菠萝叶纤维

菠萝纤维1、菠萝纤维简介菠萝纤维即菠萝叶纤维，又称凤梨麻，是从菠萝叶片中提取的纤维，属于叶片麻类纤维。菠萝植株的叶片长约3~5英尺、宽约1~2英尺，与其它硬纤维植株相比，叶片显得较薄。纤维重量约是叶片重量的3%。菠萝纤维由许多纤维束紧密结合而成，每个纤维束又由10~20根单纤维细胞集合组成，单纤维长度最长0.36英寸，最短0.1英寸，细度最小1—4微米，最大约26微米。纤维表面粗糙，有纵向缝隙和孔洞，横向有枝节，无天然扭曲。单纤维细胞呈圆筒形，两端尖，表面光滑，有线状中腔。菠萝纤维外观洁白，柔软爽滑，手感如蚕丝，故又有菠萝丝的称谓。表1、菠萝叶纤维与苎麻、亚麻、黄麻纤维的对比菠萝纤维经深加工处理后，有3—4英尺长，外观洁白光亮，柔软爽滑，强度通常比苎麻高25%。可与天然纤维或合成纤维混纺，所织制的织物容易印染，吸汗透气，挺括不起皱，穿着舒适。2、微细结构菠萝叶纤维表面比较粗糙，纤维纵向有缝隙和孔洞，横向有枝节，无天然转曲。单纤维细胞呈圆筒形，两端尖，表面光滑，有中腔，呈线状。横截面呈卵圆形至多角形，每个纤维束由10～20根单纤维组成。单纤维细胞长约2～10mm，宽约1～26μm，长径比为450。纤维细胞壁的次生壁具有少许木质化的薄外层和厚内层，外层微纤维与纤维轴的交角为60°，内层为20°。在内层的表面还覆盖着一层很薄的无定形物质。胞腔较大，胞间层是高度木质化的。表2、菠萝叶纤维和亚麻、黄麻纤维微细结构的对比由表2可以看出，菠萝叶纤维的结晶度、取向因子均较亚麻、黄麻纤维高，说明其纤维中无定形区较小，大分子排列整齐密实，这也是其密度比亚麻、黄麻高的原因之一，同时，较高的结晶度和取向度致使菠萝叶纤维的强度和刚度大而伸长小。3、菠萝纤维的化学组成菠萝叶纤维主要由纤维素和非纤维素(半纤维素、木质素和果胶质)等成分组成。其中纤维素含量56．0％～68．5％；半纤维素含量16．0％～18．8％；果胶质含量1．1％～2．0％；术质素含量6．0％～13．0％；水溶物含量1．0％～1．46％；脂蜡质含量3．2％～7．2％；灰分含量0．9％～2．8％。表3、菠萝叶纤维与苎麻、亚麻、黄麻化学成分的对比由表3可知，菠萝纤维的化学组成与亚麻、黄麻类似，但纤维素含量较低，半纤维素和木质素含量偏高，故菠萝纤维粗硬，伸长小，弹性差，吸湿放湿快。纤维中脂蜡质含量较高，因此光泽较好。菠萝纤维的可纺性能优于黄麻而次于亚麻，在纺纱前进行适当的脱胶处理可以改善可纺性。4、菠萝纤维的物理机械性能菠萝纤维的单纤维长度较短，所以在菠萝纤维在纺纱加工前必须进行脱胶处理，而且必须是半脱胶来保证有一定的残胶存在，将很短的单纤维粘连成满足纺纱工艺要求的束纤维。菠萝纤维的束纤维长度达到10~90cm，线密度为2.5~4tex，密度为1.543g/cm3。菠萝纤维的结晶度和取向度较高，结晶度为0.72，取向因子为0.97，说明纤维结晶区内大分子排列较整齐密实，缝隙空洞较少。