毕业论文
竹原纤维的制备工艺研究
摘要:再生竹原纤维，简称为竹原纤维。竹原纤维作为一种品质优良的纺织材料，己引起广大消费者、生产者和研究人员的关注。本实验主要采用化学处理的方法对竹子进
行化学处理，包括双氧水和尿素试剂的预处理液对竹子进行处理，然后在用一定浓度的
NaOH、Na2SO3、Na2SiO3、蒽醌类复合助剂的混合液对竹子进行煮练处理，以及不同比例
浓度的助剂对煮练效果的影响，最后在水洗分离出竹原纤维，比较分析出最佳的工艺处
理的参数、试剂比例，采用最佳工艺实验。
即预处理液中H2O2质量浓度3 g/L，尿素8 g/L；碱处理液中NaOH 10 g/L、Na2SO32％、
Na2SiO3 2％、蒽醌类复合助剂1％；温度80℃；处理时间3h。
关键词：竹原纤维；预处理；煮练；化学处理。
The research of bamboo fiber for preparation
technology
Abstract:Original renewable bamboo fibers has been known as the original bamboo fibers. Bamboo fibers as a quality original textile materials has caused large numbers of consumers, producers and researchers concerned. This study mainly uses chemical treatment methods for chemical treatment of bamboo, including hydrogen peroxide and urea reagent pretreatment on bamboo processing, And then with a certain concentration of NaOH, Na2SO3, Na2SiO3, anthraquinones complex mixture of additives to scouring the bamboo processing, and the proportion of different concentrations of additives on the scouring effect of the final washed in isolated natural bamboo fiber, Comparative Analysis of the best handling of the parameters of reagents, the use of best technology experiments. Then, in the pretreatment of H2O2 concentration 3 g / L, urea 8 g / L; alkali processing solution NaOH is 10 g / L, Na2SO3 is 2%, Na2SiO3 is 2% and anthraquinones of one percent additives, temperature is 80 ℃; Processing time is 3 h.
Key words: natural bamboo fiber；pretreatment；scouring ；chemical treatment
目录
摘要 (Ⅰ)
Abstract (Ⅱ)
1 前言 (01)
1.1 竹原纤维的发展概况 (01)
1.2 竹原纤维结构与性质 (02)
1.2.1 何谓“竹原纤维” (02)
1.2.2 竹纤维的分类 (02)
1.2.3 竹原纤维原料 (03)
1.3 竹原纤维特点及用途 (03)
1.3.1 竹纤维的结构与性能特点 (03)
1.3.2 竹纤维的性质 (04)
1.4 竹纤维产品的研发现状 (06)
1.5 竹纤维产品的前景展望 (07)
1.5.1 复合材料 (07)
1.5.2 纺织业 (07)
2 实验 (10)
2.1 本实验目的和意义 (10)
2.2 主要实验材料、药品与设备 (11)
2.2.1 原料 (11)
2.2.2 主要药品与助剂 (11)
2.2.3 主要实验设备 (11)
2.3 实验步骤与工艺 (11)
2.3.1 预处理 (11)
2.3.2 碱煮练 (12)
2.3.3 漂白 (12)
2.3.4 酸洗、水洗 (12)
2.3.5 干化处理、筛选 (12)
3 实验测试与分析 (13)
3.1 正交实验 (13)
3.1.1 细化工艺参数对竹纤维纤维素含量的影响 (13)
3.1.2 细化工艺参数对竹纤维基本性能的影响 (14)
3.2 煮练 (15)
3.2.1 失重率测试 (15)
3.3 漂白 (16)
3.3.1 pH值对DMD处理效果的影响 (16)
3.3.2 温度和时间对DMD处理的影响 (16)
4 结论 (17)
参考文献 (18)
致谢 (19)
1 前言
1.1 竹原纤维的发展概况
