天然竹纤维及其加工方法,以及所述竹纤维的应用

摘要

本发明公开了一种可纺性天然竹纤维，其加工方法以及所述天然竹纤维的应用。本发明所述的天然竹纤维的细度为1600～1900公支，长度为天然竹节长度。本发明所述的竹纤维加工方法包括原竹前处理工序、竹纤维加工工序和竹纤维后处理工序。所述的竹纤维加工工序包括浸泡、蒸煮、压扎、中和水洗、酶处理、二次蒸煮和二次水洗工序，其中所述的蒸煮工序可以在常压下进行，所述的酶处理工序中使用的酶为淀粉酶。根据本发明的方法制得的天然竹纤维在细度、强度等方面具有显著优点，可以满足纺织行业的特殊要求。由本发明制得的竹纤维纺制成的纱以及纺织的织物质量优良，有望成为家纺、服装等行业理想的新一代纺织原料。

说明书

技术领域

本发明涉及竹纤维及其加工方法，以及所述竹纤维的应用，具体地，本发明涉及一种可纺的、高细度的天然竹纤维及其加工方法，以及所述竹纤维的应用，特别是由所述的竹纤维生产的纱和织物。

背景技术

近年来，随着人民生活水平的提高，在家居用品和服饰上，追求舒适、回归自然已成为新的时尚。在纺织行业，纺织纤维分为天然纤维和化学纤维两类，虽然由化学纤维制成的面料具有耐磨、挺括、不易起皱褶等优点，但却存在舒适性差、透气性差等缺点。相反，由天然纤维制成的织物却具有良好的导湿透气性，穿着舒适，因此更易受到现代时尚人士的青睐。纺织行业中通常使用的天然纤维有棉、麻、毛、丝四大类，这些天然纤维来自动物或植物，但天然纤维，尤其是动物来源的天然纤维，容易受到资源有限等条件的限制，因此研究开发新的、来源丰富的天然纤维具有重要的意义。

竹子是一种生长周期短、产量高、易栽培的多年生植物。我国具有丰富的竹资源，无论是竹子的种植面积还是种类均居亚太地区之首。我国的主要竹类约有40属、400余种，竹林面积700多万公顷，占世界竹林面积的35％左右，占亚太地区的58％以上。

竹子密集的纹路呈直线型，韧性及耐磨性都很强，并有独特的回弹性，纵向和横向强度也较强；竹分子的横截面还布满了大大小小椭圆形的孔隙，可以在瞬间吸收并蒸发大量的水分。正是由于竹子自身的这些结构特点和性质，使得由竹子加工成的竹纤维秉承了竹子的诸多优点。比如：竹纤维可以降解，降解后对环境没有任何污染，又可以完全回归自然，故该纤维被称为环保纤维；竹纤维横截面内呈多孔状，因此竹纤维导湿性能极好，因此称为“会呼吸的纤维”；竹纤维还具有优良的回弹性和耐磨性；此外，竹纤维还具有天然抗菌和抑菌性能。所有这些优点使得竹纤维成为继棉、麻、毛、丝四大天然纤维之后的第五种具有巨大潜力的天然纤维。由天然竹纤维制成的面料具有轻质挺括、吸湿导湿性强、透气舒适、清爽凉快、光泽好、染色色彩亮丽等特点，并且具有抗紫外线、抑菌、防臭、防毒等保健功能，尤其是夏季穿着使人感到特别凉爽，因此由天然竹纤维制成的面料有望成为制造家纺类(如巾被类、床上用品等)、针织类(如T恤、内衣、袜子等)、衬衣、休闲服饰等的理想面料。

目前市场上的竹纤维有以下两类：一是用竹浆生产的再生纤维，通常称为竹浆纤维；二是经特殊工艺直接从竹子中提取的纤维，称为竹原纤维。由于竹原纤维在吸湿性、透气性、可纺性等方面具有更为优越的性能，因此研究可纺性竹原纤维具有明显的经济效益和良好的社会效益。

