天然綠色環保的竹纖維

蔡繼權

（杭州市化工研究院有限公司  浙江杭州  310013）

摘  要：竹纖維是繼棉、麻、毛、絲之后的第五大天然纖維。竹纖維資源豐富、可降解，有良好的透氣吸水性、較強的耐磨性和良好的染色性能，具有天然抗菌抑菌、除臭防螨、吸濕放濕、透氣性好、負離子保健、抗紫外線和天然綠色環保等特性。本文簡述竹纖維的結構特性，力學、熱、抗菌和回潮率四方面性能，以及竹纖維產品的綠色環保、吸濕透氣、抗菌抑菌、抗紫外線、天然保健、除臭防螨、柔軟舒適、高雅飄逸特點。

關鍵詞：竹纖維；可降解；吸濕透氣；抗菌；抗紫外線；綠色環保

前  言

全球竹子75屬1642種，在我國就有44屬857種。我國竹林總面積2200萬hm^２（占全國森林面積的2.94%，占世界竹林總面積的1/3），立竹總數量為281億株，每年竹子產量1.3億噸。我國是全球竹資源最豐富的國家，也是利用竹資源歷史最悠久的國家，竹子種類、竹林面積和蓄積量均居世界之首，素有“竹子王國”之美稱。

竹子屬單子葉被子植物、禾本科、竹亞科，為多年生植物，盛產于熱帶、亞熱帶、溫帶地區。竹子長在山林為多，基本不占耕地，生長迅速，栽培成活后2～4年即可連續砍伐使用。竹子成材周期短、品種眾多，強度高、韌性好、硬度大、用途廣泛、可生物降解，一次種植多年采用。竹纖維的化學成分為天然纖維素、戊聚糖和木質素，另含有少量灰分等其他物質。天然纖維素含量約占竹子總質量的40%～50%，戊聚糖占20%～25%，木質素約占20%～30%。因品種、產地不同，竹纖維化學組成分含量也有不同。

竹纖維是從自然生長的竹子中提取出的一種纖維素纖維，是繼棉、麻、毛、絲之后的第五大天然纖維。竹纖維素有獨特的天然抗菌性能，生態環保性好，染色性優良，是一種天然優質紡織原料，具有資源豐富、可降解、可持續利用、良好的透氣性、瞬間吸水性、較強的耐磨性和良好的染色性、天然綠色等特點，同時又具有來源豐富、綠色環保、負離子保健、天然抗菌、抑菌、除螨、防臭、吸濕放濕性透氣性好和抗紫外線等其他纖維無法比擬的天然特性。

用竹纖維加工的面料外觀華貴，舒適性能好，還有一定的抗菌和保健功能，滿足了人們對面料的功能性、保健性、舒適性、美觀性的追求，適合生產高檔時裝、床上用品、家紡飾品等，是受消費者青睞的理想面料。紡織用竹纖維的開發應用方興未艾，已成為引領服裝行業新發展的一個重要方面，受到越來越多人的關注熱點。

竹纖維是一種天然環保型綠色纖維。目前竹纖維分為兩類：一類為竹原纖維（也稱天然竹纖維）；另一類為竹漿纖維（也稱再生竹纖維）。竹漿纖維（再生竹纖維）又有竹粘膠纖維、竹炭纖維、竹Lyocell纖維等不同的類別。

1．竹纖維的結構特性

1.1 竹纖維的微觀結構

細胞壁是構成竹纖維細胞的實體物質，竹纖維細胞的壁層構造是初生壁層和薄窄層與厚寬層交替的多層次次生內壁層復合而成的超微結構。次生外層的微纖取向角很小，與纖維軸近乎平行排列，利用SEM能觀察到竹纖維的同心層結構。竹纖維中部布滿大大小小不規則橢圓形的孔隙。

竹纖維的毛細管效應明顯，可以在短時間內吸收和蒸發水分，這使得竹纖維具有很強的吸濕放濕性能。用竹纖維制成的針織服裝面料和寢具等涼爽舒適。竹纖維與其他纖維材料相比密度最低，多環型網狀中空結構使其具有質輕的突出優點。Parameswaran等指出：厚層微纖絲基本沿纖維軸向取向，而薄層的與纖維軸向垂直；薄層的木質素和多糖含量、木質化程度都比厚層高。圖2為所示的竹纖維細胞壁結構模型。

