潘 力， 曹立瑶， 牛梅红

(1. 大连工业大学 服装学院， 辽宁 大连 116034； 2. 大连工业大学 轻工与化学工程学院， 辽宁 大连 116034)

丝瓜络纤维非织造布的制备及其性能

潘 力1， 曹立瑶1， 牛梅红2

(1. 大连工业大学 服装学院， 辽宁 大连 116034； 2. 大连工业大学 轻工与化学工程学院， 辽宁 大连 116034)

为更好地开发丝瓜络纤维资源，制备环保抗菌材料，通过分析丝瓜络化学成分，设计试验方案，用碱对丝瓜络中的纤维进行提取，并探究关于NaOH质量分数、提取温度、保温时间，液比对提取率的影响。通过试验得到优化纤维提取条件为：NaOH质量分数10%，提取温度170 ℃，保温时间60 min，液比1∶6。用提取的丝瓜络纤维制备湿法非织造布并对其进行物理性能与抗菌性检测。结果表明：丝瓜络纤维打浆度为36°SR，厚度为0.230 mm时，撕裂度为2 429.2 mN，抗张强度为876.29 N/m；大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在丝瓜络纤维非织造布上均未出现抑菌带，抑菌宽度为0，无细菌繁殖情况，抗菌效果较好。

丝瓜络； 纤维提取； 湿法非织造布； 物理性能； 抗菌性

丝瓜络是葫芦科植物丝瓜干燥成熟果实中的维管束，是由多层丝状纤维纵横交织而成的立体多孔网状物，具有体轻、质韧、耐磨、富有弹性等天然特性，主要呈长圆筒形和长棱形。在我国浙江、上海、湖南、陕西、河南等地大量种植。成熟后的丝瓜，经过干燥、脱皮、去籽就可得到丝瓜络。

近年来，丝瓜络作为一种天然可降解高分子材料被广泛研究，应用于生物[1]和环境领域[2]。以其韧性强，可生物降解，过滤好的特点被广泛应用于生物吸附材料[3]。同时，丝瓜络作为传统中药材具有祛风、通络、活血、下乳、降血脂[4]、预防缺血性心肌损伤等功效[5]，用于治疗麻痹拘挛、胸胁胀痛、乳汁不通、乳痈肿痛[6]等疾病。湖南、江西等地居民用捣碎的丝瓜敷于伤口上，有抗菌，消炎的功效[7]，但是丝瓜络中高含量的纤维素并没有被完全开发应用。本文旨在通过对丝瓜络化学成分分析，开发新型的纤维素材料，为科学合理且经济可行地利用生物资源，提高其利用价值进行探索；并结合丝瓜络独有的结构和性能，开发出一种具有理疗效果的、健康、环保的面料。

1 试验部分

1.1 主要材料与试剂

丝瓜络,产于山东临沂；苯，分析纯；乙醇，分析纯；亚氯酸钠，分析纯；硫酸，72%；丙酮，分析纯；高锰酸钾，0.1 mol/L；大肠杆菌(ATCC 10012，革兰氏阴性菌)；金黄色葡萄球菌(ATCC 10011，革兰氏阳性菌)；蛋白胨，分析纯；氯化钠，分析纯；琼脂粉，分析纯；氢氧化钠，分析纯；冰乙酸，分析纯。

1.2 仪 器

FCF-500型高压釜，上海仪器有限公司； HH-S25型恒温水浴锅，山东菏泽市南城益发仪器厂； DGG-9123A型电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器厂；MB25型水分分析仪，上海奥豪斯仪器厂；ZQS型PFI打浆机, 四川长江造纸仪器有限责任公司；ZQJI-B-II型圆形抄片机，四川长江造纸仪器有限责任公司；ZZD-025S型耐破度仪，杭州轻工检测仪器厂；DS-SLY13K型电脑测控撕裂度仪，四川长江造纸仪器有限责任公司；ZLL-10型万能拉力机，国营宜宾造纸厂；分光光度计，上海欣茂仪器有限公司；恒温培养箱，上海智诚分析仪器制造有限公司；恒温培养振荡器，上海智诚分析仪器制造有限公司；ES-315型高压蒸汽灭菌锅，日本TOMY；微量移液器，宁波市镇海玻璃仪器厂； DM-400 B型显微镜,德国莱卡仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 丝瓜络的成分分析

1)苯醇抽出物含量测定。参照GB/T 2677.6— 1994《造纸原料有机溶剂抽出物含量的测定》，分别称取2 g和1 g不含水分样品(称准至0.000 1 g)，放于被抽提过的滤纸上，捆绑好置于索氏抽提器中，加入体积比为2∶1的苯-乙醇溶液，抽提4～6 h,取出纸包，继续蒸发，直至瓶中剩余少量液体为止，烘干称量。