目前，将竹子加工成可纺性竹原纤维一般经历前处理工序、分解工序、纤维成型工序和后处理工序。现有技术中有数篇专利文献记载了可纺性竹原纤维的加工方法，但关于竹纤维的细度、强度等指标却鲜有记载，仅CN 1208505C公开了平均细度为1687公支左右的竹纤维及其加工方法，但本领域的普通技术人员很难根据说明书公开的内容实施该发明，并且方法中涉及的蒸煮工艺需要在压力容器中进行，不方便实施。中国专利CN1621580A、CN 1624212A和CN 1600907A记载的竹纤维的加工方法中涉及酶处理工序，但CN 1621580A中并没有公开酶的种类；CN 1624212A和CN 1600907A记载了使用植物酶菌(具体为稻草酶菌)的水溶液处理竹节，但这些文献均没有明确公开酶处理工序的目的、具体操作条件及所达到的技术效果，有关应用酶处理生产竹纤维的技术还很不成熟。因此，如何将原竹加工成在细度、强度等各方面均可满足纺织要求的可纺性竹原纤维尚有诸多技术难题亟待解决。

需要说明的是，本发明所述的天然竹纤维实际上是指由原竹直接加工而来的天然竹原纤维。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然竹纤维，其细度1600～1900公支，长度为天然竹节长度，例如20～30厘米，但细度为1687公支的竹纤维除外。所述竹纤维的细度优选1700～1900公支。所述的竹纤维易于制造，是具有高细度、高强度的环保型、性能优良的纺织原料。

本发明的另一目的是针对上述竹纤维加工方法存在的不足，提供了一种竹纤维加工方法，本发明的竹纤维加工方法包括原竹前处理工序、竹纤维加工工序和竹纤维后处理工序。

本发明的竹纤维加工方法中，所述的原竹前处理工序包括去竹节、去竹簧及制竹片等工序。所述的竹纤维前处理工序可按照本领域已知的方法以及使用常规的设备进行。

本发明的竹纤维加工方法中，所述的竹纤维加工工序包括蒸煮、压扎、中和水洗、酶处理、二次蒸煮和二次水洗工序。为了使竹片软化得更快，所述的竹纤维加工工序还可以在蒸煮工序之前加入浸泡工序。

本发明的竹纤维加工方法中，所述的竹纤维后处理工序包括分丝、脱水、柔软、湿梳、烘干、梳理工序。为了使制得的竹纤维色泽洁白，所述的竹纤维后处理工序中还可以在分丝工序之后加入漂白工序。所述的竹纤维后处理工序可按照本领域已知的方法以及使用常规的设备进行。

具体地，本发明的竹纤维加工方法中，由原竹前处理工序得到的竹片在经过浸泡、蒸煮、压扎、中和水洗工序后，得到竹纤维束纤；之后经酶处理、二次蒸煮和二次水洗工序，进一步除去竹纤维束纤中的果胶等成分，使所述的竹纤维束纤再次细分，得到更细的竹纤维束纤。所述竹纤维加工工序中所述的蒸煮工序在常压下进行，所述的酶处理工序中使用的酶为淀粉酶。

所述的竹纤维加工工序的具体步骤是：

(1)浸泡工序，将制好的竹片在含0.01％～0.05％(w/w)渗透剂的中性水溶液中浸泡8～11小时；

(2)蒸煮工序，是将原竹前处理工序得到的竹片或浸泡工序中得到的竹片在蒸煮液中于常压下蒸煮3.0～3.5小时，其中所述的蒸煮液为烧碱(NaOH)的水溶液，其中含有渗透剂，渗透剂的浓度为1％(w/w)左右，所述的烧碱可以使用固体烧碱或液体烧碱，烧碱的加入量是使蒸煮液的pH在12或12以上，蒸煮温度为95～100℃，蒸煮液与竹片的体积比2∶1～4∶1；

(3)压扎工序，采用常规使用的压扎机将蒸煮好的竹片带水压扎，并在压扎机后部用水喷淋洗涤压扎后的竹片，其中，压扎过程中保持竹片温度为70～80℃；

(4)中和水洗工序，将压扎过程中得到的絮状薄片在第二条压扎线上使用弱酸液进行中和处理，使中和后絮状薄片的pH值大约为7.5，随后将中和后的絮状薄片二次带水压扎2～3次，得到竹纤维束纤；