纺织品不仅是重要的生活必需品，也是重要的工业用品和装饰用品。随着生产力的发展和人类物质文化生活水平的不断提高，人们对自身生活质量的要求也不断提高。纺织材料的发展是整个纺织业的基础，而对纺织品进行染整加工以提高其服用性能及审美性则是研究者、生产者和消费者共同追求的目标。各种纤维材料的不同的性质和特点决定了必须对不同的纤维采取不同的染整加工手段。为了开辟新的适用与于纺织工业的原料来源，从而增产各种纺织品以满足人民和国家的各方面需要，纺织品新材料的开发其性能研究是人民长期研究的一个重要领域。
人们寻找新的纺织材料时，以及Modal、Tencel等新纤维开发的同时，我国纺材领域也相继开发了大豆蛋白、花生蛋白纤维和竹原纤维。竹原纤维是以竹材为原料，将其浆粕溶解纺丝生成竹原纤维成为人类的又一项创新。竹原纤维是继大豆蛋白纤维之后的第二个我国具有自主知识产权的绿色环保纤维。竹原纤维系再生植物纤维，其生产制造过程全部实施绿色生产，属环保型的绿色纤维。该纤维有明显不同于棉、木型纤维素纤维的独特风格，强力好，耐磨性、吸湿性、悬垂性好，手感柔软，穿着凉爽舒适，染色性能优良，光泽亮丽，且具有天然的抗菌功能，在纺织行业中具有广阔的应用前景。
近年来，国际上掀起“绿色环保”消费潮流，国内外科研人员加大了对竹原纤维及其纺织产品的研究与应用。日本的Marumasa公司曾用从印度尼西亚进口竹子生产的竹原纤维用于春夏服装服饰制作。近两年在日本一件竹原纤维制作的女式大衣市场售价高达500美元，“纸衣配竹裙”已经成为女性消费的时尚，井迅速在欧美市场成为新宠。同时，在第九届北京中国国际纺织面料博览会上，新推出的竹原纤维纺织面料及其服装产品异军突起，成为本届博览会的最大亮点。特别是日本、韩国、意大利和墨西哥等国的客商十分看好这一“新宠”，成交踊跃。该产品成果属国家首列，已通过了国家纤维检验局、国家林业局、中南林学院等有关单位专家的鉴定与验收。它标志着我国竹原纤维技术在纺织服装领域的应用取得了重大突破，在国际上具有领先地位[1]。
一种新产品一经推出市场，有没有发展前景还要从多方面来考察：其一，其原材料是否丰富、获取方便；其二，其生产工艺流程是否简短，成本高低与否；其三，作为服装材料，其染整加工性能如何以及其成品是否能够满足消费者的服用及审美要求。对于竹原纤维这种新面世的纺织材料，这些都是有待考察和研究的课题。在用途上，竹材许多力学和理化性质优于木材。它广泛分布在亚洲，太平洋沿岸的热带和亚洲热带地区，在非洲和南美也有分布。我国是世界上主要的产竹国之一，具有丰富的竹资源，约占世
界竹林面积的1/3。其竹子种类约有500多种，约占世界竹子物种的2/5，全部为木本竹类，开发价值较高。因此，怎样把我国丰富的竹资源充分利用起来，将成为我国林业发展中的一个新的经济突破点。
如果利用竹材生产纤维，必将能为纺织纤维的开发提供丰富原料，也将开创出“以竹代木”的新局面，可缓解植物纤维原料与日俱增的供需矛盾。以此同时，还有利于森林资源的综合保护，为竹材资源的合理利用找到了一条理想的新的途径。竹林大多生长在西南山区，属国家西部大开发地域，它的研制成功，也是对国家西部大开发政策的积极响应与支持。虽然我国竹类资源的产业化程度较低，可喜的是我国己成功开发了竹原纤维，并形成了工业化生产，生产工艺较稳定发展，为使我国竹原纤维的开发走在世界前列奠定基础[2]。
1.2 竹原纤维结构与性质
1.2.1 何谓“竹原纤维”
竹原纤维是近年来开发的一种新的天然纤维，继天丝、大豆蛋白纤维、甲壳素纤维等产品之后又一种新型纺织原料。竹原纤维系再生植物纤维，是我国近期自行研发成功的以广泛生产的竹子为原料，经特殊的高科技工艺处理，把竹子中的纤维素提取出来，再经制胶、纺丝等工序制造而成的再生纤维素纤维。由于竹子在生长的过程中，没有任何的污染源，完全来自于自然，并且竹原纤维是可以降解的，降解后对环境没有任何污染，又可以完全的回归自然，故该纤维被称为环保纤维。
该纤维有明显不同于棉、木型纤维素纤维的独特风格，强力好，耐磨性、吸湿性、悬垂性好，手感柔软，穿着凉爽舒适，染色性能优良，光泽亮丽，且具有天然的抗菌功能，在纺织行业中具有广阔的应用前景。可与棉、麻、天丝、涤纶、腈纶等天然纤维和化学纤维混纺，也可纯纺。适合制作家纺类（如巾被类、床上用品等）、针织类（如T 恤、内衣、袜子等）、衬衣面料、休闲面料、医用卫生品等[3]。
1.2.2 竹纤维的分类
以竹为原料的天然竹纤维，包括采用物理方法生产的原生竹纤维，以及采用化学方法生产的竹浆纤维，又称再生竹纤维。原生竹纤维是将生长12-18个月的慈竹，经过去青、齿轮的反复轧压后，采用脱胶工艺进行脱胶而制成需要的竹纤维。该工艺为物理方法生产，不添加任何化学试剂，属100%天然纤维。其标准为直径0.04mm-0.5mm，长度为 l0mm-200mm。由于竹子本身的一些物理特性，如长度、粗糙度等，使其可以获得良好的加工过程，而且成本低廉，虽然原生竹纤维的棉纺设备上试纺出了纱，但就纤维和
纱来说，还谈不上可纺、可用，由于竹纤维处理工艺还不十分完善，原生竹纤维的应用
开放有待于进一步的研究。目前，原生竹纤维已广泛应用在工业、建筑、环保领域，取代了木材和玻璃纤维的使用。
