竹浆纤维红外光谱分析及再生纤维素纤维市场简析*

范文超

（1.长春教育学院理化生系,长春 136000； 2.长春建筑学院基础教学部，长春 136000）

随着经济的发展，民众消费习惯的改变直接催生了对于产品适应性进行技术创新的动能，竹纤维产品在纺织行业中的大量应用，说明在环保理念的推动下，民众对生态功能性纤维的基本需求不断增长。从生产加工工艺来看，竹纤维是一种纯天然的纤维材料，它是继麻纤维在纺织生产中大量使用之后，又一个具有较强产品及市场适应性的功能性纤维材料。由于竹纤维有很强的除臭性和抗菌性，因此在家用纺织品，特别是床上用品的使用过程中受到关注[1]。

1 竹纤维红外光谱

竹纤维的直径通常为0.03～0.18 mm，其长度为10～40 mm[2]。由于质量特殊性，其含水率≤15%[3]。在物理特征相对较为稳固的情况下，与其它纤维材料相比，瞬间吸水性和独特的透气性使其能够较为灵活地适应多种行业及产品的需求。特别是在消费者对于“绿色消费”愈发认同的环境氛围促进下，这种被誉为“会呼吸的面料”已成为家用纺织品中不可或缺的重要原材料之一[4]。

1.1 竹纤维红外光谱

由于竹纤维的环保特性突出，因此在现阶段的终端消费市场上，以竹纤维为原材料的制品受到消费者的喜爱。但因其加工工艺之间存在着较为明显的差异，竹原纤维和竹浆纤维紫外线抗阻能力经过实验室有效对比之后，其数值存在明显差异（如图1所示）。

图1相关数据表明，竹原纤维对于紫外线的阻挡能力优于竹浆纤维，这主要是因为竹原纤维中存在苯环，可有效吸收紫外线，从而最终形成电子跃迁效应。

图1 竹纤维红外光谱图Fig.1 Infrared spectrogram of bamboo fiber

1.2 红外光谱差异性

紫外光谱和红外光谱虽然都同属光谱，但其本质上存在差异，这主要是因为二者生产机制不同，紫外光谱是因为分子内的价电子跃迁而产生。红外光谱是分子中的化学键或官能团振动而产生。不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上处于不同位置，从而获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。至于定性定量，二者都可以。

2 碱溶液处理竹浆纤维红外光谱分析

就目前市场发展前景来看，竹纤维的实际应用渠道越来越广，为了能够确保其工艺及品质，借助不同的介质对其进行有效分析，能够进一步拓展其市场应用价值，催生出更多的商业价值与社会效应。

相关技术人员通过研究提出粘胶纤维—OH较竹浆纤维活泼性大，竹浆纤维在3 450 ～3 250 cm-1处的—OH吸收比粘胶纤维弱，这是鉴别这两种纤维的有效手段之一[5]。根据亚麻和竹原纤维分子结构中—CH、—CH2、—CH3个数(聚合度)的差异[6]，发现红外光谱图在2 900 cm-1和2 850 cm-1处存在较为明显的差异[7]，利用此光谱图可以定性鉴别亚麻和竹原纤维。尽管红外光谱的主要原理是特定的化学键会吸收一定波长的红外光，在光谱上留下吸收峰，因此其主要侧重于检测特定的化学键，进而检测化合物中是否有某特殊官能团。对于小分子的有机分子，做红外成分分析过程相对复杂，但其结果能比较客观地反应真实信息。

某大学将复合纤维生产制作工艺进行优化，与生物质石墨烯复合后的内暖纤维，强化了粘胶纤维固有的吸湿性、透气性，织品光洁柔软，手感滑爽，不易褪色；同时，较好地体现了生物质石墨烯的功效，最明显的是增强了体温远红外功效，即在20～35 ℃低温状态下，对6～14 μm波长远红外光吸收率达88%以上[8]。内暖纤维织品强大的体温远红外功能，改善身体微循环。

图2 在纤维原料中的红外光谱波数分析Fig.2 Infrared spectral wavenumber analysis in fiber raw materials

在该过程中需要注意，在近红外光谱分析中，平滑处理是最常用的消除光谱噪声的方法。平滑处理的数学方法很多，如傅立叶变换（FFT）、奇异值分解（SVD）、卷积平滑方法、卡尔曼滤波等。在近红外光谱分析领域中，小波变换主要用于去噪、数据压缩、模型传递以及背景的扣除（如图2所示）。

在进行红外光谱分析的过程中，原子发射谱和原子吸收谱不属于荧光光谱范畴。在光照（激发光）的作用下，荧光分子从基态跃迁到激发态，在从激发态返回到基态的过程中，有可能会发射光子而发光（发射光）[9]，如果激发态到基态的跃迁过程是自旋允许的称为荧光，自旋禁阻的称为磷光。发射光谱是固定激发波的波长，测定发射光强度与波长（有时候也测波数或者频率等）的关系，通俗地说，发射光谱测定的是发射光的颜色。激发光谱是固定发射光的波长，测量激发光的波长与荧光强度之间的关系。如从发射光谱知道某分子最大发射波长为500 nm，想得知哪个波长的激发光照射该分子，可获得最大的发射强度，可以通过测定激发光谱来实现。一般情况下，最大激发波长小于最大发射波长。另外，由于红外光谱是分子振动光谱，所以万变不离其宗，红外光谱测试无机物和有机物是一样的，都是研究在振动中伴随有偶极矩变化的基团。常见无机物主要包括H2O, CO[10], 氧化物，无机盐中的阴离子，配位化合物等。对于无机盐而言，阳离子类型不同会影响到其阴离子的振动频率。例如，对于无水碱性氢氧化物而言，OH—的伸缩振动频率都在3 550～3 720 cm-1范围内[11]。其中，KOH为3 678 cm-1，NaOH在3 637 cm-1, Mg(OH)2为3 698 cm-1，Ca(OH)2为3 644 cm-1。