菠萝纤维的强度为30.56cN/tex，伸长为3.42%，弹性模量为9.99，柔软度为185捻/20cm，可见菠萝纤维的强度较大，伸长较小，弹性较差。表4、菠萝叶纤维与苎麻、亚麻、黄麻机械强度的对比由表4可以看出，菠萝纤维的单纤维长度较短，在纺纱加工时采用工艺纤维，在脱胶处理时采用半脱胶，以保证残胶能够将短纤维粘连成符合工艺要求的工艺纤维。菠萝工艺纤维的强度和断裂伸长介于亚麻与黄麻之间，故其成纱质量优于黄麻而次于亚麻。5、菠萝纤维的抗菌机理5.1抗菌性能的定性分析通过采用AATCC147-2004标准，对菠萝叶纤维的抗菌性能进行定性分析。研究结果表明，菠萝叶纤维对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌均具有良好的抗菌效果，与纤维接触区域无细菌生长，但也无抑菌带出现。按抗菌方式来分，菠萝叶纤维属于非溶出型纤维，细菌在该纤维表面就难以存活、繁殖。而溶出型纤维的抗菌物质具有高溶出性，被认为有可能会破坏人体健康皮肤菌群平衡。因此，非溶出型纤维比溶出型纤维具有更好的安全性和耐久性。5.2抗菌性能的定量分析表5、菠萝叶纤维的抗菌性能从表5可以看出，菠萝叶纤维对金黄色葡萄球菌的抑菌值为4.34，而亚麻纤维对金黄色葡萄球菌的抑菌值为0.84，说明菠萝叶纤维对金黄色葡萄球菌具有较好的抑菌效果，亚麻纤维对金黄色葡萄球菌无抑菌效果；菠萝叶纤维对大肠杆菌的抑菌值为6.73，而亚麻纤维对大肠杆菌的抑菌值为3.12，表明二者对大肠杆菌均具有抑菌效果，但菠萝叶纤维的抑菌效果显著大于亚麻纤维；菠萝叶纤维对金黄色葡萄球菌的杀菌值为1.25，亚麻纤维对金黄色葡萄球菌的杀菌值为-2.25，说明菠萝叶纤维对金黄色葡萄球菌具有杀菌效果，亚麻纤维对金黄色葡萄球菌无杀菌效果；菠萝叶纤维对大肠杆菌的杀菌值为3.46，亚麻纤维对大肠杆菌的杀菌值为-0.15，表明菠萝叶纤维对大肠杆菌也具有杀菌效果，且显著比亚麻纤维强。5.3菠萝叶抗菌机理分析（1）许多研究者认为木质素是芳香族类单基的高聚物，其构造单元为苯环上有三个碳原子侧链的芳香物质，属于苯丙烷的衍生物，其含量多少是评价纤维品质的重要因素，木质素含量少的纤维具有柔软和光泽好的优点，在纤维后期处理中具有重要意义。关于汉麻纤维、竹纤维等天然纤维具有天然抗菌性已有报道，其机理也有大量研究，但至今仍未有明确结论。菠萝叶纤维对细菌的抑菌、杀菌机理也在研究中，据分析可能与菠萝叶纤维中残存的酚类物质有关。现代医学研究表明，酚类物质可以抵抗多种微生物，破坏菌类生物体的形成、细胞的通透性、有丝分裂、菌丝的生长、孢子萌发，阻碍呼吸作用及细胞膨胀，促进细胞原生质体的解体和细胞壁损坏等。天然纤维的抗菌机理，多数学者认为，其中的酚类物质可能是天然的抗菌物质。菠萝叶纤维中的纤维素含量比亚麻低了4.59％，木质素含量比亚麻高了4.63％，可能与菠萝叶纤维的酚类物质有关。（2）金黄色葡萄球菌属于革兰氏阳性菌，而革兰氏阳性菌的细胞壁厚约20～80nm，有15～50层肽聚糖片层，含20％～40％的磷壁酸。