第一章 竹原纤维的制备技术
第一节 绪言
一、纺织纤维的分类
人们常说“衣、食、住、行”，这种排列虽有音韵之需，但也体现了“衣”之对人类的重要。“衣”大都离不开“纤维”，即“纺织纤维”。纺织纤维经过几千年的变革，现在已是种类繁多，但它们都必须具有一定的细度和弹性，足够的强度、柔韧性，相互间有抱合力以及化学性能稳定的特性。
纺织纤维主要分为以下几类：
（一）天然纤维
天然纤维是自然界存在和生长的且具有纺织价值的纤维，可分为植物纤维、动物纤维和矿物纤维。
1.植物纤维 植物纤维的主要组成物质是纤维素，又称天然纤维素纤维，是由植物上种子、果实、茎、叶等处获得的纤维。根据纤维在植物上生长的位置不同，又分为种子纤维（棉、木棉、椰子等），叶纤维（剑麻、蕉麻等）和茎纤维（可分为韧皮纤维如苎麻、亚麻、大麻、黄麻等及木质纤维如竹、香蕉等）。
2.动物纤维 动物纤维的主要组成物质是蛋白质，又称天然蛋白质纤维，可分为毛发（绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、兔毛、牦牛毛等）和腺分泌物（蚕丝、柞蚕丝）等。
3.矿物纤维 矿物纤维的主要成分是无机物，又称天然无机纤维，为无机金属硅酸盐类，如石棉纤维。
（二）化学纤维
化学纤维是以天然的或人工合成的高分子化合物为原料，经化学纺丝而制成的纤维。可分为人造纤维、合成纤维、无机纤维。
1.再生纤维 再生纤维又称人造纤维，是以纤维素、蛋白质等天然高分子物质为原料，经化学加工、纺丝、后处理而制成的纺织纤维。可分为再生纤维素纤维（粘胶纤维、富强纤维、铜氨纤维等）和再生蛋白质纤维（大豆纤维、花生纤维等）。
2.合成纤维 合成纤维是以人工合成的高分子化合物为原料，经纺丝加工制得的纤维。分为普通合成纤维（涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶等）和特种合成纤维（芳纶、氨纶、碳纤维等）。
3.无机纤维 无机纤维是以矿物质为原料制成的纤维，如玻璃纤维、金属纤维等。
二、新型植物纤维
由于人类对纤维的需求量不断增加，以及环保压力的推动，人们正在不断开发多种天然纤维。
（一）剑麻纤维
剑麻原产于墨西哥的龙加丹半岛，大多分布于南北纬30°间的美洲、非洲、亚洲、大洋洲及太平洋、印度洋的一些岛屿和热带、亚热带广大地区，主产国家有墨西哥、巴西、坦桑尼亚等国。我国剑麻栽培主要集中在广东、广西、福建及海南等地，云南、浙江、四川等地有少量试种。
剑麻叶的硬质纤维具有拉力强、耐海水浸、耐摩擦、富有弹性等特性，可作渔业、航海、工矿、运输用绳索、帆布、防水布等原料。加工后的粕渣可作造纸的原料。此外，生产过程中产生的短纤维（包括乱纤维），可制一般用的绳索、鞋垫、缰绳及手提袋等日常用品，也可用作家具的填充物，还可与塑料混合压成硬板，制成家具。叶汁通过发酵可产生沼气，还可提取糖及饲料干酵母，加工后的大量叶渣是良好的饲料，麻渣是优质的有机肥料。
剑麻纤维具有纤维长、色泽洁白、质地坚韧、拉力强、耐摩擦、耐酸碱、耐腐蚀、不易打滑等特点。广泛用于制作绳缆、钢丝绳芯、纱线、剑麻布、抛光轮、地毯、纸浆、建材和门垫及工艺品等各种产品。
（二）罗布麻纤维
罗布麻因罗布泊而得名。在中国淮河、秦岭、昆仑山以北各省及自治区都有罗布麻分布。罗布麻纤维属韧皮纤维，在已发现的野生纤维植物中，品质最优，是纺织、造纸的原料。但其纤维长度不一致，纺织时落麻率高，成纱率较低。
罗布麻纤维细度为0.3~0.4tex，长度与棉纤维相近，平均长度为20~25mm，但长度差异较大，差异幅度为10~40mm。但由于其表面光滑无卷曲，抱合力差，在纺织加工中容易散落，制成率低，且影响成纱质量。
