量分数大于30%后，纤维断裂回转数有降低趋势。DMSO质量分数增加时，进入纤维内部的分子数增多，使得纤维素大分子间氢键被破坏的概率增大，晶区破坏后无定形区增加，纤维的扭转刚度降低，断裂回转数增加，柔软性能得到改善，但DMSO质量分数超过30%时，纤维强力损伤较明显，所以纤维断裂回转数呈降低趋势。

由图6可知，随着DMSO质量分数增加，纤维断裂强度下降，断裂伸长率增加。DMSO质量分数增加时，更多的DMSO分子进入到晶区内，破坏纤维素大分子间的氢键，结晶区减少，无定形区增加，以致纤维断裂强度下降，断裂伸长率增加。

综合考虑纤维的断裂强度、断裂伸长率和断裂回转数等指标，DMSO质量分数为30%较适宜。在该条件下，纤维断裂强度为6.96 cN·dtex－1，断裂伸长率和断裂回转数分别为2.8%和432次。与未处理的苎麻相比，断裂强度下降了10.77%，断裂伸长率和断裂回转数分别提高了12.0%和54.84%。

2.4 TEAC质量分数对处理效果的影响

30%DMSO溶液中加入不同质量分数的TEAC溶液，60℃下，将混合溶液分别处理苎麻纤维30 min，然后测试纤维性能。处理后，纤维的断裂回转数以及断裂强度和断裂伸长率随TEAC质量分数的变化分别如图7和图8所示。

图7 DMSO/TEAC体系中不同TEAC质量分数下纤维的柔软性能Fig.7 The softness of ramie fiberswith differen mass percent of TEAC in DMSO/TEAC solution

图8 DMSO/TEAC体系中不同TEAC质量分数下断裂强度和断裂伸长率的变化Fig.8 The variations of breaking tenacity and breaking elongation with differentmass percent of TEAC in DMSO/TEAC solution

由图7可知，在30%DMSO溶液中再加入不同质量分数TEAC，随着TEAC用量的增加，纤维断裂回转数增加明显，在4%后，纤维断裂回转数趋于平衡。在加入少量TEAC时，由于DMSO使纤维分子间的距离增大，使得TEAC能快速进入纤维素分子内，进而破坏分子内部的氢键，从而断裂回转数明显增加；在质量分数大于4%时，进入纤维内部的TEAC分子达到饱和，使得TEAC的作用效果增加不再明显，纤维的断裂回转数变化不大。但与只加30%DMSO相比，加入4%TEAC后，能够明显提高纤维断裂回转数，纤维的柔软性能得到明显改善。

由图8可知，随着TEAC质量分数的增加，纤维断裂强度下降，断裂伸长率呈先增加后减少的趋势。TEAC质量分数增加后，更多的TEAC分子进入到晶区内，破坏纤维素大分子间氢键，结晶区减少，无定形区增加，以致纤维断裂强度下降，断裂伸长率增加，但当纤维强力损失较大时，纤维更易断裂，使得伸长率反而有所下降。

综合考虑纤维的断裂强度、断裂伸长率和断裂回转数等指标，DMSO的质量分数为30%，TEAC的质量分数为4%较适宜。在该条件下，纤维断裂强度为6.45 cN·dtex－1，断裂伸长率和断裂回转数分别为3.32%和482次。与只加30%DMSO相比，虽然断裂强度下降7.33%，但是断裂伸长率和断裂回转数分别提高了18.57%和11.57%，可见加入4%TEAC就可获得明显效果。且与未处理的精干麻相比，断裂强度下降了17.31%，断裂伸长率和断裂回转数分别提高了32.8%和72. 76%，处理效果较显著。

3 结论

（1）随着处理温度、处理时间以及DMSO、TEAC质量分数的增加，苎麻纤维的断裂强度均呈下降趋势；断裂伸长率除了随着DMSO质量分数增加而逐渐增加之外，其他都是呈现先增加后减少的趋势；断裂回转数除了随着TEAC质量分数增加而先快速增加后几乎不变之外，其他都呈现先增加后减少的趋势。

（2）DMSO/TEAC处理苎麻纤维的较佳工艺为：温度60℃，处理时间30 min，DMSO质量分数30%，TEAC质量分数4%。在该条件下，纤维断裂强度为6.45 cN·dtex－1，断裂伸长率和断裂回转数分别为3.32%和482次。与未处理的苎麻相比，断裂强度下降了17.31%，断裂伸长率和断裂回转数分别提高了32.8%和72.76%，处理的效果较显著。

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The Softening Property of Ram ie Fiber Treated by DMSO/TEAC

XIONG Ya1，ZHANG Bin1，2*，YU Chongwen1，2，LIMengzhen1，LU Chen1
（1.College of Textiles，Donghua University，Shanghai201620，China；2.Key Laboratory of Textile Science And Technology Ministry of Education，Donghua University，Shanghai201620，China）

In order to reduce the crystallinity and improve softening property of ramie fibers，dimethyl sulfoxide（DMSO）and tetraethyl ammonium chloride（TEAC）were used to treat ramie fibers in this paper.The effects of temperature，time，themass percent of DMSO and TEAC on the properties of ramie fiber were studied，and conclusions had been drawn as following：The breaking tenacity of ramie fibers was descending with the increasing of temperature，time and themass percent of DMSO and TEAC；the breaking elongation of ramie fibers increased with the increasing of themass percent of DMSO，while it increased firstly and then decreased with the increasing of other factors；the breaking rotation number of ramie fiberswas in a quick uptrend and then keep stable with the mass percent of TEAC，while it increased firstly and then decreased with the increasing of the other factors；the optimum conditions were under 60℃temperature，30 minutes long and 30%DMSO and 4%TEAC concentration.

ramie fibers；DMSO；TEAC；softening property

TS102.2

：A

1671－3532（2017）01－0045－06

2016－09－12

基金来源：国家麻类产业技术体系（CARS－19－E25）

熊亚（1990－），女，硕士研究生，研究方向为纤维改性与处理。E－mail：13122127620＠163.com

张斌（1972－），男，副教授，主要从事纺织加工化学、材料性能改良。E－mail：zhangbin＠dhu.edu.cn