摘 要：为了改善苎麻纤维结晶度高、柔软性能差的缺陷，使用过硫酸钠（Na2S2O8）对苎麻精干麻进行柔软处理，将纤维断裂强度和断裂伸长率作为拉伸力学性能评价指标，将纤维断裂捻回数作为柔软性能评价指标，综合FTIR、XRD和SEM结果，探究了Na2S2O8质量浓度、工艺温度和时间对纤维性能的影响。研究表明：随着Na2S2O8质量浓度、工艺温度和时间的增加，断裂强度持续下降，降幅逐渐增加，断裂伸长率和断裂捻回数呈现出先上升后下降的变化规律；较佳的处理工艺为Na2S2O8溶液质量浓度2g/L、温度80℃、时间60min。处理后断裂强度下降6.65%，断裂伸长率提升10.57%，断裂捻回数增加22.16%，苎麻纤维柔软性得到明显改善；FTIR结果表明处理后苎麻纤维羟基数量减少，XRD结果表明处理后纤维结晶度减小9.76%，SEM结果表明处理后纤维表面粗糙劈裂。认为：Na2S2O8对苎麻精干麻进行处理，可以明显提高其柔软性能。
关键词：苎麻；柔软性能；氧化处理；结晶度；断裂捻回数
苎麻又称蒿麻，因其纤维强度高、吸湿透气、挺括抑菌，在纺织服装领域应用广泛[1]。但纤维粗硬、纱线表面毛羽多且硬，面料服用手感偏硬、有刺痒感，影响体感舒适性。对苎麻纤维进行柔软处理有利于其作为高档面料在服用领域的使用和推广[2-3]。苎麻精干麻结晶度高，纤维素含量超过95%，纤维素中每个葡萄糖单元在C2、C3、C6位上各有1个羟基，可缔结为数量庞大且规则的氢键网络，在纤维内部形成致密有序的结晶区。结晶区的纤维素大分子很难发生滑移和形变，致使纤维拉伸强度和刚度高，而柔软性能不佳[4-5]。使用氧化剂将纤维素葡萄糖单元环上羟基氧化，部分氢键断裂，纤维素大分子链结构松散、弯曲，易产生相对滑移，纤维结晶度降低，纤维柔软度得到改善[6]。许云辉等[7]采用HNO3/H3PO4-NaNO2氧化处理棉织物，织物结晶度从65.37%下降到60.86%，提高了对壳聚糖的接枝率。郑培培等[8]研究了高碘酸钠氧化处理对苎麻纤维性能的影响，随着高碘酸钠浓度增加或时间延长，苎麻纤维的结晶度逐渐减小。高洁等[9]采用高碘酸钠氧化处理亚麻短纤维，处理后麻纤维XRD衍射峰强度降低，结晶度降低，纤维综合性能改善。以上研究表明，氧化法可以降低纤维素纤维的结晶度，用于苎麻纤维的柔软处理。
过硫酸钠（Na2S2O8）是一种固态氧化剂，价格低廉、污染小、工艺可控性高，加热可使过硫酸盐活化分解为硫酸根自由基（SO4—·），SO4—·可进入结晶区，氧化破坏纤维素的结晶结构，改善纤维柔软性能[10]。Mascheroni、Oun等[11-12]使用过硫酸铵对纤维素进行处理，制备纤维素纳米晶，结果表明过硫酸铵可氧化纤维素大分子上羟基。肖琪等[13]使用过硫酸钠对羊毛织物氧化，结果表明纤维的氧化损伤能够控制在可接受范围内。本研究使用Na2S2O8对苎麻精干麻处理，研究Na2S2O8质量浓度、工艺温度和时间对处理效果的影响，探究苎麻纤维柔软性能改善效果，以期为苎麻纤维的软化提供参考。
1 试验部分
1.1 主要试验材料
苎麻精干麻（二煮一漂法脱胶，线密度7.5dtex，断裂强度6.17cN/dtex，断裂伸长率4.07%，断裂捻回数334次，新余市纤致纺织品有限公司）；过硫酸钠（Na2S2O8，化学纯，国药集团化学试剂有限公司）。
1.2 Na2S2O8溶液处理苎麻纤维
配制一定浓度的Na2S2O8溶液，调温后按1:10浴比放入烘干的苎麻精干麻纤维，保持恒温，至预设的时间后取出，水洗，并在105℃下烘干至质量恒定，放入恒温恒湿室48h，恒温恒湿室设定相对湿度（65±2）%、温度（20±1）℃。
