纤维素纤维的生物降解性研究

摘要

纤维素作为一种天然的可再生高分子材料,大量存在于绿色植物中,是自然界取之不尽用之不竭的资源,纤维素纤维具有良好的皮肤接触性、穿着舒适性以及易生物降解等优良特性。对纤维素纤维的利用、处理和研究是当前绿色纺织品的一项重要内容。在环境负荷日益加剧的今天,如何利用纤维的降解特点,通过简单的处理将其降解为低分子物质等,从废弃物的利用和环境保护的角度来说都是十分有意义的。
　　 本文以天然纤维素纤维和再生纤维素纤维为研究对象,利用自行设计加工的生物降解试验装置,研究了纤维素纤维在河道活性污泥和桑田土壤中的生物降解性能,分析了降解周期、温度、包覆尼龙网袋与否等因素对纤维降解性的影响。其中,实验所用活性污泥中微生物的含量分别为细菌1.9x107 CFU·g-1,真菌5.1×103 CFU·g-1,放线菌8.8×104 CFU·g-1；土壤中微生物的含量分别为细菌1.1×107 CFU·g-1,真菌9.2×104 CFU·g-1,放线菌1.5×105 CFU·g-1。
　　 纤维素纤维在活性污泥中的生物降解性:采用活性污泥法对天然纤维素纤维和再生纤维素纤维进行厌氧条件下的生物降解性研究,分析与比较试样的降解率、形态结构、结晶结构、热学性能和力学性能与降解时间、温度的关系,在此基础上,进一步分析比较纱线外包覆尼龙网袋与否对其降解性的影响。研究结果表明:
　　 纤维素纤维在35℃的污泥中填埋降解后,降解率随填埋时间的增加而逐步增加,再生纤维素纤维的降解率普遍高于天然纤维素纤维；纤维颜色变为黄色,表面有被微生物啃噬的痕迹,以及微孔、裂缝出现；X-射线衍射强度曲线上,在2θ=26.5。附近有新的衍射峰出现,结晶度以及热学性能存在一定的波动；纱线的力学性能在填埋1周后即大幅下降,其断裂强度、初始模量下降率均达60％以上；再生纤维素纤维的断裂强度、断裂伸长率更达90％；竹浆、Viloft纱则无法取得合适的力学性能测试所需的样。
　　 在35℃、40℃和45℃的污泥中填埋2周后,再生纤维素纤维的降解率普遍高于天然纤维素纤维。随着温度的升高,纤维逐渐变为黄色,且35℃和45℃时,纤维表面出现的孔洞、裂缝数量及破损度较40℃时大,相应地力学性能下降程度也较大；纤维晶型结构的变化不明显,天然纤维素纤维的结晶度增加,而再生纤维素纤维的结晶度则减小。
　　 纤维外包覆尼龙网袋与否对其降解性有一定的影响。与填埋时将纱线用尼龙网袋包覆的情况相比,未包覆尼龙网袋的试样降解较剧烈,纱线颜色变为黄色,表面有孔洞以及断裂现象；纤维被填埋2周后,2θ角为26.5°附近即形成新衍射峰,结晶度较低；纱线的力学性能下降率较高。
　　 纤维素纤维在土壤中的生物降解性:采用土埋法对天然纤维素纤维和再生纤维素纤维进行厌氧条件下的生物降解性研究,分析与比较了降解周期、温度对试样的降解率、形态结构、结晶结构和力学性能变化的影响。研究结果表明:
　　 纱线被填埋于35℃的土壤中后,随着时间的延长,降解率逐步增加；纤维颜色逐渐变为褐色,表面有微孔、裂缝出现；在20=26.5°和29.4°附近,形成两个新衍射峰,结晶度与降解时间之间没有明确的规律性；纱线的力学性能随降解时间的增加大幅下降。
　　 随着试验温度的升高,纤维的降解率呈先下降再增加的变化规律；在温度为35℃、40℃和45℃的桑田土壤中降解4周后,纤维的颜色分别变为褐色、黄褐色、淡黄色,纤维表面均出现了微孔、坑穴,不过温度为40℃时,纤维的破损较少,可取得进行力学性能测试的试样。纤维的聚集态结构变化在35℃时较40℃、45℃时大。