2)酸不溶木素含量测定。参照GB/T 2677.8— 1994《造纸原料中酸不溶木素含量的测定》，将苯醇抽提试验得到的1 g试样包倒入小锥形瓶中，加入72%的硫酸15 mL，置于20 ℃水浴中反应2.5 h, 然后移人1 000 mL锥形瓶中，加蒸馏水至总体积为560 mL，并在电炉上煮沸4 h，用玻璃滤器过滤，烘干称量。

3)酸溶木素含量的测定。参照GB/T 2677.8—1994，将试验样品溶液放入洗手池中，以3%硫酸溶液作参比溶液，用紫外分光光度计在205 mm处测试吸收值。

4)综纤维素含量测定。参照GB/T 2677.10—1995《造纸原料综纤维素含量的测定》，将苯醇抽提实验得到的2 g试样移入250 mL锥形瓶中，加入65 mL蒸馏水、10滴0.5 mL冰乙酸、0.6 g亚氯酸钠，在75 ℃水浴中加热1 h，在加入10滴0.5 mL冰乙酸、0.6 g亚氯酸钠，如此反复，直至试样变白，放入玻璃过滤器中过滤，烘干称量。

1.3.2 丝瓜络纤维的提取

对丝瓜络进行预处理，去籽，剪成单片状，在高压釜中装入200 g剪成片状的丝瓜络，加入一定用量的NaOH溶液、一定体积的蒸馏水，拧灌，放入电热回转蒸煮锅中，空转5 min确定锅体不漏水后开始加热，升温至105 ℃时进行一次小放气，然后继续升温至设定温度，达到设定温度后保温至指定时间，放气，开罐，洗涤。

丝瓜络纤维卡伯值的测定。参照GB/T 1546—2004《纸浆卡伯值的测定》，称取100 mL浓度为0.02 mol/L的高锰酸钾溶液和100 mL硫酸溶液与解离后的试样在25 ℃的烧杯中反应，10 min后，加入20 mL碘化钾终止反应，用硫代硫酸钠标准溶液进行滴定，计算木素的含量。

1.3.3 湿法非织造布的制备及性能测试

取打浆度为15°SR(23°SR、28°SR、32°SR、36°SR、45°SR)的丝瓜络纤维，在圆形抄片机上湿法织造非织造布，定量为60 g/m2。将抄造好的湿法非织造布放置恒湿恒温室24 h后，按照国家标准方法测定各项物理性能指标[8]。参照GB/T 20944.1—2007《纺织品 抗菌性能的评价 第1部分：琼脂平皿扩散法》，将试样放入接种过的琼脂培养基上，放入37 ℃的培养箱中培养24 h，根据细菌繁殖的有无和抑菌带的宽度，按抗菌效果评价表评价其抗菌性。

2 结果与分析

2.1 丝瓜络化学主分分析

由1.3.1丝瓜络的成分分析可知：纤维素含量为70.40%；半纤维素含量11%；酸溶木素含量为3.11%；酸不溶木素含量为8.96%；抽出物含量为5.07%。与纺织材料亚麻及葛麻纤维在化学成分上有很大的相似性[9]，半纤维素、木质素和纤维素占丝瓜络成分的绝大部分，因此，在丝瓜络纤维的提取过程中，对半纤维素、木质素的去除是重点。由于生长环境的差异，不同产地的丝瓜络的试验结果都可能会有较大差异,本文试验仅针对山东临沂产地的丝瓜络。

2.2 正交试验优化纤维提取工艺

[10-11]，结合丝瓜络的化学成分分析以及制浆的相关理论知识，初步选定蒸煮温度为160、170、180 ℃，液比(不含水分原料与NaOH液体的质量比)为1∶4、1∶6和1∶10，保温时间为20、40、60 min，NaOH质量分数分别为8%、10%和12%，如表1所示。进行L9(34)正交试验，通过浆得率和卡伯值表示，卡伯值表示浆料中木素的含量，是用来反映浆料中脱木素的指标，卡伯值越小，说明木素的含量越小，结果如表2所示。

表1 3水平4因素正交试验表

1)蒸煮温度的影响：随温度的上升纤维得率先是由160 ℃的52.8%上升至170 ℃的52.9%，然后降至180 ℃的51.5%。而卡伯值则由24.75降至15.6，然后缓增至16.5。由此可看出此组试验的优化蒸煮温度为170 ℃，因为卡伯值为最低，表明在170 ℃的条件下，丝瓜络中木素含量为最低。