1.3 测试方法
1.3.1 纤维线密度测定
苎麻纤维线密度测定依据GB/T 5881—2024《苎麻理化性能试验方法》，采用切断称重法。
将纤维梳理整齐后定长切断，采用Y171B型中段切断器，然后称重并计数，采用JN-B型精密扭力天平，按式（1）计算得纤维线密度。
式中：Tti代表苎麻纤维线密度（dtex）；m代表束纤维质量（g）；L代表束纤维长度（m）；n代表纤维根数（根）。
1.3.2 纤维拉伸力学性能测定
苎麻纤维拉伸力学性能测定依据GB/T 5881—2024《苎麻理化性能试验方法》，采用XQ-1型单纤强力仪，在预加张力1cN、夹持距离30mm及拉伸速度10mm/min 条件下测定纤维断裂强度与断裂伸长率，每份试样抽取250根纤维，计算平均值。
1.3.3 纤维柔软性能测定
使用Y331N+型电子单纱捻度仪测定纤维断裂捻回数，以断裂捻回数表征纤维的柔软性能[14]。在预加张力1cN、夹持长度100mm和转速1000r/min的条件下测定纤维断裂时的捻回数，每份试样抽取250根纤维，计算平均值。
1.3.4 傅里叶红外光谱（FTIR）表征
使用Nicolet5700型傅里叶变换红外光谱仪（美国Thermo Nicolet公司）对采用较优工艺处理前后的苎麻纤维进行FTIR测试。分辨率为0.09cm-1，光谱范围为4000cm-1～400cm-1，波数精度为0.01cm-1。
1.3.5 X射线衍射（XRD）表征
使用 D/MAX-2550PC 型 X 射线衍射仪（日本 RIGAKU 公司）对较优工艺处理前后的苎麻纤维进行XRD 测试，测试中采用铜靶（CuKα），电压40kV、电流200mA，扫描（2θ）范围为5°~60°。
1.3.6 纤维表面形态观察
使用TM3000型台式扫描电子显微镜（日本Hitachi公司）对较优工艺处理前后的苎麻纤维表观形貌进行观察，试样需真空中喷金，放大倍数为2000倍。
2 结果与讨论
2.1 Na2S2O8质量浓度对纤维处理效果的影响
将苎麻纤维置于不同质量浓度的Na2S2O8溶液中，80℃下处理60min，研究Na2S2O8质量浓度对纤维拉伸力学性能与柔软性能的影响，结果见图1。
图1 Na2S2O8质量浓度对拉伸力学性能与柔软性能影响
由图1可知，在Na2S2O8质量浓度低于2g/L时，随着质量浓度增加，纤维断裂强度缓慢下降，断裂伸长率逐步上升，断裂捻回数明显增加；当Na2S2O8质量浓度高于2g/L时，随质量浓度增加，纤维的断裂强度、断裂伸长率和断裂捻回数均逐渐下降。在质量浓度高于2.5g/L时断裂强度出现较大幅度下降。
当Na2S2O8质量浓度低于2g/L时，随着溶液质量浓度增加，Na2S2O8热分解形成的SO4—·增多，更多的SO4—·与纤维大分子发生反应，羟基被氧化概率增大，纤维素大分子的链间氢键部分破坏，断裂强度下降，纤维结晶区缩减，无定形区增大，受到拉伸和扭转时分子链束缚减少，扭转刚度降低，断裂伸长率及断裂捻回数增加，纤维柔软性能改善。当Na2S2O8质量浓度高于2g/L时，进入纤维内部结晶区的SO4—·数量基本饱和[15]，可以接触和氧化的羟基数量有限，再难以氧化破坏结晶区，反而随着Na2S2O8质量浓度增加，过量的SO4—·主要作用于纤维素大分子骨架，产生氧化损伤等副反应，致使纤维强度下降，过度损伤的纤维难以抵抗拉伸和扭转作用，断裂伸长率和断裂捻回数下降。