（三）蕉麻纤维
蕉麻从叶柄中制取纤维，其重要性在叶纤维中居第二位。
蕉麻由于强度高、柔软、有浮力和抗海水侵蚀性好，主要用作船用的绳缆、钓鱼线、吊车绳索和渔网。有些蕉麻可用来制作地毯、桌垫和纸。内层纤维可不经纺线而制造出耐穿的细布，主要被当地人用来制作衣服和鞋帽。
（四）香蕉纤维
与棉和化纤相比，香蕉纤维不仅光泽好，而且具有很高的吸水性，用它织成的衣物穿着舒适、美观耐用。
由于香蕉纤维轻且有光泽，吸水性高，也可以制成窗帘、毛巾、床单等。香蕉纤维和棉纤维的混纺织物可织造牛仔服、网球服以及外套等，目前香蕉纤维的混纺率为30％，混纺纤维是49.2~84.3tex（7~12英支）的粗支纱，可进一步开发细支纱和100％香蕉纤维。香蕉纤维还可用于制造高强度纸和包装袋等。
（五）菠萝叶纤维
菠萝纤维是从菠萝叶片中提取的纤维，属于叶脉纤维。将菠萝叶脉去其两侧锐刺及胶质后，取出之纤维每根长度为80~100cm，直径仅为真丝直径的1/4。纤维质软，强度较低，无法满足纺纱的要求，因此以往只能将菠萝纤维与其他纤维混纺，可制成渔网、面料、纸张等。菠萝布质软、抗湿性强、颜色稍黄带有光泽。
近年来，纺织技术的进步对菠萝纤维的化学处理(脱胶和改性)已有相当的改善，对纺织加工的流程和技术也有一定的水平，已可成功地利用不同的纺纱技术流程纺制出菠萝叶纤维的纯纺纱与混纺纱。
（六）椰壳纤维
椰壳纤维是从椰子壳中提取的木质纤维。同植物纤维一样，它被列为硬质纤维，它的木质素含量最高，而木质素是一种天然聚合物。椰壳纤维比棉花的强度大，但柔软性较差，主要用于家具填料和垫子的填充物，也用来制作刷子、绳索和麻线。椰壳纤维的弹性和生物降解性还被用于土工布（如排水过滤器）、绝缘材料以及船只使用的嵌缝材料。涂胶椰壳纤维布用于汽车座椅和面板。
这种纤维可以从未成熟的青绿色椰壳或已成熟的棕色椰壳中提取。当椰壳在水中浸泡变软或腐烂后，便可通过手工或机械手段提取纤维，然后进行筛洗清理。一般来说，未成熟的绿色椰壳产出的是白色椰壳纤维，适合制造地毯。成熟的棕色椰壳产出的是棕色椰壳纤维，用于制作土工布、垫子、汽车座椅和各类刷子、麻线和纱线等产品。
（七）桑皮纤维
桑皮纤维作为一种新型天然纺织原料有着相当好的纤维性能，具有棉的一些特性，又兼备麻的一些优点。我国作为蚕丝出口大国，有着丰富的桑树资源，这为桑皮纤维的研究开发提供了极有利的条件。桑皮纤维的开发为纺织原料的拓展提供了一个极大的空间，肯定会产生一定的经济和社会效益。
（八）竹原纤维
竹原纤维属植物茎木质纤维。与其他天然纤维相比，竹原纤维有许多独特的优点。由于竹原纤维具有特别的结构形态，可以在瞬间吸收并传递水分，其吸汗、排汗、透气，导热性能是棉纤维的30多倍，被业界称为“会呼吸的纤维”。此外，竹原纤维还具有天然抑菌、除臭等许多优良的性能，根据国家纺织服装产品质量监督检验中心的检测，竹原纤维对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率都达到了99.5%以上。因此，竹原纤维将成为“21世纪的环保功能型绿色纤维”。
目前市面上所谓的竹纤维大部分是竹浆纤维，其制作加工过程基本与粘胶纤维相似，一般是将竹片制成浆，然后将浆制成浆粕，再湿法纺丝制成纤维，属于化学再生粘胶纤维。
国内消费者对市场上竹纤维产品概念还比较模糊，分不清竹浆纤维和竹原纤维，这给竹原纤维产品市场化过程带来严重的困扰。不过，在加拿大、美国、德国、日本等国家已经明文规定，竹浆纤维不能称作竹纤维，就像麻浆纤维不能称作麻纤维一样，而只能称作“竹粘胶纤维”或者称作“粘胶来自竹”。同样，竹炭纤维也不能称作竹纤维。