(5)酶处理工序，室温下，将上述工序得到的竹纤维束纤在淀粉酶溶液中浸泡酶解20～120分钟；和

(6)二次蒸煮和水洗工序，将浸泡在含酶溶液中的竹纤维束纤在大约80℃蒸煮1小时，然后用流动水洗涤蒸煮后的竹纤维束纤，洗涤后的竹纤维束纤pH值为6.5～7.0，得到更细的竹纤维束纤。

由二次蒸煮和水洗工序得到的竹纤维束纤经过下述的竹纤维后处理工序最终得到满足纺织需要的竹纤维单纤。

更具体地，本发明的竹纤维加工方法的各工序可采用如下工艺条件：

(一)原竹前处理工序

所述的原竹前处理工序包括去竹节、去竹簧及制竹片等工序，本发明的原竹前处理工序可以采用本领域公知的方法完成。

本发明的方法所使用的原料竹可以选择各个种属的竹子，如毛竹、翠竹、小山竹等，且优选毛竹和小山竹；考虑到毛竹的资源丰富、易于获得，因此最优选为毛竹。所选竹子的生长期为2个月～2年，优选1～2年。考虑到靠近根部的一段竹筒中含有较多果胶等物质，处理难度大，因此实际操作中优选将靠近根部约20厘米的竹节弃去。

其中所述的去竹节工序可采用手工方法或机械方法将原竹去枝节、去尖梢、制成自然竹节长度的竹筒；所述去竹簧及制竹片工序是通过手工操作或应用现有技术中已有的简单工具，如撞竹机将上述竹筒破碎，去除竹子内壁不含竹纤维的膜，即竹簧，并制成一定宽度的竹片，竹片的宽度以2～3厘米为宜。

(二)竹纤维加工工序

所述的竹纤维加工工序包括蒸煮、压扎、中和水洗、酶处理、二次蒸煮和二次水洗工序。为了使竹片软化得更快，所述的竹纤维加工工序还可以在蒸煮工序之前加入浸泡工序。

本发明的竹纤维加工工序中，所述的浸泡工序是将制好的竹片浸泡在含0.01％～0.05％(w/w)渗透剂的中性水溶液中浸泡一段时间，其目的在于加速竹片的软化，使下面的工序得以顺利进行。其中所述的渗透剂可以是常规使用的渗透剂，例如脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)、1，2-二正丁基萘-6-磺酸钠(BX)、脂肪醇聚氧烷基醚(SF)和其中任意两种或多种的混合物，优选JFC-BX混合型渗透剂，所述浸泡时间为8～11个小时；

所述的蒸煮工序是将原竹前处理工序得到的竹片或浸泡工序中得到的竹片在蒸煮液中于常压下蒸煮一段时间，其目的在于溶解竹片中含有的果胶等物质。其中所述的蒸煮液为烧碱(NaOH)的水溶液，其中含有渗透剂，渗透剂的浓度为1％(w/w)左右，所述的烧碱可以使用固体烧碱或液体烧碱，烧碱的加入量是使蒸煮液的pH在12或12以上，所述的渗透剂可以是常规使用的渗透剂，例如脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)、1，2-二正丁基萘-6-磺酸钠(BX)、脂肪醇聚氧烷基醚(SF)和其中任意两种或多种的混合物，优选JFC-BX混合型渗透剂；所述的蒸煮温度为95～100℃，蒸煮时间为3.0～3.5小时，蒸煮液与竹片的体积比2∶1～4∶1；

所述的压扎工序是采用常规使用的压扎机将蒸煮好的竹片带水压扎，并在压扎机后部用水喷淋洗涤压扎后的竹片，其目的在于除去大部分碱和大部分经蒸煮分解出来的杂质。其中，压扎过程中保持竹片温度为70～80℃。以2厘米左右宽的竹片为例，经过压扎后形成20～24厘米宽的絮状薄片。