再生竹纤维是以竹子为原料，经过人工催化将甲种纤维素含量在35%左右的竹纤维提纯到93%以上，采用水解-碱法及多段漂白精制而制成满足纤维生产要求的竹浆粕，再由化纤厂加工制成纤维，经多次工艺检验证明：该纤维韧度、白度与普通粘胶纤维接近，强力较好，且稳定均一，可防性优良。由该纤维制成的纱线及面料经化纤工业协会化纤长品检测中心及国家棉印染产品质量监督中心检测，质量指标全部为一等品。竹纤维不易退色、染色、吸收性、渗透性强，富有丝质感觉，手感柔和光滑，是高挡外衣、染色、
内衣运动装、床上用品等的理想面料[4]。
1.2.3 竹原纤维原料
竹子作为一种速生丰产的植物，不仅栽种成活率高，而且2-3年即可形成一个成长周期，即使进行砍伐也不会对生态环境造成大的影响。在分类学上，竹子有节中空，叶片长呈针形，为多年生一次性开花植物，属于禾本科植物；在用途上，竹材许多力学和理化性质优于木材。竹子似草似木，是植物家族中特殊的一大类群，是当今世界上最有使用价值的植物之一。它广泛分布在亚洲，太平洋沿岸的热带和亚洲热带地区，在非洲和南美也有分布。
中国具有非常可观的竹类资源储量，面积多达420万公顷，分布范围非常广泛，种类多达400余种，在世界上名列第一。但我国竹类资源的产业化程度较低，如果对竹类资源进行开发，既有利于森林资源的综合保护，也为我国竹资源的合理利用寻找了一条理想途径[5]。
1.3 竹原纤维特点及用途
1.3.1 竹纤维的结构与性能特点
竹纤维纵向表面具有光滑、均一的特征，纤维的纵向表面呈多条较浅的沟槽，横截面接近圆形，边沿具有不规则锯齿形，表面结构与成型条件有关。这种表面结构使得竹纤维的表面具有一定的摩擦系数，纤维具有较好的抱和力，有利于纤维的成纱。
竹纤维的内在结构为多环型网状结构，有别于棉、木浆纤维素纤维的单环状结构，其横截面上布满了椭圆型的空隙，呈梅花形排列，形成高度中空，表面光滑，具有天然纤维素纤维的一切优良性能，如良好的吸湿性、透气性、柔软性、光泽和优良的染色性及生物降解性。
竹纤维横截面布满的大大小小孔隙，可以快速吸收并蒸发水分，其吸湿性、透气性
居各纤维之首。竹纤维在标准状态下的回潮率可达12％，与普通粘胶纤维的回潮率相近。但是，在温度为36℃，相对湿度为100％的条件下，竹纤维的回潮率达45％，且吸湿速率特别快，从8．75％的回潮率达到45％的回潮率仅用约6小时。相同的条件下，其他纤维的回潮率及其吸湿的速率都不如竹纤维。这说明竹纤维比其他纤维具有更优的吸湿性能，更适合制作夏季服装、运动服和贴身内衣。
利用竹原纤维制成的面料和服装，具有明显不同于棉、木型纤维素纤维的独特风格，强力高、耐磨性、悬垂性好，手感柔软、穿着凉爽舒适、染色性能优良、光泽亮丽，具有较好的天然抗菌效果，特别是吸湿、排湿、透气性居各类纤维之首，是夏季针织面料和贴身纺织品的首选原料。
竹原纤维是一种用独特工艺从毛竹中直接分离出来的天然纤维，没有化学添加剂，属纯生态纺织品。经专家微观检测，竹原纤维的横截面呈带有锯齿状的圆形或椭圆形，纵向表面光滑，但存在深浅不等的沟槽。竹原纤维中细长的空隙和表面的沟槽，决定了竹原纤维具有优良的吸湿和排湿性。竹原纤维横截面形态图中的表层和内层具有不同的结构特点。表层的结构较为紧密，切片表面光滑，而内层的结构疏松、有空隙。这些凹槽和空隙，如同毛细管一样，可以在瞬间吸收或蒸发水分，被专家誉为“会呼吸的纤维”。在超分子结构上，纤维素大分子具有结晶结构，这种结晶结构以及由于结晶使大分子间存在的氢键键合都会在一定程度上影响纤维的强度、弹性、浸透性、润胀能力、柔软性能和化学反应性能。
竹原纤维纺织品品种有棉型、中长型、毛型三种，根据用户需求可生产特殊品种。经对国内80多家、国外6家纺织企业调查，竹原纤维可纯纺10-45支，也可与其他纤维混纺，以提高织物的手感和染色性能，同时织物也不失抗菌、防紫外线性能。竹原纤维除了具有天然纤维素纤维的优良特性外，其织物经过特定的加工，将具有丝质感，可以制作仿真丝织物，但与真丝相比，又具有不缩水、不粘身的优点[6]。
1.3.2 竹纤维的性质
1.3.
2.1竹纤维的天然抗菌性
竹纤维制品不仅集天然纤维的优点于一身，其独特的功能还在于它的杀菌性能。竹子与其它木材相比，它自身就具有抗菌性，其在生长过程中无虫蛀、无腐烂、无需使用任何农药。在生产过程，采用高新技术工艺处理，保持了竹纤维的抗菌性不被破坏，让抗菌物质始终结合在纤维素大分子上。
1.3.
2.2 竹纤维的吸湿性能
我们曾对竹纤维的吸湿放湿性能进行过测试，测得竹纤维在标准状态下回潮率可达12％，与普通粘胶纤维的回潮率相近。但是，在36℃、1O0％的相对湿度条件下，竹
纤维的回潮率已高达45％，且吸湿速率特别快，从8.75％的回潮率达到45％的回潮
率仅用6个小时左右[7]。
1.3.
2.3 竹纤维产品的资源环保
我国有丰富的竹资源，竹林面积达420多万公顷，世界排名第一。竹子是一种只需一次性种植的速生高产植物，可种植在坡地、洼地，竹子种植密集，在生长过程中不洒药、不施肥、不怕旱涝，2～3年就能成材交替砍伐。竹原纤维采用物理方法制成；再生竹纤维生产过程全部实施绿色生产，加上竹纤维及其纺织品具有优良的生物降解性。因此竹纤维具有无毒、无污染、可完全回归自然等特点，是绿色环保纤维。利用丰富可再生的竹材资源生产纤维，缓解了植物纤维原料与日俱增的供求矛盾，有利于保护森林资源，也为竹材资源的合理利用找到了一条较为理想的途径。
1.3.