大肠杆菌属于革兰氏阴性菌，其细胞壁厚约10nm，仅2～3层肽聚糖，另外还有脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。有研究表明，菠萝叶纤维中的抗菌物质较容易破坏革兰氏阴性菌的细胞壁结构，破坏细菌的蛋白质和核酸等结构[。本研究结果表明，菠萝叶纤维对大肠杆菌比对金黄色葡萄球菌具有较强的抑菌、杀菌效果。对金黄色葡萄球菌的抑菌值为4.34，杀菌值为1.25；对大肠杆菌的抑菌值为6.73，杀菌值为3.46。菠萝叶纤维对革兰氏阴性菌比对革兰氏阳性菌具有较强的抑菌、杀菌效果，即可能与这两种参试细菌的细胞壁结构有关，也可能与菠萝叶纤维中残存的酚类物质有关。（3）纤维的多空结构易于吸附氧气，使厌氧菌难以存活，同时这一结构使细菌赖以生存的潮湿环境受到破坏，其代谢作用与生理活动受到抑制，从而达到抑菌效果。本研究结果表明，菠萝叶纤维表面有纵向裂缝和孔洞，表面还有突起，突起上面有许多孔洞，这些孔洞增大了纤维的比表面积，多空结构易于吸附氧气，使厌氧菌难于存活，这使得菠萝叶纤维具有比亚麻纤维有较强的抑菌性和杀菌性。至于菠萝叶纤维如何具有极大的吸附特性目前缺乏直接的证据，对菠萝叶纤维自身含有的化学物质具有的抗菌功能也有待进一步研究。6、菠萝纤维的应用方向6.1菠萝纤维的提取目前全球有丰富的菠萝纤维资源，但由于尚未得到充分利用而大部分成为农业废料。我国是菠萝种植大国，热、温带地区种植菠萝约100万亩，菠萝叶全部利用可年产菠萝纤维6万吨。提取纤维后的菠萝叶粉末还可直接做青饲料、制沼气和制造有机肥料，从而使目前大量废弃并严重污染环境的菠萝叶得到充分利用。生物取纤法尚处于实验室阶段。目前取纤的方法主要为人工取纤法、机械取纤法与化学取纤法三种。(1)、人工取纤方法：最早菠萝叶加工的方法是先去除边缘的刺，再压在长条椅子上面，用碗刮去叶面的黏液胶质，让纤维露出。然后再用酸粥或饭汁浸一天，用水清洗黏液。接下来捻纱过浆，再用纱棒缠紧，就可以做为纺织的材料。用这种纤维制造的布摸起来触感不是很好，也不吸汗，硬梆梆的。后来为了节省人工、改善质量并且量化生产，就进步到用锅煮法来取纤︰将菠萝生叶细条放入锅内蒸煮、精练后取出，在叶片上覆盖湿的草蓆让它发酵，发酵后刮除叶片四周的叶肉部份、再将织维绑成一束束的予以漂白，并以草酸液处理，经过水洗及日光曝晒干躁后即成菠萝纤维，便可纺成纱线、织布。(2)、机械取纤方法：菠萝叶收割后，利用刮麻机将菠萝叶的叶肉胶质刮除，再将剩下纤维部分予以烘干或晒干，纤维经过梳理与整理后切成一定长度，即成菠萝纤维便可纺纱。利用机械开纤取得的纤维强度较低，无法满足纺纱的要求，因此以往只能将菠萝纤维与其它纤维混纺，来提升纱线强力。(3)、化学取纤法：菠萝叶片使用化学处理(脱胶和改性)的方法进行处理，可以提取纤维。把纯菠萝纤维放在特殊油液里浸泡予以改质，纤维经过深加工处理后，其强度比棉花高，外观洁白，柔软爽滑，手感如蚕丝。6.2菠萝纤维的应用方向6.2.1纺织用菠萝纤维有良好的可纺性、可织性、可染性，是非常不错的纺织材料。