P. A. Bobade， R. Shinde， S. Sawant

賈瓦哈拉爾達(dá)爾達(dá)工程技術(shù)學(xué)院(印度)

韌皮纖維存在于植物的韌皮組織中。它支撐韌皮部的傳導(dǎo)細(xì)胞，并為莖提供支撐力。一些重要的韌皮纖維主要來自亞麻、大麻或苧麻等重要的經(jīng)濟(jì)作物，然而在過去，韌皮纖維也曾產(chǎn)自野生植物(如刺蕁麻)和樹木(椴樹、梧桐、紫藤和桑樹等)。黃麻纖維即是從一種黃麻植物的莖中提取而來的。通常，韌皮纖維柔軟而富有彈性。韌皮纖維比其他纖維有更好的抗拉強(qiáng)度，可用于繩索、紗線、紙張、復(fù)合材料和粗麻布等紡織產(chǎn)品的制備。韌皮纖維的一個(gè)重要特性是含有纖維節(jié)點(diǎn)，而棉纖維等則沒有。

圖1 芋頭植物

芋頭是一種天然綠色韌皮類蔬菜，如圖1所示，屬天南星科，是天南星科植物中種植最廣泛的物種。芋頭是熱帶和亞熱帶地區(qū)非常重要的自然資源，極具應(yīng)用價(jià)值。通過水漚脫膠和化學(xué)脫膠可以獲得芋頭纖維。芋頭的球莖(類似山藥)是非洲、海洋和南亞地區(qū)居民的主食。芋頭被認(rèn)為是最早栽培的植物之一。芋頭還有一些如大象葉、可可葉等別名的品種，在熱帶和亞熱帶地區(qū)被廣泛栽培。這些品種葉片較大，呈箭形，長(zhǎng)度為20～150 cm。植株高約152～213 cm，其莖為綠色。

1 材料和方法

1.1 材料

芋頭是一種天然可食用植物，從其莖部可提取芋頭纖維。本研究從某農(nóng)場(chǎng)采集了20株芋頭莖，重約2 kg。

1.2 纖維提取方法

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了水漚脫膠和化學(xué)脫膠2種脫膠方法，探討從芋頭莖中提取纖維的最佳工藝參數(shù)。水漚脫膠是一種使用微生物或有機(jī)體和水分對(duì)芋頭莖部產(chǎn)生作用的過程。試驗(yàn)以6根芋頭植株的莖為原料進(jìn)行水漚脫膠，另取6根芋頭植株的莖進(jìn)行化學(xué)脫膠。因?yàn)榍o的底部寬度大于頂部，需從距離地面25～30 cm切取芋頭莖，如圖2a)所示。圖2b)為水漚脫膠后的芋頭莖部。

1.2.1 水漚脫膠法

水漚脫膠是將捆在一起的芋頭莖浸入水漚池中，通過生物降解使芋頭纖維與木質(zhì)素分離的一種脫膠工藝。其中，不同水漚浸潤(rùn)時(shí)間條件下，水漚脫膠法提取的芋頭纖維如圖3所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，水漚脫膠的第2天，纖維已可容易地從莖中提取。

圖3 水漚脫膠工藝提取的芋頭纖維

1.2.2 化學(xué)脫膠法

采用化學(xué)脫膠法提取芋頭莖部的纖維，脫膠第6天的芋頭纖維相較于水漚脫膠更容易被提取(圖4)。與水漚脫膠法相比，化學(xué)脫膠法可提取更多的芋頭纖維。最終，本文確定采用化學(xué)脫膠法從芋頭植物中提取芋頭纖維。

圖4 化學(xué)脫膠法提取的芋頭纖維

2 結(jié)果和討論

測(cè)試芋頭纖維與黃麻纖維的強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、細(xì)度、含水率和長(zhǎng)度特性并進(jìn)行對(duì)比。

2.1 強(qiáng)度

強(qiáng)度是纖維最重要的本質(zhì)屬性之一，通常是指單位線密度纖維被拉伸至斷裂所需的力。紡織品除需經(jīng)久耐用外，在機(jī)械和化學(xué)加工中還需有足夠的強(qiáng)度。芋頭纖維的強(qiáng)度低于黃麻纖維(圖5)。

圖5 芋頭纖維和黃麻纖維的強(qiáng)度

2.2 斷裂伸長(zhǎng)率

紡織材料的斷裂伸長(zhǎng)率是表征其性能的一個(gè)重要指標(biāo)，用纖維拉伸斷裂時(shí)長(zhǎng)度的增加百分比來表示。芋頭纖維的斷裂伸長(zhǎng)率大于黃麻纖維(圖6)。纖維微結(jié)構(gòu)中原纖相對(duì)纖維軸向的傾角是影響其伸長(zhǎng)率的重要因素，增加傾角會(huì)減少纖維的拉伸力。

圖6 芋頭纖維和黃麻纖維的斷裂伸長(zhǎng)率

2.3 線密度

纖維線密度也是纖維的重要特性之一。纖維線密度決定了芋頭纖維橫截面上的纖維根數(shù)。本試驗(yàn)提取的芋頭纖維的線密度為34.40 tex，而黃麻纖維的線密度為2.08 tex(圖7)，芋頭纖維線密度遠(yuǎn)大于黃麻纖維。纖維線密度與纖維的直徑直接相關(guān)。

圖7 芋頭纖維和黃麻纖維的線密度

2.4 含水率

芋頭纖維和黃麻纖維的含水率測(cè)試結(jié)果如圖8所示。含水率可用于描述纖維中的水分含量，通常由纖維或面料中所含水分的質(zhì)量與其整體質(zhì)量的百分比來表示。紡織纖維的含水率主要取決于其生長(zhǎng)環(huán)境等條件。含水率與纖維微觀結(jié)構(gòu)中的無定形區(qū)有關(guān)，芋頭纖維因其橫截面積較大，含水率高于黃麻纖維。

圖8 芋頭纖維和黃麻纖維的含水率

2.5 纖維長(zhǎng)度

芋頭纖維和黃麻纖維的長(zhǎng)度測(cè)試結(jié)果如圖9所示。長(zhǎng)度是紡織纖維最重要的參數(shù)之一。纖維長(zhǎng)度是原料分級(jí)的一個(gè)重要依據(jù)。芋頭纖維因在提取過程中斷裂根數(shù)較少而具有較大的平均長(zhǎng)度。

圖9 芋頭纖維和黃麻纖維的長(zhǎng)度

3 結(jié)論

與黃麻纖維相比，芋頭纖維的強(qiáng)度較低，斷裂伸長(zhǎng)率較高。芋頭纖維因具有較大的橫截面，其含水率也較高。與黃麻相比，芋頭纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)，且可生物降解。芋頭植物的其他部位也有許多用途。因此，可將芋頭纖維視為纖維制備和產(chǎn)品開發(fā)的一種可持續(xù)資源。