2.4 竹纤维产品的性能优势
1、绿色环保：生产竹纤维的竹子生长在远离使用农药的山区，竹纤维能够100％降解，是无污染的环保性纤维。在生产过程中采用高科技手段，使之成为无任何化学助剂残留的天然纤维。
2、凉爽型面料：竹纤维是目前唯一的凉爽型天然纤维，此纤维为天然中空，横截面为梅花形排列，透气性极强，保暖性好，避免了传统圆柱形纤维，透气性差的弊端，填补了天然凉爽型面料的空白。
3、保健功能：竹纤维天然含有竹密和果胶成分，该成分对皮肤健康是有益的，竹纤维的抗紫外线能力强，以此纤维生产春夏装对皮肤有较好的抗紫外线保护作用。此外，竹纤维还具有抗菌性，经上海市工业微生物所检测中心检测，其24小时天然抗菌率达71％，大大高于其他种类的纤维性能。
4、恢复性好、可机洗、免熨烫、纤维染色性好：由于竹子的天然韧性，以竹纤维生产的织物有较强的稳定性和防皱性，具有可机洗和免熨烫的良好效果，极大地方便了消费者。竹纤维染色性能好，易着色，色牢度在3．5级以上。
5、混纺性好：用100%的竹原纤维可以纺纱织布，还可以与棉、麻、氨纶及其他天然纤维或合成纤维混纺交织制作T恤、女性高档时装、男式衬衫等织物；与丝交织或混纺后，将极大改善丝绸产品自身的不足，提高丝绸产品的品质，并增强时尚色彩。
减少了纺织品对原料的严重依赖，有利于资源的合理利用；竹原纤维的生产过程清洁卫生，有利于环境保护；竹原纤维集天然纤维与人造纤维的优点于一身，且具有独特服用性能和天然抗菌性能，是安全、舒适、健康、环保的纺织面料；竹原纤维的产品开发种类繁多，市场前景广阔[8]。
1.4 竹纤维产品的研发现状
北京梦狐服饰有限公司最先进入竹纤维服装领域；潇荣巾饰制品厂率先用100％的竹纤维织造成竹纤维床单和一系列竹纤维产品；上海五矿进出口公司在开拓竹纤维国际市场上做了不少工作，成功打入日本市场；上海天竹公司从竹纤维的市场启动到竹纤维的售后服务上都做了很多实质性的工作。中山市艾佳谊公司在吸收各家之长的基础上，又发明了竹纤维与海岛纤维合作的先例，生产的纱线品质超群。天纶公司的竹纤维面料有：纯竹纤维平布、竹纤维斜纹布、竹棉混纺面料以及口罩布等，可用于生产牛仔裤、休闲裤、衬衫、茄克、裙子、婴儿装、童装等服装。雪松公司开发生产出用竹原纤维与棉、丝混纺的面料保健又舒适，可制作内衣、婴幼儿装、床上用品、针织内衣及袜类。在面料展销会上，先后与美国、日本、韩国、德国、意大利、法国等世界20多个国家建立了业务关系。哈尔滨中纺亚麻科技有限公司研制的竹纤维与亚麻交织的床上用品、交捻的针织衫，凉爽抑菌，柔软亮丽，改善了纯亚麻面料原有的厚重粗犷。江苏太仓二棉实业有限公司等单位联合研制的丝竹纱织品的吸放湿性能介于麻与丝绸之间，用作夏季服装时基本不沾身。上海市纺织壮实用品科技研究所和上海萃众毛巾总厂，联合研发的天然竹纤维毛巾产品受到市场推崇。“爽竹”是日本东丽公司的聚酯/竹80/20混纺产品的命名。经过新乡化纤科研人员的潜心攻关，终于成功开发出具有绿色保健功效的竹炭纤维。该纤维可以制作医疗防护服饰、床上用品、高档内外衣面料、宾馆及家庭、车船装饰用品；还可以做空气过滤用材等。
日本科学家最近研究发现，竹子普遍含有一种特殊的纤维素(日本学者称之为“竹纤维”)，这种竹纤维能溶于水，成为清澈透明的溶液。更令人叫绝的是，竹纤维还是一种极其出色的保健食品新型原料，竹纤维属于天然低聚多糖类物质，它在大肠内可成为双歧杆菌等益生菌的天然培养基，故可增加肠道内益生菌的数量，防止杂菌引起的腹泻与肠炎等症，因此，具有预防肠炎的功效。据悉，日本一家公司已利用嫩竹提取的竹纤维加工制成了新型保健饮料，据该公司介绍，消费者口服后可降低小肠中脂肪的吸收，有显著的减肥作用。
在纺织用天然纤维素资源的利用方面，传统的资源是棉花，麻和木材，而正在利用的天然纤维素新资源主要包括竹子，菠萝叶，香蕉茎皮，月桃茎，蒲草，玉米杆等。
2000年9月我国独立研制开发出了第一批短竹纤维。其实在晋朝就已经有用竹纤维造纸的历史，但中国发表的相关论文却始于1989年，随后对竹纤维及产品研究的论文陆续发表。但将竹纤维用于生产织物面料的时间还是2000年9月。这时竹纤维的生产方法
是借用造纸的方法先生产竹浆然后成纤。将竹纤维用于纺织是一项新技术，其纺织产品在我国引起了一股开发热潮。