2)保温时间的影响：随保温时间的增加，得率由20 min的51.5%缓增至40 min的51.7%，然后迅速增至60 min的54%，因为延长保温时间能够促使碎片化的木素大分子结构与纤维素或者半纤维素发生聚合，形成较稳定的化学键连接。卡伯值则随保温时间的延长而逐渐降低(由23.5降至18.3)，但降低趋势逐渐减小(由18.3降至15.9)，说明在解除木素的过程中，也促使了木素与半纤维素形成耐碱的化学连接。在这组试验中，最大的保温时间为60 min,若继续增加保温时间，虽有利于木素的脱除，但也促使碎解的木素与纤维素及半纤维素形成耐碱的化学连接，因此，优化保温时间为60 min。

表2 正交试验结果表

3)NaOH质量分数的影响：由极差可知，卡伯值受NaOH质量分数影响最大，随着NaOH质量分数的增大，卡伯值先极速降低(27.6降至16.6)，随后逐渐降低(16.6降至12.4)。增加NaOH质量分数，纤维得率先由8%的54.3%减少至10%的51%，然后缓增至12%的52.7%。由理论上看，随着NaOH质量分数的增加，得率应持续降低，但经反复试验发现，得率变化趋势基本相同，即先降低后升高，具体原因有待于进一步探究。

4)液比的影响：液比对纤维得率和卡伯值的影响较小，但提高液比，纤维得率反而略有增加，当液比为1∶4时，卡伯值为24.13，液比为1∶6时，卡伯值为16.3%，当液比为1∶10时，卡伯值也略有增加。这可能是由于液比的提高降低了碱液的浓度，丝瓜络本身结构疏散蓬松，碱液过少并不能与之充分的反应，因此优化提取纤维液比为1∶6。

综上所述，由正交试验得出的初步优化试验条件为:提取温度170 ℃，液比1∶6，NaOH质量分数8%，保温时间60 min。针对纤维提取得率和卡伯值影响较大的NaOH质量分数和蒸煮温度利用平行试验做进一步的探究。

2.3 平行试验优化纤维提取工艺

在丝瓜络纤维的提取过程中，除了得浆率，纤维素的含量也是衡量其重要的标准。总纤维素除了纤维素还有半纤维素，但是纤维素都是由大量的葡萄糖组成，而半纤维素是由好几种不同的单糖所组成的异质多聚体，包括阿拉伯糖、木糖、半乳糖、五碳糖以及六碳糖，可通过比较葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖的含量判断出不同条件下纤维素与半纤维素所占比重的大小，因此设计平行试验，并用离子色谱仪测试出综纤维素中单糖含量，对提取条件进一步优化，如图1所示。

随NaOH质量分数的增加，丝瓜络纤维的得浆率减少。在同一碱浓度下，随温度增大，丝瓜络纤维的浆得率减少。即温度越低，NaOH质量分数越少纤维的得浆率越高。然而通过上述正交试验可知，当蒸煮温度从160 ℃上升到170 ℃时，其卡伯值下降了10.2，当NaOH质量分数从8%上升到10%时，其卡伯值下降了11。由于木素无法像纤维素那样形成很强的氢键，这意味着含木素较多的纤维不能制备出强度较好的非织造布，因此，浆得率不能作为唯一的衡量标准。

图2示出不同NaOH用量对总纤维素含量的影响。由图可知，随NaOH质量分数的增大丝瓜络纤维的总纤维素含量先增大，在NaOH质量分数为10%时达到最大值，而后随碱浓度的增大总纤维素的含量减少。当NaOH质量分数为10%，蒸煮温度为170 ℃时，纤维总纤维素含量最高，160 ℃稍微次之，而180 ℃小了很多，这可能是由于较高的温度在破坏木素的同时也较多的破坏了纤维素。

图2 不同NaOH质量分数对总纤维素含量的影响Fig.2 Effect of different amount of NaOH on holocellulose content

表3示出不同温度下总纤维素中单糖的质量浓度。由表可知，在NaOH质量分数为10%时，当提取温度为190 ℃时，纤维素含量最高，但是由于纤维得率太低，在破环木素的同时也损失了较多的纤维素，所以不宜采用此温度；当提取温度为180 ℃时，半纤维素的含量较高，而纤维素破环较多，所以也不宜采用此温度。160 ℃和170 ℃相比，虽然2个条件下总纤维素含量相差不大，但170 ℃条件下纤维素含量较高，半纤维素含量较低。

