罗布麻纤维结构、针织加工与性能研究

论文摘要

罗布麻一般为野生原料，即使种植也无须喷施肥料与杀虫剂，且可被生物降解，是生态友好的“绿色纤维”之一，其产品具有一定的医疗保健功能和抗菌作用，同时罗布麻纤维是一种具有优良物理机械性能和服用性能的纤维，被誉为“野生纤维之王”，用其制作的抗菌纺织品深受国内外消费者的喜爱。但是据目前国内外的研究现状而言，人们对罗布麻纤维的研究尚不深入，主要停留在对罗布麻纤维的物理机械性能的研究上，对罗布麻单纤维形态结构以及聚集态结构的研究极少见诸报道。各种材料的性能决定了其用途，而各种材料的性能又是由其结构所决定的。形态结构是决定材料是否具有可纺性以及产品性能好坏的重要因素，同时聚集态结构是决定高聚物本体性质的主要因素，因此，本文对罗布麻单纤维的形态结构以及聚集态结构进行了深入研究，为解释罗布麻纤维及产品外在特性提供理论依据奠定基础。随着社会的发展，人类已跨步迈入21世纪，本世纪社会发展的主题是绿色环保、节约能源、可持续发展，因此，生物技术在各领域必将备受关注，进而缓解因化学加工带来的种种环境及能源问题。目前罗布麻初加工企业大都借鉴于较成熟的苎麻脱胶工艺，采用化学脱胶的方法对罗布麻进行初加工而生物脱胶尚处于起步阶段。由于化学加工有其不可避免的缺点，因此，本文对利用生物方法对罗布麻进行初加工进行了深入研究，并从多糖化学以及生物能力学的角度对罗布麻生物脱胶的机理进行了研究。罗布麻具有抑菌性已有大量文献报道，而人们对罗布麻的抑菌性能和抑菌机理还没有得到一个明确的答案和准确的认识。本课题在前人研究的基础上，对罗布麻的抑菌性能及抑菌机理进行了深入研究。此外本文还对罗布麻纤维纺纱、针织工艺及产品开发进行回顾与评述。针对以上几个问题本研究做了如下工作：首先对罗布麻的生长分布、生态特征、栽培技术、用途、纤维的特点及其纺织品的优异性能、纤维的制取方法及发展概况等进行了概述。其次利用光学显微镜对罗布麻纤维的形态结构进行了研究，结果表明，罗布麻纤维整体均呈细长梭状，纵向表面上，有清晰的节点；具有中腔，且中腔随纤维的位置不同，宽度也不同；纤维具有特殊的末端。利用透射电子显微镜（TEM）对罗布麻纤维的多重原纤结构进行了深入研究，罗布麻纤维微纤具有分子叉结构。利用X—射线衍射、红外光谱、拉曼光谱以及DSC对罗布麻纤维的结晶结构、取向结构以及分子组成进行了研究。按照GB／T5889—1986《苎麻化学成分定量分析方法》，对罗布麻的化学组成进行了分析，结果表明罗布麻与其它麻类的化学组成差异很大，其纤维素含量较少仅占罗布麻麻皮的45％左右，而半纤维素、木质素、水溶物和果胶的含量很高，高达55％左右，这使得罗布麻的脱胶难度较大。在此基础上，分析了罗布麻胶质的特点并得出罗布麻微生物脱胶的主要去除对象是除纤维素和本质素之外的多缩戊搪，多缩己糖及其杂聚多糖，而木质素则难以为微生物所降解。同时对微生物对胶质的降解原理及过程进行了深入研究，得出罗布麻胶质在有氧条件下经微生物降解的主要途径是：多糖胶质水解成戊糖、己糖；戊糖、己糖通过HMP和己糖互换途径转化为6-磷酸果糖；6-磷酸果糖经过EMP途径转化为丙酮酸；丙酮酸经三羧酸循环和氧化呼吸链彻底氧化为二氧化碳和水。接下来，在本试验条件下对好氧性微生物脱胶的影响因素进行了研究。结果表明影响罗布麻好氧微生物脱胶的因素主要有脱胶初始pH值、浴比、脱胶温度、脱胶时间、初始菌量、振荡器转速、液体细菌培养时间。通过试验逐一研究了这些因素的作用规律，并通过正交试验筛选出对脱胶影响较大的因素。进而利用二次通用旋转组合设计和优化得出生物脱胶的最优工艺参数：脱胶温度在41～42℃、初始pH值在8.8、菌液量为每4克罗布麻45～50mL，振荡器转速150r／min、菌液培养时间48h、脱胶时间24h、浴比1：25。此外还对微生物脱胶后的罗布麻进行简单的化学后处理，并与纯化学脱胶得到的精干麻进行了品质指标的对比测试，结果表明采用微生物化学联合脱胶法达到了脱胶的目的和要求，得到的精干麻综合指标K1=0.63471优于纯化学方法得到的精干麻的综合指标K2=0.54366。最后，本文对罗布麻纤维及其针织产品的抑菌性能进行分析研究。经测定罗布麻根、茎、叶的抗菌力，结果表明罗布麻根和叶在相同的测试条件下，可以杀灭绝大部分细菌或者把所有细菌杀死，麻皮的抑菌率比较弱。并通过分析其化学结构提出其抗菌效力不同的原因：罗布麻根中的酚类和甙类物质，茎中的酚类和鞣质类，叶中的酚类和β—谷甾醇和鞣质类对细菌的抑制和杀灭起主要作用。由于鞣质类的存在，罗布麻纤维对革兰染色阳性菌与革兰染色阴性菌的作用是不一样的，对后者的抑制力相对强一些。经测定罗布麻纤维对不同细菌和真菌的抑菌效力，结果显示罗布麻纤维属于轻度杀菌，与棉纤维相比，它能抑制细菌的生长，并能在足够的作用时间内杀灭部分细菌；罗布麻纤维对革兰染色阳性菌与革兰染色阴性菌的抑制能力是不一样的，对后者的抑制力相对强一些；罗布麻纤维对真菌的抑制作用不明显。并从微生物角度分析罗布麻纤维对不同致病菌具有不同抑菌率的原因与机理。根据不同标准运用不同的实验方法测定罗布麻纤维以不同的混纺比与棉纤维混纺织物的抗菌效力，结果显示随着罗布麻含量的降低混纺织物的抗菌力减弱。