所述的中和水洗工序是将压扎过程中得到的絮状薄片在第二条压扎线上使用弱酸液进行中和处理，采用第二条压扎线的目的在于进一步除去竹簧、果胶等杂质，使竹纤维进一步剥离，从而得到竹纤维束纤。其中，所述的弱酸液可以是常规使用弱酸，如草酸等，中和后絮状薄片的pH值应在7.5左右，随后将中和后的絮状薄片二次带水压扎2～3次；所述的竹纤维束纤是指表观看似单根的纤维，实质上所谓的“单根”纤维是很多根竹纤维单纤的集合。

所述的酶处理工序是将二次带水压扎后的竹纤维束纤浸入含酶溶液中酶解一段时间，其目的在于进一步除去竹纤维中的果胶等成分，从而将竹纤维束纤进一步分离细化。

所述酶处理工序中所使用的酶为淀粉酶，酶溶液的浓度为1％～10％(w/w)，优选为1％～5％(w/w)，更优选为1.5％～3％(w/w)，最优选为2％(w/w)；酶解温度为常温，最高不超过40℃，以保持酶的活性，优选为20～35℃，更优选为25～30℃；酶解时间为20～120分钟，优选为30～50分钟，通常为40分钟左右；

所述的二次蒸煮和二次水洗工序是将浸泡在含酶溶液中的竹纤维束纤在一定温度下蒸煮一段时间，然后用流动水洗涤蒸煮后的竹纤维束纤，洗涤后的竹纤维束纤pH值为6.5～7.0。其中所述的蒸煮温度为大约80℃，蒸煮时间大约1小时。

经过上述酶处理工序、二次蒸煮和二次水洗工序，得到更细的竹纤维束纤。

(三)竹纤维后处理工序

所述的竹纤维后处理工序通常包括分丝、脱水、柔软、湿梳、烘干、梳理工序。为了使制得的竹纤维色泽洁白，所述的竹纤维后处理工序中还可以在分丝工序之后加入漂白工序。

本发明的竹纤维后处理工序中，所述的分丝工序采用常规使用的分丝机将上述工序得到的竹纤维分离成网状纤维；所述的漂白、脱水、柔软、湿梳、烘干、梳理工序均可采用本领域的公知技术，使用常规的设备和常规的辅料如油剂完成。

由竹纤维加工工序得到的竹纤维束纤经过所述竹纤维后处理工序处理后，最终得到具有可纺性的、细度为1600～1900公支的竹纤维单纤。

本发明的又一目的是提供了由本发明的竹纤维纺制的纱，特别是高支纱，所述纱的细度为28～70公支。所述的纱可以是由本发明的竹纤维纺制的纯竹纱，也可以是由本发明的竹纤维与一种或多种天然纤维和/或化学纤维和/或合成纤维混纺得到的混纺纱，所述的纱在强度、细度以及各种应有性能等方面均可满足纺织行业的要求。

本发明的又一目的是提供了用本发明的竹纤维生产的织物。所述织物包括纺织物、针织物等，所述的纺织品可以是平纹布、斜纹布等，所述织物可以单独由本发明的竹纤维制成，也可以是本发明的竹纤维与一种或多种天然纤维和/或化学纤维和/或合成纤维的混纺物，用本发明竹纤维的纯竹纱纺织的平纹布在外观、手感、吸水性、透气性等方面类似于丝绸织物，其抗菌性、悬垂性、回弹性、耐磨性、抗紫外线以及对皮肤的刺激性等方面具有独特的优点。

由于本发明采用物理方法直接从原竹中制得可纺性竹纤维，因而秉承了原竹的许多天然特性。使得由本发明的竹纤维通过绢纺、麻纺、棉纺、混纺等纺织工艺制成的各类纺织原料也具有天然竹的优良特征，例如凉爽、透气、清热、抗菌等，符合当今世界崇尚自然、追求舒适的潮流。因此，用本发明的竹纤维制成的各类产品将为公众带来一种新的天然纤维品种，因此具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1制得的本发明天然竹纤维的纵面电镜照片；

图2为实施例1制得的本发明天然竹纤维的截面电镜照片；

图3为实施例1制得的本发明天然竹纤维中腔的电镜照片。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明进行详细地说明。

