胡麻纤维卫生用非织造材料的制备及性能研究

2022-01-09李宛鑫石大为

轻纺工业与技术 2021年12期

丁琛，李白，李宛鑫，石大为

（内蒙古工业大学轻工与纺织学院，内蒙古呼和浩特 010080）

近年来，我国非织造产业发展活跃，产业结构不断调整，产品不断创新[1]。就目前情况来看，国民经济诸多领域已经涉及产业用非织造品，很多产品直接用于民众的生活中，例如：成人纸尿裤、婴儿尿不湿、化妆棉等。这些产品是一次性个人卫生用品，即用弃品，因而消耗量大。当下，我国正处于人口老龄化时期，老年人的护理需求逐渐增加；同时我国开放三胎政策，婴幼儿纸尿裤的销量必定增长。随着人们生活水平的提高，人们对产品的等级、性能、环保问题有着越来越高的要求和需求，因此天然纤维开始受到青睐[2-3]。

胡麻是一种油料和纤维兼用的亚麻品种，广泛种植于我国的内蒙古、甘肃、山西等地区，人们历来只收取胡麻籽，其秸秆被当做废弃物燃烧，不仅污染环境，还浪费大量的资源[4-5]。胡麻纤维是从韧皮处分离出来的一种纤维，它具有吸湿、透气、抗过敏等许多优良特性[6-7]，是纺织、医疗、卫生、建材等领域不可多得的天然原料，但脱胶工艺使胡麻纤维的发展受到限制。

为将胡麻纤维更好地应用于卫生行业，本研究采用NaOH 和NaHSO3溶液对胡麻原茎进行预浸处理。探究预浸过程中不同浓度的溶液对胡麻原茎脱胶率的影响，通过单纤维电子强力仪和电脑测色配色系统分析脱胶后胡麻纤维的性能变化。将提取出的胡麻纤维梳理铺网、针刺成型，探究其非织造的面密度、透气性和吸水率。

1 实验

1.1 实验材料

胡麻，产自内蒙古自治区乌兰察布察右中旗的胡麻田；果胶酶，山东隆科特酶制剂有限公司产；柠檬酸、柠檬酸钠，天津市盛奥化学试剂有限公司产；NaOH、NaHSO3，天津市风船化学试剂有限公司产。

1.2 实验仪器

HH-6 型恒温水浴锅，金坛市友联仪器研究所产；ESJI20-4B 型电子分析天平，沈阳龙腾电子有限公司产；DGF-4AB 型高温烘箱，天津泰斯特仪器有限公司产；YG（B）008E 型单纤维电子强力仪，温州市大荣纺织标准仪器厂产；CM-3600A 型电脑测色配色系统，柯尼卡美能达（中国）投资有限公司产；YG（B）461 型数字式织物透气仪，温州市大荣纺织仪器有限公司产。

1.3 胡麻脱胶工艺

1.3.1 胡麻原茎预处理

将胡麻原茎剪至5cm 左右，经过碾压处理，用蒸馏水冲洗干净，烘干。

1.3.2 胡麻预浸处理

称取10g 的胡麻纤维，浴比1:100，分别放在不同浓度的NaHSO3、NaOH 溶液中预浸24h，以蒸馏水预浸为对照。实验参数见表1～2。经过化学试剂预浸后的胡麻纤维用蒸馏水冲洗干净，烘干。

表1 胡麻预浸处理的实验参数（浸NaHSO3）

表2 胡麻预浸处理的实验参数（浸NaOH）

1.3.3 胡麻脱胶流程

取样→胡麻原茎预处理→胡麻预浸→煮沸（100℃，35min）→打纤→生物脱胶（果胶酶5 万U/mol，质量浓度5g/L，温度50℃，pH4.6，浴比1:30，时间36h）→水洗→烘干。

1.4 胡麻针刺非织造材料的制备

非织造材料的制备包括开松、梳理、铺网、针刺，其针刺过程使用的是自制的针刺板。

针刺加固后得到的样品手感柔和，为了防止纤维脱落，且保证接触面符合卫生用标准，采用医用纱布片包裹在胡麻非织造布的表面，并通过缝纫机对非织造布的边缘进行缝合包裹，不让其松散。如图1 所示。