我国竹资源丰富，种植广泛。竹纤维的再生可降解、生产无污染和多功能性，都将使竹纤维成为“21世纪的多功能绿色环保纤维”。从可纺性、加工性能来看，竹纤维完全可以替代棉纤维，参与面料行业的市场竞争。从服用舒适性来看，作贴身衣服、浴衣、床上用品；作夏季衣料、床上用品，竹纤维制品比麻更光滑亮丽、比真丝更抗皱挺爽。从产品开发及市场价格看，新型的竹纤维产品较莫代尔、天丝、大豆纤维产品，相对占有优势。从市场前景看，由于合纤依赖石油化工及对环境有污染；而棉麻及丝由于受自然条件、农民收益等因素制约，增产潜力有限。总之，竹纤维纺织品的成功开发，使我国丰富的竹资源得以利用，并推动了我国林业和纺织服装业的升级，还顺应了人们崇尚绿色环保、卫生保健的心态[9]。
1.5 竹纤维产品的前景展望
1.5.1 复合材料
近年来,为了解决环境问题,生物分解性树脂的开发越来越受到人们的关注,特别是欧美等国家在生物分解性树脂方面取得了令人瞩目的进展,有些品种已经实现了产业化生产。
竹/玻璃纤维复合建筑材料是一种较理想的复合建筑材料，它不仅具有较高的承载能力和抗弯能力，而且具有一定的抗冲击性能，竹/玻璃纤维复合建筑材料的比强度，比模量较大，力学性能较好，完全可以满足一般承力件的要求。利用竹纤维代替木纤维生产经济墙板，所得的板材强度相当好，可以与针叶材纤维经济墙板相媲美，且密度较低。
现在对竹质复合材料的研究很多，除了上面所述，还有很多其他的应用，例如竹纤维加强塑料具有低耗、质量轻的优点，同时还可以增强符合材料的机械性质，竹纤维中的抗菌物质还可以减少塑料对人体健康的伤害，因而在建筑业上有很大的应用潜能。
1.5.2 纺织业
用竹纤维研制纺织服装产品是近年开发一种新产品，被誉为21世纪最具发展前景的健康面料。
竹纤维既可纯纺，也可混纺，可采用环锭纺、转杯纺等方法加工，目前已有竹纤维纯纺产品和各种混纺产品。竹纤维与棉、天丝、莫代尔、麻、丝、涤纶、腈纶等纤维进
行不同配比的混纺，可发挥纤维各自特点弥补纯纺产品的缺陷和不足，提高产品的档次，迎合消费者的新理念。开发竹纤维与羊毛混纺新产品，充分发挥竹纤维在毛织物中的优良性能，可以丰富毛纺织面料品种，提高面料的档次和附加值。
我国竹资源丰富，种植广泛。竹纤维的再生可降解、生产无污染和多功能性，都将使竹纤维成为“21世纪的多功能绿色环保纤维”。自然原料的竹纤维经去糖、去脂处理后，多年保存不发霉、不虫蛀。竹子易于加工，且生产成本低，将有望广泛地应用于工业、建筑、环境保护等领域，逐步部分取代木材和玻璃纤维用于增强纤维行业，有利于保护森林资源。从可纺性、加工性能来看，竹纤维完全可以替代棉纤维，参与面料行业的市场竞争。从服用舒适性来看，作贴身衣服、浴衣、床上用品；作夏季衣料、床上用品，竹纤维制品比麻更光滑亮丽、比真丝更抗皱挺爽。从产品开发及市场价格看，新型的竹纤维产品较莫代尔、天丝、大豆纤维产品，相对占有优势。从市场前景看，由于合纤依赖石油化工及对环境有污染；而棉麻及丝由于受自然条件、农民收益等因素制约，增产潜力有限。竹纤维依仗其化纤、棉和丝无法比拟的优势，随着市场的不断开拓，将会立足于面料市场并占有相当的市场份额。竹纤维的多项性能优势，为竹纤维的市场开发奠定了一个光明的前景，也使得竹纤维纺织产品的附加值高。这是厂家开发的原动力，也是受到广大消费者青睐的原因所在。目前我国的竹纤维服装主要用于出口。一件竹纤维服装在美国可卖500美元；在日本，一件加入竹纤维的休闲西装可售6万日元，一件茄克衫为7万日元；国内，一件含竹纤维的衬衣或裙子也要好几百元。基于竹纤维的多项特效功能和高附加值，因此，竹纤维将被重点用于生产具有特效功能的产品上，如内衣、贴身T恤衫衬衣、袜子、浴巾、浴衣、毛巾、床上用品、脚垫、凉席、地毯以及纱布、口罩等医用产品。竹纤维产品市场广阔，产业前景远大。
21世纪是人类追求绿色、环保的时代，竹原纤维纺织产品的特点，正迎合了人们的需求，因此具有广阔的市场前景。
（1）竹原纤维纺织产品是高档夏季服装面料的最佳选择，夏季服装首先要具有良好的透气性，以利于透气散热：此外还要具备良好的吸湿性与透湿性，使人体在大量出汗的时候仍然感觉到舒适；同时最好还有适当的光洁度，这是因为外表面光滑些有利于加强反射，减少辐射热吸收。这些要求恰恰与竹原纤维的特点相吻合，但现在这种竹原纤维每个月的产量只有3到4万米，而且价格要比普通棉质面料高2到3倍，因此它目前只能应用在高档夏季服装上。
（2）竹原纤维纺织产品也是保健内衣面料的理想选择。内衣紊有“人体第二皮肤”之称，是人们生活中唯一时刻不离的服装，对人体具有保护和装饰的功效。进入21世纪，自然、绿色、环保的消费理念逐步深入人心，消费者越来越关注内衣的质量及保健功能。