综合考虑，Na2S2O8质量浓度2g/L较适宜，在此条件下处理后的苎麻纤维断裂强度5.80cN/dtex（与处理前相较降低5.99%），断裂伸长率4.48%（与处理前相较增加10.07%），断裂捻回数为415次（与处理前相较增加24.25%），纤维柔软性能得到明显改善，且未对纤维强度产生较大影响。
2.2 工艺温度对纤维处理效果的影响
将苎麻纤维置于质量浓度2g/L的Na2S2O8溶液中，在不同温度下处理60min，研究工艺温度对纤维拉伸力学性能与柔软性能的影响，结果见图2。
图2 工艺温度对拉伸力学性能与柔软性能的影响
由图2可知，当温度低于60℃时，处理后的苎麻纤维断裂强度、断裂伸长率、断裂捻回数均变化不大，这是因为过硫酸盐需要热量才能活化生成SO4—·等活性氧化物质，温度低于60℃时，过硫酸钠热分解形成的SO4—·不足，溶液氧化性较低，对苎麻纤维的处理效果不明显。当工艺温度为60℃~80℃时，随处理温度的上升，断裂强度逐渐下降，断裂伸长率逐步上升，断裂捻回数明显增加，这是因为随处理温度上升，Na2S2O8热分解形成的SO4—·增多，更多的SO4—·可以与纤维素大分子发生反应，羟基被氧化概率增大，纤维素大分子的链间氢键部分破坏，断裂强度下降，纤维结晶区缩减，无定形区增大，纤维断裂强度下降，受到拉伸和扭转时分子链束缚减少，扭转刚度降低，断裂伸长率和捻回数增加，纤维柔软性能改善。当工艺温度高于80℃时，随处理温度的上升，断裂强度出现大幅下降、断裂伸长率逐步下降，断裂捻回数明显下降。这是因为处理温度的上升导致Na2S2O8活化生成的SO4—·迅速增多，温度每升高10℃，硫酸盐热活化反应速率可以提高约1~3倍[16]，工艺温度80℃时热活化反应速率达到最大值，之后再增加温度，迅速增多的SO4—·主要作用于纤维素大分子骨架，产生氧化损伤等副反应，致使纤维强度下降，过度损伤的纤维难以抵抗拉伸和扭转作用，断裂伸长率和断裂捻回数下降。
综合考虑，工艺温度80℃较合适，此条件下处理后的苎麻纤维断裂强度5.78cN/dtex（与处理前相较下降6.32%），断裂伸长率4.43%（与处理前相较增加8.85%），断裂捻回数为413次（与处理前相较增加23.56%），柔软性能得到明显改善，且未对纤维强度产生较大影响。
2.3 时间条件对纤维处理效果的影响
将苎麻纤维置于质量浓度2g/L Na2S2O8溶液中，温度80℃下处理不同时间，研究时间对纤维拉伸力学性能与柔软性能的影响，结果见图3。
图3 时间对拉伸力学性能与柔软性能影响
由图3可知，时间小于60min时，随时间增加，断裂强度缓慢下降，断裂伸长率逐步增加，断裂捻回数明显上升。在时间为60min时，断裂伸长率和捻回数达到最大值，分别为4.5%和408次。当时间超过60min时，随着时间增加，断裂强度以渐增的速率下降，断裂伸长率和断裂捻回数也明显下降。
当时间小于60min时，随着时间增加，Na2S2O8不断活化形成的SO4—·增加，可与纤维素大分子发生反应的SO4—·也相应增多，羟基被氧化概率逐渐增大，纤维素大分子的链间氢键逐渐破坏，断裂强度缓慢下降，纤维结晶区缩减，无定形区增大，受到拉伸和扭转时分子链束缚减少，扭转刚度降低，断裂伸长率逐步增加，断裂捻回数明显上升，纤维柔软性能改善。时间为60min时，足够的SO4—·产生，且进入纤维内部结晶区的数量趋于饱和，再难以氧化破坏结晶区。时间大于60 min后，随着时间增加，不断产生的SO4—·主要作用于纤维素大分子骨架，产生氧化损伤等副反应，致使纤维强度下降，过度损伤的纤维难以抵抗拉伸和扭转作用，断裂伸长率及断裂捻回数下降。