实施例1  竹纤维的生产

1、预处理：将生长期为1～2年的毛竹去枝节、去尖梢、弃去靠近根部20厘米的部分，按竹节的自然长度切割成竹筒，长度20厘米左右，然后用撞竹机将所述的竹筒破碎除去竹簧后，制成2厘米左右宽度的竹片；

2、浸泡：将制好的竹片尽量有规则地码放，并浸泡在含0.01％(w/w)JFC-BX混合型渗透剂的中性溶液中，浸泡时间为10～11小时；

3、蒸煮：将浸泡过的竹片在常压下于100℃加盖蒸煮3小时，蒸煮液为烧碱(NaOH)的水溶液，其中含有渗透剂，渗透剂的浓度为1％(w/w)左右，所述的渗透剂是JFC-BX混合型渗透剂，蒸煮液的pH值为13，其中蒸煮液与竹片的体积比为2∶1；

4、压扎、中和和水洗：将蒸煮好的竹片用常规的压扎机带水压扎，压扎过程中保持竹片温度为70～80℃，得到絮状薄片，在压扎机后部用水喷淋洗涤得到的絮状薄片；在第二条压扎线上使用草酸液进行中和处理，并使中和后的pH值在7.5左右，然后将中和后的絮状薄片带水压扎2次，得到竹纤维束纤；

5、酶处理：将二次带水压扎后的竹纤维束纤浸入2％(w/w)的淀粉酶溶液中，在25～30℃下酶解40分钟；

6、二次蒸煮和水洗：将浸泡在淀粉酶溶液中的竹纤维束纤在80℃下加盖蒸煮1小时，然后用水流动洗涤蒸煮后的竹纤维束纤，洗涤后的竹纤维束纤的pH值为6.5～7.0，得到更细的竹纤维束纤。

7、后处理：用分丝机将上个工序得到的竹纤维束纤分离成网状纤维；用1％(w/w)的双氧水作为漂白剂将浅黄色网状纤维漂白1小时；用水将漂白纤维洗净后，用2％(w/w)有机硅柔软剂FK-220C2将网状纤维软化20分钟；将软化好的纤维离心脱水，脱水率65％；将脱水后的湿纤维用湿梳机湿梳成条；采用连续式烘干技术将湿梳成条的网状湿纤维烘干；将烘干的网状纤维用梳棉机(型号CZ1918，青岛东昌纺机设备有限公司)梳理成竹纤维单纤。

根据上述工艺条件得到的竹纤维的细度为5.46dtex(1831.3公支)、强度为5.31(cN/dtex)、伸长度为3.6、柔软度为16(捻/5厘米)。

上述制得竹纤维的电镜照片如图1至图3所示。

实施例2  纯竹纱的生产

采用经过牵切的延展制条纺纱工艺，由本发明的竹纤维制得的天然竹纤维纯竹纱(40～70公支)。本发明中使用的纺织工艺和纺织设备为纺织行业常规使用的纺织工艺和纺织设备。具体纺制的工艺流程如下：

牵切→拣纤、分磅→延展(2道)→制条→针梳(4道)→粗纱→细纱

随后，采用纺织行业常规的方法和设备对制得的纯竹纱的各种质量参数如线密度、强度、强度不均、伸长率、条干、细节、粗节、结粒等进行了测定。同时测定了同样线密度的苎麻纱的各个质量参数，结果列于表1。

表1  本发明的竹纤维纱的质量参数

  纱  线密度  (tex)  强度  (cN/tex)  强度不均  CV(％)  伸长率  (％)  条干  CV(％)  细节  (-50％)  (个/km)  粗节  (+50％)  (个/km)  结粒  (+200％)  (个/km)  纯竹纱  16.7  9.44  32.80  2.58  27.1  1440  780  1104  纯竹纱  27.8  14.51  24.5  3.68  20.41  380  430  1037  苎麻纱  27.8  19.31  23.4  2.73  20.66  335  457  1091

表1的数据显示：与同样线密度的苎麻纱的质量参数相比，由本发明的竹纤维纺制的天然竹纤维纯竹纱除强度略低外，其余质量参数均与苎麻纱基本相当，完全可以满足纺织行业的特殊要求。