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摘要

Abstract

第1章绪论

第1节罗布麻概况

1. 罗布麻及其生长分布情况

2. 罗布麻生态特征

3. 罗布麻的栽培及用途

3.1 罗布麻的栽培

3.2 罗布麻的用途

第2节罗布麻的纺织价值

1. 研究现状

2. 罗布麻制品的优异性能

2.1 医疗保健功能

2.2 天然无污染性

2.3 舒适性

2.4 原料充足性

第3节罗布麻纤维的制取方法概述

1. 剥麻

2. 脱胶

2.1 化学脱胶法

2.2 微生物脱胶法

2.2.1 天然水沤麻微生物脱胶法

2.2.2 人工接种微生物脱胶法

2.3 生物化学联合脱胶法

第4节国内外对麻纤维及其制品抗菌性能的研究

1. 对罗布麻抗菌性能的研究

2. 对亚麻抗菌性能的研究

3. 对大麻抗菌性能的研究

4. 对苎麻抗菌性能的研究

第5节本课题的目的、意义和主要研究内容

1. 目的和意义

2. 主要研究内容

参考资料

第2章罗布麻纤维素的结构研究

第1节纤维素的组成及聚集态结构研究概述

1. 纤维素生物质的组成

2. 纤维素的聚集态结构的测定

2.1 整体水平测定

2.2 超微结构水平测定

第2节罗布麻纤维结构研究

1. 罗布麻纤维的形态结构分析

1.1 罗布麻单纤维的提取及制样

1.1.1 化学试剂

1.1.2 实验步骤

1.2 罗布麻单纤维的整体形态

1.2.1 纵向外观研究

1.2.2 罗布麻单细胞纤维上的节点特征

1.2.3 罗布麻纤维的中腔

1.2.4 罗布麻单细胞纤维的末端

2. 罗布麻纤维的多重原纤结构

2.1 罗布麻纤维样品的制备

2.2 透射电子显微镜照片研究

3. 罗布麻纤维的结晶度与微晶尺寸

3.1 原料

3.2 一维X—射线仪器及制样

3.3 实验结果及讨论

4. 罗布麻纤维的取向结构

4.1 原料

4.2 二维X—射线衍射的测试仪器

4.3 二维X—射线衍射分析

5. 罗布麻纤维的光谱研究

5.1 红外光谱分析

5.1.1 原料

5.1.2 仪器设备及制样

5.1.3 试验结果与分析

5.2 拉曼光谱分析

5.2.1 原料

5.2.2 仪器设备及制样

5.2.3 试验结果与分析

6. 罗布麻纤维热学性能分析

6.1 原料

6.2 仪器及制样

6.3 试验结果与分析

7 本章结论

参考资料

第3章罗布麻生物脱胶原理及工艺研究

第1节罗布麻好氧微生物脱胶的机理研究

1. 罗布麻胶质的组成成分

2. 微生物对罗布麻脱胶的主要去除对象

3. 罗布麻胶质的微生物降解途径

3.1 胶质多糖的水解

3.2 戊糖、己糖转化为6-磷酸果糖

3.2.1 戊糖转化为5-磷酸核酮糖和5-磷酸木酮糖

3.2.2 HMP途径（磷酸戊糖循环）

3.2.3 己糖相互化换途径

3.3 6-磷酸果糖转化为丙酮酸及EMP途径

3.4 丙酮酸的生物氧化

3.4.1 生物氧化

3.4.2 TCA（三羧酸循环）与二氧化碳的生成