本书所述的竹原纤维是采用物理、化学或生化相结合的方法制取的天然纤维，是真正的竹纤维，是继棉、麻、毛、丝之后的第五大类天然纤维。
三、植物纤维原料的主要化学成分
植物纤维原料的主要化学成分为：纤维素、半纤维素和木质素，这三种成分占原料总质量的80%~95%。其中，纤维素、半纤维素属碳水化合物，常占原料质量的60%~90%。它们由植物吸收太阳能进行光合作用合成而成。
（一）木质素
木质素广泛存在于较高等的维管束植物（蕨类植物、裸子植物、被子植物）中。木质素是结构复杂、类型繁多的一类高聚物。它的主要单基有以下三类：
（1）对羟基苯基丙烷。
（2）愈疮木酚基丙烷(对羟基苯基丙烷上带有一个甲基酚基团，针叶木质素的主要成分)。
（3）紫丁香基丙烷(对羟基苯基丙烷上带有两个甲基酚基团，阔叶木质素的主要成分)。
木质素是由这些单基形成多支链的、聚合度比较高的三维立体结构的复杂高聚物。不同植物的木质素分子结构不同。
木质素本身是一种白色或接近无色的粉末。木质素从植物中分离出来时，随分离方法不同，带有灰黄至灰褐的颜色。一般情况下，木质素的密度约1.35~1.50g/cm3，折射率高达1.61，热值达26J/g，通常提取得到的木质素的重均分子量在2800~17800。木质素干燥状态的玻璃化转变温度随结构和相对分子质量不同而不同，一般在127~135℃，但它和一般天然纤维一样，在吸湿后，随回潮率的上升，玻璃化转变温度将大幅度下降。在空气温度20℃，相对湿度65%的条件下，玻璃化转变温度将比干燥时下降50~120℃，完全润湿时，玻璃化转变温度均在0℃左右。
木质素在植物中与纤维素伴生，在针叶木形成层中含23%~35%，在阔叶木形成层中含20%~25%，在单子叶禾木科植物茎中含15%~25%，在各种麻类韧皮中含5%~15%，在棉纤维和棉短绒中不含木质素。
（二）纤维素
纤维素是D-葡萄糖的线型高聚物。植物原料中，除棉纤维和木棉纤维中纤维素含量特别高外，其他韧皮、形成层(秆芯)等纤维素含量均在35%~55%，由其提取纤维素为主的物质用于纺织和造纸已有3000年甚至7000年的历史。近代已系统产业化，中国每年纸和纸板产量已近8000万吨，天然纤维和再生纤维加工量已近1300万吨，其主要成分是纤维素。
原生纤维素的提纯过程，历史上一般采用酶处理或化学处理，溶解、洗涤除去木质素、半纤维素、脂蜡质、果胶、部分灰分(金属氧化物)等方法完成。
（三）半纤维素
植物细胞中的纤维素和木质素是由聚糖混合物紧密地相互贯穿在一起的，此聚糖混合物被称为半纤维素。半纤维素是一大类聚糖高分子物质，此术语于1891年由Schulze提出，用以表述植物中能够用碱液抽取出来的各种聚糖。当时发现在植物细胞壁中，这些聚糖总是和纤维素结合在一起，误认为是纤维素合成过程的低聚合度的中间产物。现已证明，半纤维素不是纤维素合成的前驱体，其产生与纤维素合成无关。1962年Aspinall定义为：“半纤维素是来源于植物的聚糖，它们含有D-木糖基、D-甘露糖基、D-葡萄糖基或D-半乳糖基的主链，其他糖类可以成为支链而连接在主链上”。因而，半纤维素是非纤维素的碳水化合物。半纤维素的单基除上述4种糖以外，还有L-阿拉伯糖基、4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸基、D-半乳糖醛酸基，以及少量的L-鼠李糖基、L-岩藻糖基和多种氧甲基、乙酰基的中性糖基。它一般是由2~4种结构单元构成的、带支链的、不均一的高聚物。值得注意的是，果胶不属于半纤维素，它是聚阿拉伯糖、聚半乳糖和聚半乳糖醛酸的混合物。