竹原纤维的这些特点，使其在保健内衣的开发上具有得天独厚的优势，是一种极具生态价值的内衣材料。目前，各大内衣品牌都推出了彩棉内衣，如果再加上竹原纤维，那么内衣的天然纤维大家庭的成员就更加完美了。况且成本上看，竹原纤维内衣的价格也不会比彩棉内衣高。
（3）家居及床上用品上也可以采用竹原纤维纺织产品。例如床单、被罩、枕头等。这些寝具经常接触人体，所以最好选用吸湿性好、透气性好、具有良好皮肤触感的天然材料。研究表明：这些寝具即使经常进行清洗，也会常常滋生螨虫。因此如果这种天然纤维还同时具有抗菌保健功能，就可以有效地解决这个问题。竹原纤维既具有天然纤维的优良特性．又具有抗茵、保健功能，正迎合了这种要求。
（4）在医疗卫生领域也可以应用竹原纤维纺织产品，例如口罩，其作用在于过滤，使病毒和细菌不能进入人体，还能阻挡自己口、鼻的细菌和病毒传给他人。它直接与人口接触．也要求具有吸湿性、透气性和良好的皮肤触感，竹原纤维除了具有这些特点，其抗菌作用无疑更是锦上添花，使口罩的功能更好地实现另外在非典时期，医护人员厚厚的防护服中，如果贴身穿着具有抗菌功能、同时又具有天然纤维优良特性的竹原纤维制成的服装，其舒适性也会大大提高。
（5）袜类也可以采用竹原纤维纺织产品．例如运动袜，在运动中会产生大量汗液，因此选择具有透气性和吸湿性、强度较高的材料为好。根据研究，对于水溶性污垢的附着，天然纤维的袜子多，合成纤维的袜子少，而脂肪性污垢则相反。对于细菌的附着，是合成纤维的袜子多，天然纤维的袜子少，因此可以说天然纤维的袜子卫生学性能为优。再如长统袜，在无空调环境时，透气性差、排汗不良的化纤长袜，会阻碍汗液蒸发，汗液与皮肤落屑沾在袜子上，成为细菌的滋生地，有可能引起皮肤瘙痒，还会并发臭气。所以，近年来市场上出售的抗茵防臭袜受到了人们的关注，而竹原纤维的优良特性证明它是生产抗菌防臭袜最理想的材料。
总之，竹纤维纺织品的成功开发，使我国丰富的竹资源得以利用，并推动了我国林业和纺织服装业的升级，还顺应了人们崇尚绿色环保、卫生保健的心态。随着对竹纤维产品研发力度的不断加大，加上消费市场稳步开拓，竹纤维产品的市场将十分广阔[10]。
2 实验
2.1 本实验目的和意义
进入21世纪，随着环保思潮的兴起，社会需求向环保、节能、健康，安全方面发展的趋势越来越强，“绿色产品”、“绿色消费”等观念已深入全球消费市场与消费者心中，环保纺织品也必然成为发展的趋势。而竹原纤维也正是适应了这种时代潮流应运而生。竹原纤维作为一种品质优良的纺织材料，它已经引起广大消费者和生产者和研究人员的关注。同时，目前有关竹原纤维的报道已经很多，关于竹原纤维的结构、性能以及竹原纤维产品的开发和利用的研究也相继展开。竹原纤维作为纺织原料刚刚被推出，对纤维本身的完善，后续产品的开发，消费市场的培育等方面均处于起步阶段，这一新纤维要实现产业化发展还有很多工作要做，同时还需要一个较长的过程。
虽然竹原纤维属于纤维素纤维，但是由于它们本身的结构和特性，竹原纤维的制备工艺与纤维素纤维的制备方法又有所不同。为了寻求一种简便而又有效的制备方法，本人确立了“竹原纤维制备工艺研究”这一课题，希望通过研究，为竹原纤维的制备确立高效方便的制备工艺。
本课题主要采用化学处理的方法对竹子进行化学处理，包括双氧水和尿素试剂的预处理液对竹子进行处理，然后再用一定浓度的NaOH、Na2SO3、Na2SiO3、蒽醌类复合助剂的混合液对竹子进行煮练处理，以及不同比例浓度的助剂对煮练效果的影响，最后再水洗分离出竹原纤维，比较分析出最佳的工艺处理的参数、试剂比例，采用最佳工艺实验。这一课题，希望能对竹原纤维的制备起到导向作用，从而为竹原纤维的推广和竹原纤维纺织品的开发奠定微薄之力。
2.2 主要实验材料、药品与设备
2.2.1 原料
未经处理过的天然竹片
2.2.2 主要药品与助剂
尿素 NaOH 双氧水 DMD(二甲基二环氧乙烷) 浓硫酸蒽醌类复合助剂等
2.2.3 主要实验设备
电热恒温水浴锅江苏常熟电热设备厂
GZX．9146MBE型电子恒温烘箱上海珂玛仪器有限公司
XSZ—H型生物显微镜北京泰克仪器有限公司
YGOOIA型纤维电子强力仪江苏太仓纺织仪器厂
JSM一63601 V型扫描电镜日本电子
SBS-I型试样表面处理机中科院科学仪器中心
2.3 实验步骤与工艺
工艺流程：预处理一碱煮练一漂白一酸洗、水洗一干化处理、梳理、筛选
2.3.1 预处理
称取10g未经处理的天然竹片，放于一定含量的双氧水和尿素混合液中(浴比1：15)，调节PH值为6.5，常温处理30min.