3.4.3 氧化呼吸链与水的生成

第2节罗布麻脱胶菌种的筛选及鉴定

1. 罗布麻脱胶菌种的筛选

1.1 材料与仪器

1.1.1 菌样及其来源

1.1.2 培养基

1.1.3 主要实验仪器

1.2 方法

1.2.1 菌种活化

1.2.2 菌种的分离

1.2.3 培养

1.2.4 接种脱胶

1.2.5 脱胶效果

1.3 菌种的初筛

1.4 脱胶菌的复筛

2. 菌种的鉴定

第3节罗布麻好氧微生物脱胶影响因素研究

1. 初始pH值的影响

1.1 试验方法

1.2 试验结果

1.3 讨论

1.4 调节pH值的方法

2. 脱胶温度的影响

2.1 试验方法与条件

2.2 试验结果

2.3 讨论

3. 浴比的影响

3.1 试验方法与条件

3.2 结果

3.3 讨论

4. 脱胶时间的影响

4.1 试验方法与条件

4.2 试验结果

5. 初始菌液量的影响

5.1 试验方法与条件

5.2 结果与讨论

6. 振荡器转速的影响

6.1 试验方法与条件

6.2 结果与讨论

7. 液体细菌培养时间的影响

7.1 试验方法与条件

7.2 结果与讨论

第4节影响脱胶效果的主要工艺参数的选择

1. 试验设计

2. 方法和步骤

3. 结果与分析

3.1 试验结果

3.2 分析和讨论

第5节罗布麻生物脱胶工艺参数优化

1. 试验设计

2. 试验结果和回归方程求解

2.1 试验结果

2.2 回归分析

2.3 试验结果分析

2.3.1 精干麻残胶率

2.3.2 精干麻长度

2.3.3 精干麻工艺纤维细度

3. 工艺参数的优化

3.1 优化方法

3.2 优化结果

第6节罗布麻生物化学联合脱胶工艺研究

1. 试验方法与条件

2. 结果与分析

第7节本章结论

参考文献

第4章罗布麻纤维性能及其针织物抑菌功能研究

第1节罗布麻精干麻性能测试与脱胶工艺比较

1. 测试材料、指标与方法

2. 结果与讨论

第2节罗布麻成纱与针织工艺研究

1. 罗布麻/棉（35/65）14.5Tex纱混纺工艺

1.1 原料预处理与混配

1.2 各工序工艺配置及主要工艺参数

2. 罗布麻/棉混纺针织加工

2.1 针织工艺要点

2.2 染整工艺要点

第3节罗布麻抑菌成分及其抑菌性能研究

1. 罗布麻不同部分抑菌成分

2. 罗布麻抑菌机理分析

3. 罗布麻不同部分材料的抑菌性能

3.1 试验结果

3.2 试验结果分析

第4节罗布麻纤维及其针织物抗菌性能研究

1. 罗布麻纤维带电性对抗菌性能的影响

2. 罗布麻纤维的抑菌性能

2.1 罗布麻纤维对阳性菌、阴性菌和真菌的作用

2.1.1 试验方法与条件

2.1.2 试验结果

2.1.3 实验结果探讨

2.2 罗布麻纤维对霉菌的作用

2.2.1 霉菌简介

2.2.2 土埋实验法

2.2.3 烧瓶振荡法

3. 罗布麻/棉混纺针织物抑菌性能研究

第6节本章结论

参考文献

第5章本文结论

致谢

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