表3 不同温度下总纤维素中单糖的质量浓度

综上所述，考虑到最大得率，最少木素，最少半纤维素，最大纤维素；因此优化蒸煮条件应为：NaOH质量分数10%，蒸煮温度170 ℃，液比1∶6，保温60 min。

2.4 不同打浆度非织造布的物理性能分析

打浆度是衡量浆料脱水难易程度的指标，也综合地反应了纤维被切断、 润胀、分丝帚化及细化程度。抗张强度最重要的影响因素是纤维间的结合力及纤维自身的强度，纤维长度并不是最重要的影响因素，因此提高打浆度会增加其抗张强度，而轻微打浆会提高其撕裂度，耐破度主要与纤维的平均长度和纤维结合力有关，平均长度和纤维结合力越大，耐破度越大，同时提高打浆度会使耐破度，但若打浆度过高，耐破度反而下降。而打浆度直接影响纤维长度及纤维间的结合力[12]，如表4所示。

表4 不同打浆度非织造布的物理性能

由表可知，在不同的打浆度下，丝瓜络纤维均具有比较好的抗张强度，这说明丝瓜络纤维作为非织造布的原料具有比较好的强度，撕裂度和耐破度随着打浆度增大而先增大后减少，在打浆度为36°SR达到最大值。在打浆度为36°SR，其物理性能都相对优越，厚度0.230 mm，撕裂度2 429.2 mN，抗张强度876 N/m,耐破度379.55 kPa；因此，选用打浆度为36°SR的浆料，湿法抄造非织造布，进行后续的实验。

2.5 丝瓜络湿法非织造布抗菌性分析

用显微镜观察后参照GB/T 20944．1—2007中抗菌效果评价表进行评价，并设置空白组和对照组与其进行比较，结果如表5、6所示。因并未对丝瓜络非织造布做任何的抗菌整理，所以对照样品选择100%纯棉布，参照GB/T 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定 洪箱干燥杂志》测定纯棉布回潮率8.61%，丝瓜络非织造布回潮率5.76%，其效果见图3、4所示。

表5 大肠杆菌抑菌效果评价表

表6 金葡萄球菌抑菌效果评价表

图3 大肠杆菌抑菌效果图Fig.3 Bacteriostatic renderings of Escherichia coil. (a) Blank; (b) Cotton; (c) Loofah non woven

图4 金黄色葡萄球菌抑菌效果图Fig.4 Bacteriostatic renderings of Staphylococcus aureus.(a) Blank; (b) Cotton; (c) Loofah non woven

3 结 论

丝瓜络中纤维素含量为70.40%，半纤维素含量为11%，木素含量12.07%，抽出物含量5.07%。针对其化学主分，通过L9(34)正交试验和平行试验，得出丝瓜络纤维的优化提取条件为：NaOH质量分数10%，提取温度170 ℃，液比1∶6，保温时间60 min。 丝瓜络化学浆在打浆度为36oSR、厚度为0.230 mm时，撕裂度为2 429.2 mN，抗张强度为876.29 N/m，耐破度为379.55 kPa·m2/g，而且在一系列打浆度下，丝瓜络非织造布均具有一定的耐破度和抗张强度；大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在丝瓜湿法非织造布上均未出现抑菌带，抑菌宽度为0，细菌繁殖情况轻微，效果较好，由此可认为丝瓜络湿法非织造布具有一定的天然抑菌性。

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Preparation and properties of nonwoven loofah

PAN Li1， CAO Liyao1， NIU Meihong2

(1.SchoolofFashion,DalianPolytechnicUniversity,Dalian,Liaoning116034,China; 2.CollegeofLightIndustryandChemicalEngineering,DalianPolytechnicUniversity,Dalian,Liaoning116034,China)

For the better development of loofah fiber resources and the preparation of environmentally friendly antibacterial materials, this paper analyzes the loofah chemical composition and designs an experimental scheme to extract loofah fiber using alkali. This paper also explores the impact on the extraction yield from the alkaline charge, extracting temperature, holding time, and liquid ratio. By experiments, the optimum conditions for fiber extraction are as follows: alkaline charge 10%, extracting temperature 170 ℃, holding time 60 min, and liquid ratio 1∶6. The wet nonwoven was prepared by using the extracted loofah fiber, and its physical properties and antibacterial properties were tested. The result shows that the loosening degree is 2 429.2 mN and the tensile strength is 876.29 N/m when the beating degree and thickness of loofah fiber is 36°SR and 0.230 mm, respectively.ScherichiacoliandStaphylococcusaureuson the loofah wet nonwovens have no inhibition zones. The effect is fairly good that Bacteriostatic width is 0 and no bacterial reproduction appears.

loofah; fiber extraction; wet nonwoven; physical property; antibacterial property

10.13475/j.fzxb.20161102606

2016-11-08

2017-05-15

辽宁省教育厅基本科研业务费重点项目(2016J010)

潘力(1963—)，女，教授。主要研究方向为服装数字化、功能性服装。牛梅红，通信作者：E-mail:nmh414@163.com。

TS 172； TS 174

A