预处理工序分为整料、制竹片、浸泡。首先将竹材去枝节与尖梢，锯成一定长度的竹筒；然后采用机械或手工方式将竹筒劈裂成一定宽度的竹片。由于竹材本身结构很致密，一般的蒸煮液很难渗透进去，因此竹片在进行下一道工序的蒸煮之前，需预先浸泡在特制的软化剂中使其润胀。纤维素纤维的润胀可分为结晶区问的润胀和结晶区内的润胀，只有让软化剂渗透到结晶区内才可形成无限润胀，从而大大降低脱胶难度。由于纤维素上的羟基本身是有极性的，所以要求软化剂是极性的，并且溶剂极性越大，竹纤维的润胀程度越大。通过大量实验得出氨水和尿素的混合溶液效果很明显使用2％的氨水和4％的尿素溶液混合成软化剂，浸泡1h，达到润胀要求。
2.3.1.1 分离
分离分为蒸煮、水洗、分丝三个步骤。
首先蒸煮：将竹片仍然放在2％的氨水和4％的尿素的溶液混合液中蒸煮lh，温度为IO0℃，对其进行脱糖、脱脂、脱胶。注意蒸煮液中的氨水浓度不能太大，否则将降低
竹纤维强度，并且会使竹纤维变黄。然后进行水洗：将蒸煮过的竹片取出，用水洗净，去除附着的浸泡液。接着分丝：采取机械方式捶打竹片，从而分离出粗竹纤维。
2.3.1.2 成形
成形工序大致要经过蒸煮、分丝、脱水、上油、软化等几个步骤。上一步分离所得到的粗纤维还含有许多的薄壁组织和木素，需通过碱液蒸煮：将分离工序所获得的粗纤维放在1％的NaOH溶液中蒸煮30min，温度为7O℃，进一步润胀竹纤维，使木素分子的醚键断裂生成碱木素而溶于溶液中，并进一步抽提出半纤维素。分丝：将粗纤维分为更细的纤维，并用水冲洗脱胶。脱水：将制得的竹纤维放在离心机上脱水。软化：将脱水后的竹纤维浸油，使其具有一定的柔软度和光泽度。
2.3.1.3 后处理
在专用干燥设备上将纤维干燥40min，温度为50％，使含水率控制在10％以下；然后对其进行梳理，整理成竹纤维丝；去除短纤维及其粉末，并将其打包[11]。
2.3.2 碱煮练
将竹材按竹结截取，采用机械或手工的方法制成1cm厚的竹片，将预处理后的竹纤维，放于一定浓度的NaOH、Na2SO3、Na2SiO3、蒽醌类复合助剂的混合液中(浴比1：20)，放入蒸煮设备中，加压、升温。至规定温度和压力后，保温开始计时，在设定温度下煮
1.0～3.0h,至规定时间后取出。
2.3.3 漂白
2.3.3.1 DMD(二甲基二环氧乙烷)的漂白原理:
DMD反应时独有的一个特征就是能够转移一个活性氧电子，它可与木质素中大量存在的脂肪族结构和芳香族结构中的C—C双键发生亲电性的氧化反应，同时由于C—C双键是主要发色基团，因此DMD预处理可以提高制成纤维的白度。
2.3.4 酸洗、水洗
将煮练后的竹纤维，放于1g/L硫酸中(浴比1：15)，常温、常压下处理30min，再用25℃水洗涤。
2.3.5 干化处理、筛选
将经上述处理后的纤维放于烘箱中去除约40％水分，然后梳理分离。并干燥筛选出满足条件的纤维[12]。
3 实验测试与分析
3．1 正交实验
为了更好地考查不同细化工艺参数对所得纤维性能的影响，设计了4因素3水平正交实
验，因子水平设计见表。
表1 4因素3水平正交实验因子水平
水平
因素
预处理条件
A
碱煮练条件
B
煮练温度/℃
C
煮练时间/h
D
1 H2O
2 0.3%，尿素 0.8% NaOH 1.0%，Na2SO
3 2%,
Na2SiO3 1%, 复合助剂 3%
60 1
2 H2O2 0.5%，尿素 1.0% NaOH 0.6%，Na2SO
3 1%,
Na2SiO3 1%, 复合助剂 2%
80 2
3 H2O2 0.7%，尿素 1.2% NaOH 0.4%，Na2SO3 0.5%,
Na2SiO3 0.5%, 复合助剂 3%
100 3 3.1.1 细化工艺参数对竹纤维纤维素含量的影响
纤维素含量是天然纤维素纤维能否纺纱乃至服用的关键指标．从苎麻等纤维处理的经验看，纤维素含量低于90％是不可以服用的，因此为考察分离细化的效果，本实验采用硝酸乙醇质量法对细化前后竹纤维的纤维素含量进行了定量分析，并且与竹材做了对比，结果见表2。
从表2可以看出，经爆破处理后，束状纤维中纤维素的含量虽比竹材增加了很多(同时伴随着木质素的减少)但还远未达到90％的水平；此时因为纤维中半纤维素和木质素的含量较大，纤维不仅过粗，而且刚性强、手感粗糙，难以进行纺纱，因此不可服用。为了更深入的探讨各参数的影响程度，我们进行了正交分析，结果见表3
表2 细化前后竹纤维的纤维素含量对比
试样纤维素含量试样纤维素含量
竹子44.35 细化后5#75.40 细化前样品69.71 细化后6#78.71
细化后1#75.77 细化后7#81.21
细化后2#82.97 细化后8#80.66
细化后3#83.90 细化后9#77.78
细化后4#84.32
说明：细化处理前后的样品均为竹子，其中1#～9#为上述正交实验的编组。
表3 正交实验结果分析
参数因素
A B C D
K1 240.83 239.79 233.06 226.73
K2 236.34 237.28 243.64 241.64
K3237.31 237.41 237.78 246.11
k 180.28 79.93 77.69 75.58
k 278.78 79.09 81.21 80.55
k 379.10 79.14 79.26 82.04
R 1.50 0.84 3.52 6.46
说明：表中K1、K2、K3分别为不同因素对应水平1、2、3条件下的各质量指标之和；k1、k2、k3则对应上述K 值与总水平数之比；R则为每列中最大值与最小值之差。