图1 成型的胡麻非织造材料

1.5 测试与表征

1.5.1 脱胶率测试

按照GB 5889—1986《苎麻化学成分定量分析法》进行取样及测定，将胡麻原茎放置称量瓶中并放于烘箱，烘至恒重，取出后迅速放于干燥器中冷却称其重量，为L0；然后将预浸后的胡麻放置称量瓶中，烘至恒重，取出后迅速放于干燥器中冷却称其重量，为L1。脱胶率按照公式（1）计算：

式中：L 为脱胶率，%；L0为原胡麻质量，g；L1为胡麻预浸后的质量，g。

1.5.2 断裂强力测试

胡麻原茎经过脱胶流程后，采用手工剥离的方式将纤维与秸秆分开，通过YG（B）008E 型单纤维电子强力仪测试胡麻纤维的断裂强力，夹持距离为10mm，下降速度为20mm/min。每个试样做6 次平行测试。

1.5.3 黄度测试

将胡麻纤维平铺梳理成平行厚度均匀、不透光的纤维层，得到实验样本，选5 个不同的点取平均值。

1.5.4 面密度测试

按照GB/T 24218.1-2009 《单位面积质量的测定》进行取样和测定。每个试样使用电子天平称量3 次，得到其面密度平均值。

1.5.5 透气性测试

按照GB/T 24218.15-2018《透气性的测定》进行取样和测定。用YG（B）461 型数字式织物透气仪测试胡麻纤维针刺非织造材料的透气性。

1.5.6 吸水率测试

试样尺寸为14cm×11cm，放入烘箱中烘至恒重，取出称量非织造的重量，记为G0；然后将试样放入装满水的容器中，等试样充分渗入后，取出试样并垂直悬挂，直到没有渗水为止，立即称其质量，记为G1。吸水率按照公式（2）计算：

式中：W 为吸水率，%；G0为试样的原重量，g；G1为试样饱含水分的重量，g。

2 结果与分析

2.1 化学溶液预浸对胡麻原茎脱胶率的影响

胡麻原茎的脱胶率如图2，由图2 可知，不同的化学溶液对胡麻原茎的脱胶率存在着较大的差异，其中NaHSO3最高的脱胶率为6.95 %，而NaOH 最高的脱胶为13.47%。由此可见，选择NaOH 溶液处理胡麻原茎的效果远比NaHSO3好。

图2（a）为NaHSO3预浸浓度对胡麻原茎脱胶率的影响。随着NaHSO3浓度的升高，胡麻原茎的脱胶率呈现先降后升的趋势，但脱胶率普遍偏低，与对照组相当。这反映NaHSO3溶液水解胡麻胶质的效果不好。

图2（b）为NaOH 预浸浓度对胡麻原茎脱胶率的影响。从图中可以观察出，经NaOH 预浸后胡麻原茎的脱胶率均高于对照组。这说明NaOH 溶液使胡麻原茎胶质层受到破坏，溶解一部分果胶，使得果胶酶更易渗透内部[8]。随着NaOH 浓度的升高，胡麻原茎的脱胶率与NaHSO3趋势是一致的，5# 和8# 组处理效果较好，脱胶率分别为12.37%和13.47%，这意味着低浓度和高浓度的NaOH 溶液均对胡麻原茎具有较好的脱胶效果。预浸时胡麻吸收溶液有限，当达到饱和后再提升NaOH 浓度，脱胶率就仅有略微的提高[9]。

图2 胡麻原茎的脱胶率:(a)NaHSO3 ;(b)NaOH

2.2 化学溶液预浸对胡麻纤维断裂强力的影响

预浸后的胡麻经36 h 的果胶酶脱胶，再通过手工剥离的方式获得胡麻纤维，采用单纤维电子强力仪测试胡麻纤维的断裂强力。

由图3（c）可知，经NaHSO3处理与未处理相比，纤维的断裂强力显著降低，这是因为NaHSO3溶液对果胶水解不活跃，经果胶酶脱胶后，胡麻纤维表面的果胶、脂蜡质被逐渐去除，所以纤维的断裂强度逐渐降低。由图3（d）可知，与未处理组相比，NaOH 处理组的断裂强力都有所下降。随着NaOH 浓度的升高，胡麻纤维的拉伸强度呈现先降后升的趋势。NaOH 溶液浓度较低时，纤维之间还存在果胶成纤维束状，纤维与纤维之间的抱合力较大，在拉伸的过程中不容易分离，从而造成力学性能较好的现象。NaOH 溶液浓度高时，胡麻原茎表面遭到损坏，减轻生物脱胶的负担，过度脱去果胶和半纤维素等物质，使纤维间大分子纤维素抱合力增大，断裂强度升高。