构树纤维微观结构特点及应用前景.doc

构树纤维微观结构特点及应用前景 Broussonetia Papyrifera Fiber‘s Microcosmic Structure Performance and Application Prospect 文/郭光振 张同华 摘要：采用生物显微镜对构树纤维在200~1000倍下进行了表面简单形貌观察,采集了有价值的研究图像;同时在扫描电子显微镜下对该纤维的微观表面及横截面进行了高倍分辨率的观察和图像分析;利用红外光谱仪测定了构树纤维大分子的结晶度,取向度等常用性能指标.在与常见的几种天然纤维的相关性质进行比较后,数据结果表明:构树纤维表面光滑,部分纤维还有不明显的转曲,且具有类似苎麻的横纹, 其大分子结晶度与取向度等性能接近但略差于常见天然纤维,该种新型纤维在产业用造纸及新型纺纱材料等领域具有极大的应用前景。 关键词：构树纤维；表面形貌；结晶度；取向度；产业应用 1 引言 1.1 构树简介 构树 Broussonetia papyrifera( L.)Vent为桑科构属直立落叶乔木，如图1所示.广泛分布于华东、华南、西南及河北、山西、陕西、甘肃、湖北、湖南等地.桑科构属植物全世界共有4种,中国境内有3种,其中2种可作药用.构树的果实、树叶、枝条、茎皮部乳汁和根皮均可人药[1]。 图1 构树 1.2 构树纤维利用现状 构树纤维目前主要用于造纸行业, 在纺织方面的研究与应用很少. 由树树纤维制得的纸称为白棉纸,自古都是上等的纸品.制成的纸张纤维长,其质量特点是具有极高的韧性、极好的吸水吸湿性、透气性、富有弹性,所产的纱纸具有纸质坚韧洁白、细韧柔软、拉力强韧的特点,环保、耐用、防腐防蛀、久存不陈, 保存年代久,成为历代名人书写重要的契约家谱或佛教道教经文用纸及现在各类包装用纸。 1.3此论文研究的根据及解决的问题 本实验中所采用的构树韧皮即采自在引言中所述的大规模高档纱纸生产传统地区(中国·广西自治区·河池市大化县)，这使得该实验在一开始就保证了实验材料来源的科学性与代表性。实验刚开始阶段，采用的构树纤维采自野外某山坡上，品种凌乱，未经过人工选育，且不能代表市场产业应用方向, 故制得的纤维粗糙且均匀度相当差。现今采用的纤维完全实现了实验前的设想，而且该品种在产业应用上也极具代表性，在众多构树品种中，属于十分优良的品种。 构树的研究发展仍旧将在上文中所述的四个方面进一步的深化，如进一步探索人工培育与种植的方法，加快构树的生长时间,增长构树的纤维长度,提高其纤维率等等。本文力图在前人研究的基础上，测量分析目前构树纤维尚未研究的方面，如结晶度、取向度，并探索拓展该纤维的应用领域,如生态工程、纺纱工艺、非织造材料、营养医药品开发等等。 2 构树纤维微观结构性能的研究 2.1实验原料及试验器材 经过特殊处理的构树纤维材料,扫描电子显微镜（SEM）及其相关附属设备；傅立叶变换红外光谱仪及其相关附属设备;生物显微镜.(配备摄影装置、照相机、放大机,哈氏切片器,截玻片、盖玻片,单面刀片,蛋白甘油、火棉胶、填充纤维(深色构树纤维), 苎麻纤维、蚕丝纤维、棉纤维。 2.2构树纤维实验前处理 构树纤维经脱胶去水干燥后,进行横截面切断处理,再将经过处理的构树纤维用导电胶带把样品黏结在样品底座上,放到扫描电镜中观察,为防止假象的存在,在放试样前应先将试样用丙酮或酒精等进行清洗。 2.3构树纤维表面形貌观测与分析 2.3.1试样制备 由于制得的构树纤维属于块状的非导电样品, 故要先进行镀膜处理.。 2.3.2实验过程 将构树单纤维置于生物显微镜下观察,得到以下图像，如图2、图3与图4。 图2构树纤维表面形态（400倍） 图3构树纤维头端形态（400倍） 图4构树纤维截面图像（200倍） 接下来, 为了得到分辨率更加高的图像, 采取了扫描电子显微镜观察。图5~8分别是构树纤维的表面形貌、头端图像、截面图像、横断面图像。 图5 构树纤维头端形貌图像(4K倍) 图6 构树纤维表面图像(1K倍) 图7 构树纤维断面图像(5K倍) 图8构树纤维横断面图像(2K倍) 2.4红外光谱法测定纤维结晶度及取向度 2.4.1试样准备 由于是线材试样,将脱胶且干燥后的构树纤维平行密集地排列在试样板上,然后使纤维轴与衍射仪轴呈直角将试样插在试样架上.制样方法采用的是溴化钾压片法,必须在红外灯下充分干燥后才能压片,否则会在约1640cm-1~ 3300cm-1时出现水的吸收。 2.4.2实验过程 通常意义上的结晶度测量常采用密度梯度法,公式为:X =（p－pa）/（pc－pa） 其中X为结晶度,p为纤维的整体密度；pa为非晶区的密度；pc为结晶区的