从极差R看，时间是影响质量指
标的主要因素，然后依次是温度、预
处理液配方、碱煮练液配方。煮练剂
用量、煮练时间和煮练温度3个因素
中，固定1个因素时，其他2个值越高，
得到的纤维素含量也越高；当煮练剂
用量一定时，相对于煮练温度，煮练
时间对纤维素含量影响较大，即煮练
时间越长纤维素含量也越高；煮练温
度一定时，则煮练时间相对煮练试剂
用量对纤维素含量影响较大，即煮练
时间越长纤维素含量也越高；煮练时间一定时，煮练试剂用量相对煮练温度对纤维素含量影响较大，即煮练试剂用量大，纤维素含量也高．为便于直观分析，做因素水平与k 关系图，见图1。
从图1可以看出，对预处理条件及碱处理条件来说，在水平1条件下平均质量指标都是最高；水平2条件下平均质量指标在处理温度下最好；水平3条件下则处理时间条件下的平均质量指标最高。因此单从纤维素含量这个角度考查，最佳细化工艺条件应是：预处理液中H2O2的质量浓度为 3g/L，尿素 8g/L，碱处理液中NaOH 10g/L、Na2SO3 3％、Na2SiO3 2％、复合助剂 1％，温度80℃，处理时间3h．当然最终的工艺条件还须结合纤维直径、强度等力学性能的测量结果来综合考虑[13]。
3.1.2 细化工艺参数对竹纤维基本性能的影响
纤维的长度、细度、强度不仅影响其可纺性，还在很大程度上影响到织物的耐用性、手感、悬垂性、舒适性等服用性能，为此，我们采用正交设计得到的9组参数及单独考虑纤维素含量这个因素得出的最佳工艺参数对竹纤维进行了分离细化，并测定了所得纤维的基本性能，结果见表4。
表 4 细化处理后竹纤维基本性能
纤维得率/% 试样平均直径/mm 平均长度/mm 平均强度
（CN/dex）
2 0.045 31 2.46 10.0
3 0.051 33 2.38 12.0
4 0.053 3
5 2.4
6 9.0
5 0.049 28 2.39 14.0
6 0.052 32 2.56 12.5
7 0.060 40 2.63 11.0
8 0.055 36 2.51 11.8
9 0.043 29 2.49 13.0
10 0.046 32 2.48 12.2
说明：表中2—9号试样表示正交实验编组好，10号为单考虑纤维素含量得到的最佳参数处理的样品，第1组得到的纤维长度未达到3cm故略去。
由表4看出，经上述条件处理后得到的竹纤维直径已较小，并且有一定的长度和强度，其中2、9、10号纤维的性能已基本达到服用要求。综合前面纤维素含量部分的分析结果，可以得出该实验条件下最优的工艺参数是：预处理液中H2O2 3g/L，尿素8g/L，碱处理液中NaOH 10g/L、Na2SO3 2％、Na2SiO3 2％、复合助剂1％，温度8O℃，处理时间3h。
但所有实验条件下，纤维的得率均较低，很多原料处理后都成了长度在2～3mm的碎沫，基本上是竹纤维单细胞的长度．这可能是由于化学细化处理条件还是比较剧烈，对起黏结作用的木质素等胶质的破坏作用较大[14]。
3.2 煮练
3.2.1 失重率测试
右图为烧碱浓度和温度对粗
竹纤维碱处理时失重率的影响。
在各处理温度下，粗竹纤维的失
重率均随烧碱浓度的增加而上
升。这说明烧碱对粗竹纤维中的
半纤维素、木质素、果胶等杂质
具有明显的溶解作用。
不管是3O℃处理2h，还是9O℃处理1h，粗竹纤维的失重率均较低，除杂效果较差，处理后的粗竹纤维还呈明显的束状，且硬丝、并丝很多。由于去除杂质不充分，纤维仍呈黄色。
当处理温度达到或超过100℃后，粗竹纤维的失重率明显增加。这是由于高温促进了纤维和杂质的膨化，增强了碱液对纤维的渗透性，加速了杂质的溶解，提高了杂质的溶解度。但是，高温和过高的烧碱质量浓度极易导致竹纤维的碱降解，例如在110和120℃，当烧碱浓度达到45g/L时部分纤维会呈絮状；而120℃时，当烧碱质量浓度超过60g/L后，纤维几乎全部变为絮状。由粗竹的纤维素含量为76％，而在 110和120℃温度处理下，当烧碱质量浓度超过45 g/L后，失重率均在29％以上，这也说明了在高温和高碱质量浓度的处理下，纤维素发生了降解。由于高温高压处理去除杂质充分，因此，处理得到的纤维白度较高[15]。
3.3 漂白
3.3.1 pH值对DMD处理效果的影响(见表5)。
表5 PH值对DMD处理效果的影响
PH值半纤维素/% 木质素/% 纤维素/% 白度/%
2 15.78 20.20 60.4
3 14.97
5 14.63 19.49 61.58 15.12
7.0~7.5 14.87 17.20 64.07 15.65
9 14.32 18.71 62.05 15.63
11 14.67 19.74 60.99 15.32
注：Oxone 4g/L, 丙酮6%，浴比1：50，室温，处理时间60min。
实验中DMD脱木素的制取通常采用现场制备的方法，同时必须严格控制反应的pH值在7．0～7．5。由表1可以看出，当pH值为2～7左右时，木质素的含量逐渐下降而pH值为7～11时，木质素含量逐渐上升；同时白度也在pH值为7～7．5时达到最高值。即可知pH值为7～7．5时效果最佳。
3.3.2 温度和时间对DMD处理的影响
不同温度和时间对 DMD处理的影响分别见表6、表7。
表 6 温度对DMD处理的影响
温度/℃木质素/% 白度/%
20 17.04 15.83
40 16.52 16.22
60 16.18 16.47
80 .15.85 16.53
注：Oxone 6g/L, 丙酮6%，PH值为7～7.5，浴比 1：50，60min。