纯菠萝纤维纱线所织制的织物容易印染，悬垂性好，吸汗透气，挺括而不起皱，穿着也非常舒适，手感如蚕丝，比较透气柔软，故又有菠萝丝的称谓，相当于中国的苎麻夏布，可以保存10年，受到很多环保人士的追捧。用菠萝叶纤维和棉纤维混纺纱可生产牛仔布；菠萝叶纤维和绢丝混纺可织成高级礼服面料；用转杯纺生产的纯菠萝叶纤维纱作纬纱，用棉或其它混纺纱作经纱，可生产各种不同品种的装饰织物及家具布；用涤/羊毛/菠萝纤维混纺纱可生产西服与外衣面料；用菠萝纤维/丙纶混纺纱可生产各种服装面料；用菠萝纤维/棉混纺纱可织制窗帘布、床单、家具布、毛巾、地毯等；用涤/腈/菠菠萝纤维混纺纱作芯纱生产的包缠纱，可用于生产针织女外衣、袜子等；菠萝纤维还可以和大豆蛋白纤维混纺，利用大豆蛋白纤维良好的亲和性使菠萝纤维的天然抑菌杀菌和防臭性能充分发挥出来，织制高档织物。6.2.2造纸用虽然大规模纸和纸板的生产使用非木材纤维原料的比率很少，但是，利用非木材造纸有助于减少对造纸木材的需要量，并能大规模种植和收割，且周期短。日本KebangsaanMalaysia大学应用物理科学技术学院科研人员研究了利用菠萝叶作为制浆造纸用纤维原料，测试了菠萝叶纤维的物理机械性能、硫酸盐制浆性能、纸浆得率和纸浆纤维特性，使用菠萝叶和由菠萝叶加工的纤维作为试样，采用传统的硫酸盐蒸煮，在各种不同制浆条件下制得的纸浆得率为21％—30％，浆的强度性质特别是抗张强度很好。非木材纤维与木材纤维比较，木浆含量较少，通常易于脱木素，而且蒸煮过程中所需化学品和能耗较低。菠萝叶纤维平均长度2.6—2.9mm，宽度5.7—6.9um，壁厚2.7—3.0um。硫酸盐蒸煮适合的工艺条件：总用碱量12％—14％，蒸煮最高温度170℃，保温时间60min，可制得满意的造纸用浆。6.2.3产业用经过碱处理的菠萝纤维可以用作特殊用途的非织造布原料，由于菠萝纤维具有良好的绝热性开发出来的非织造布可用于房屋壁顶的保暖材料，也可用作汽车内饰、席梦思、沙发、飞机座椅的等填充料，是较为理想的轻质、低价绝热材料。用菠萝叶生产的针刺非织造布可用作土工布，用于水库、河坝的加固防护。菠萝叶纤维是生产橡胶运输带的帘子布、三角胶带芯线的理想材料。用菠萝叶纤维生产的帆布比同规格的棉帆布强力还高。菠萝叶纤维还可用于医疗、强力塑料、屋顶材料、绳索、缝线、渔网及编织工艺品等。6.2.4树脂基复合材料用随着菠萝纤维在化学表面改性研究取得成功的基础上，对菠萝纤维增强树脂基复合材料的研究也逐步展开。菠萝叶纤维可用于增强复合材料，可以增强低密度聚乙烯复合材料，还可以增强聚酯复合材料。6.2.5讨论菠萝纤维属于麻类叶纤维，主要从菠萝叶中提取，具有天然抗菌防臭，滑爽吸湿透气，易纺易染的特点，是理想的功能性纺织材料。菠萝纤维拥有这么多的特点，提取工艺也并不算复杂，而且已经有了近20年的研究应用历史，市场上应该可以见到相关纺织产品，但我到淘宝、卓越、凡客等网站查了一下，没有卖菠萝纤维纺织产品的，卖菠萝的倒是有几十家。可见，菠萝纤维在纺织方面的应用