3 再生纤维素纤维市场简析

再生纤维素纤维是以天然纤维素（棉、麻、竹子、树、灌木）为原料，经过特殊制作与提取工艺，并没有改变其基础的化学结构，仅从物理结构层面对部分材料的适应性进行更为精细地优化和调整[12]，使其能够在提升其柔韧性和透气性上更符合纺织产品的再生产、再加工需求。简单的说，就是从天然的原材质中，通过人工技术，提取出纤维素，再进行纺丝，属于人造纤维，但不属于化学纤维。

3.1 供需产能基本保持平衡

再生纤维素纤维和棉的成分基本一致，通过工艺手段提取了木等植物中的纤维素，再抽丝制成。由于结构更松散，所以吸湿性，透气性，染色都优于棉花。适合做贴身服装，不刺激皮肤，没有静电，且透气性好。跟棉花相比，某些纤维素纤维可以天然抑菌。缺点在于，强度比棉花差，但可通过织造等工艺进行改善。

经过优化和升级之后的纤维素纤维，染色亮丽，穿着舒适，同时又具有麻织物的特性。可生产用于休闲裤、衬衫、牛仔、西装等的织机面料，用于内衣、T恤、袜子等的针织面料，以及医疗卫生用的无纺布等。

3.2 粘胶短纤盈利能力稳定

经改良后的粘胶纤维，是一种天然材质，由天然植物纤维分子重塑而来，准确的应该称之为人造纤维或者再生纤维素纤维[13]，而化纤指的是涤纶、尼龙、腈纶等这类由石油化工技术提取的纤维[14]。粘胶纤维与化纤有本质差别[15]。与粘胶纤维同类得还有天丝、莫代尔、竹纤维等，虽然他们的特性各有不同，但都是从天然材质中提取出纤维素进行纺丝而成，例如竹纤维就是利用竹子纤维素提取，不过竹纤维目前的问题在于其工艺及性能的不稳定性。回到问题所说的粘胶纤维，粘胶纤维在衣服洗标上面标注的名字，来源于德文VISCOSE的直译[16]。VISCOSE实际代表的是在粘胶纤维提取植物纤维素的工艺中，产生的像蜂蜜一样的胶状物质，因此称之为“粘胶”。在业内，粘胶纤维更常见的名字叫做纤维素纤维[17-22]。

图3 粘胶短纤毛利分析Fig.3 Gross margin analysis of viscose staple fiber

纤维素纤维源于自然，也可以完全在自然中生物降解。相比于腈纶、聚酯纤维、尼龙这些基于石油合成纤维面料在丢弃后对造成环境负荷的伤害小得多。纤维素纤维中的木纤维完全源自于树木，只要生产企业管理好树种林区，完全可以比棉花的种植更加节水节地。另外，相对于纯棉，纤维素纤维比较容易染色，纤维素纤维的面料通常比纯棉色彩更加鲜艳生动，由于柔软亲肤的特性，所以市面上一般用在内衣、婴儿服饰上。在家纺市场，纤维素纤维生产的面料是一些高端床单、高端毛巾的选择。同时也一般是婴儿湿巾、美容面膜、医用敷料和其他一次性卫生产品的基础材料。

然而，由于受到中美贸易摩擦等客观原因的影响，自2018年以来，下游整体消费疲软（如图3所示），从纱线到坯布再到家纺等终端产品，整条产业链都处于累库存状态，部分地区一些中小型棉纺厂棉纱库存普遍已经超过1个月，最多的长达3个月[23-30]。虽然中美贸易市场持乐观态度，但是形势严峻，为解决现状，有些企业采取限产措施，以此来减少库存，由于资金流困难，部分小厂选择停产检修[31-37]。结合这些分析来进行系统化地研判可以发现，粘胶短纤维企业的开工阶段率已经明显受到中美贸易摩擦的影响，从而呈现下滑趋势，在未来一段时间内，这种供需失衡的状态大约还会导致粘胶短纤维企业的正常生产经营秩序会继续受到冲击，企业的生产效率大致会持续维持在满负荷运转状态的七成左右，不过由于前期各企业对于市场前景都做出了比较正确的预估，预计粘胶市场整体维稳，短期内价格不会有大的波动[38-40]。

4 结语

竹纤维材料的开发与利用，为纺织行业实现“低碳生产”提供新思路，也符合消费者基于环保理念下对于纺织类产品性能的基本需求。本文通过介绍竹纤维红外光谱及碱溶液处理竹浆纤维红外光谱[41-45]，对再生纤维素在供需产能平衡及其对粘胶短纤盈利的影响进行分析，并对再生纤维素的市场化应用及前景进行了展望，以期能为竹纤维、竹浆纤维的开发利用提供参考。