综合考虑，时间为60min较适宜，此条件下处理后的苎麻纤维断裂强度5.76 cN/dtex（与处理前相较降低6.65%），断裂伸长率4.5%（与处理前相较增加10.57%），断裂捻回数为408次（与处理前相较增加22.16%），柔软性能得到明显改善，且未对纤维强度产生较大影响。
3 较佳工艺处理前后苎麻纤维对比的分析
将苎麻精干麻按照浴比1:10，在质量浓度2g/L Na2S2O8溶液中，80℃下处理60min，对处理前后的苎麻精干麻进行对比分析。
3.1 红外光谱分析
将处理前后的苎麻纤维进行傅里叶红外光谱分析，如图4所示。
图4 处理前后纤维的红外光谱
由图4可知，处理前后苎麻纤维的红外光谱图各特征峰位置大致相同，其中处理前纤维在3326cm-1附近的宽峰对应纤维素中的O—H键的伸缩振动，处理后峰值的下降表明部分羟基被氧化破坏；处理前纤维在1650cm-1附近的峰对应C=O键的吸收峰，处理后峰值的增强表明羧酸基团的形成；处理前纤维在1027cm-1附近的峰对应纤维素骨架中C—O键的伸缩振动，处理后峰值的下降表明少量纤维素骨架被氧化损伤[17-18]。这些变化综合表明Na2S2O8溶液处理后，苎麻纤维中部分羟基被氧化，氢键被破坏。
3.2 X射线衍射分析
将处理前后的苎麻纤维进行X射线衍射分析，如图5所示。
图5 处理前后纤维的XRD图谱
由图5可知，处理前后苎麻纤维的XRD曲线均在14.7°、16.5°、22.8°附近具有明显的特征峰，这些峰与纤维素Ⅰ的典型衍射峰一致[19]，表明Na2S2O8对苎麻纤维的氧化处理过程中没有生成新的晶型，未改变苎麻纤维的纤维素类型和晶体结构。处理后曲线的典型峰强度降低，使用Jade 9.0软件对图谱进行结晶度计算，处理前苎麻纤维的结晶度为78.51%，处理后结晶度为70.85%，下降了9.76%，表明处理后纤维结晶区被部分破坏，纤维柔软性得到增强。
3.3 微观形貌分析
处理前后苎麻纤维的扫描电镜图如图6所示。
图6 处理前后纤维的扫描电镜图
由图6可以看出，处理前纤维表面较为光滑，纤维粗直且刚硬，表面有少量胶质留存。处理后的纤维表面部分剥蚀，纤维出现纵向劈裂，表明Na2S2O8氧化纤维素大分子，部分纤维素分子结构松散、弯曲。
4 结论
（1）采用过硫酸钠（Na2S2O8）对苎麻精干麻进行柔软处理，随着Na2S2O8质量浓度、工艺温度和时间增加，断裂强度持续下降，下降速率逐渐增加，断裂伸长率和断裂捻回数呈现出先上升后下降的变化规律。所得的较佳处理工艺为：Na2S2O8质量浓度2g/L、温度80℃、时间60min，处理后的苎麻纤维断裂强度为5.76cN/dtex，较处理前降低6.65%；断裂伸长率为4.5%，较处理前增加10.57%；断裂捻回数为408次，较处理前增加22.16%，柔软性能得到明显改善，且未对纤维强度产生较大影响。
（2）较佳工艺处理后的苎麻精干麻纤维纤维素大分子上部分羟基被氧化为羧基等基团，结晶区被破坏，纤维结晶度减小9.76%，麻纤维表面形态改变，表面部分剥蚀，出现纵向劈裂。
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文章摘自：黄希雅,赵鑫鑫,薛康,等.过硫酸钠对苎麻纤维的柔软处理研究[J/OL].棉纺织技术,1-7[2026-05-24].https://doi.org/10.26967/j.issn1000-7415.202601017.