通過觀察超微切片的電鏡，有研究者認為竹纖維主要有兩種細胞壁狀態：第一種細胞壁狀態是纖維細胞壁呈多層結構，由寬層與窄層（各約4～5層）交替組合而成。寬層的木質素密度較低，而窄層的木質素密度則較高。這種纖維主要位于維管束的周邊部位，約占纖維總數的50%左右，如圖3所示。

第二種細胞壁狀態是纖維細胞壁很厚，但胞腔狹小，纖維次生壁內層僅由兩個寬層組成，而且中部的寬層比內部的寬層寬很多，竹纖維壁上的紋孔稀少，紋孔口較小，如圖4所示。

注：圖中M₁為真胞間層；P為初生壁層；S₁為次生壁外層；S₂為次生壁中層；S₃～S₇為次生壁內層。

1.2 竹纖維的形態結構

1.2.1 竹原纖維的形態結構

竹原纖維表面有竹節，粗細分布不均，表面有很多微細凹槽，橫截面呈橢圓形、腰圓形等，內有環狀中腔，橫截面上布滿了大小不一的空隙，且邊緣有裂紋。竹原纖維的長度可根據需要而定，纖維直徑約28μm，細度約為6dtex，纖維強度高，彈性偏小，彎曲度小，抱合力稍差。

竹原纖維是用物理方法將竹子碾平、扭轉、梳理，不添加任何化學試劑，其直徑為0.04～0.5mm，長度為10～200mm。由于竹子本身的一些物理特性，如長度、強度、粗糙度等，使其可獲得良好的加工過程，而且成本低廉。目前竹原纖維主要代替玻璃纖維，用于建筑材料、汽車制造、環境保護等領域，在紡織纖維領域也開始有越來越多的開發和應用。

從圖7、8中可以看出，竹原纖維的橫向截面呈不規則橢圓形、環狀中空，縱向表面有明顯的竹節，有的壁層上有裂痕。因此，具有優良的吸濕性和透氣性。

1.2.2 竹漿纖維的形態結構

竹漿纖維的加工方法主要有溶劑紡絲法和粘膠紡絲法，目前生產中基本均采用粘膠紡絲法。竹漿纖維細度、白度與普通粘膠纖維接近，強力較好，且穩定均勻，并克服了竹原纖維剛性大、硬挺的缺點，染色、吸收性、滲透性強，韌性、耐磨性較高，手感柔和光滑。竹漿纖維的不足之處是不耐酸堿性，圖9、圖10分別為竹漿纖維的橫、縱截面形態。從圖9、10中可以看出，竹漿纖維的縱面有明顯凹槽，這些凹槽形成的孔隙能夠產生較強的毛細管效應，使得竹漿纖維具有良好的吸濕放濕性能。

1.2.3 竹炭黏膠纖維

竹炭黏膠纖維是選用納米級竹炭微粉，經過特殊工藝（以水為介質，在乳化分散劑作用下，借助機械攪拌，使竹炭微粉均勻分散形成的懸浮液）加入粘膠紡絲液中，再經近似常規溶液紡絲工藝紡織出的纖維產品；而竹炭滌綸、竹炭錦綸的生產是在切片中加入制作好的竹炭母粒，通過熔融紡絲法進行紡絲制備。

竹炭微粉是將竹子采用純氧高溫及氮氣阻隔延時的煅燒新工藝，經氣流粉碎及表面改性制成的，一般竹炭微粉的粒徑不超過3μm，用于紡制竹炭滌綸的竹炭微粉一般為0.5μm以下。目前研制的除了竹炭粘膠纖維，還有竹炭滌綸、竹炭錦綸、竹炭磁性纖維等。

竹炭纖維優點很多（如吸附力超強、遠紅外線發射率高、負離子濃度高、礦物質含量高等），適宜開發新的功能纖維。

2．竹纖維的性能

2.1 力學性能

纖維強度是其結晶結構的宏觀表現。纖維強力測試結果如表1所示。

由表1知，竹原纖維的斷裂強度遠高于棉，屬強度高、伸長小的脆性纖維；而竹漿粘膠纖維的斷裂強力與普通粘膠纖維相當，在斷裂伸長上不如普通粘膠纖維。由于漿粕原料的變化，對纖維力學性能也帶來一定的影響，但是由于再生纖維素纖維的加工工藝，決定了竹漿粘膠纖維是柔弱型纖維，而且其濕態強度會大大下降，濕膨脹嚴重，因此下水后易變形，保型性差。

2.2 熱性能

了解纖維的熱性能，便于纖維的合理應用。幾種纖維的熱分析結果見表2。

表2表明，竹漿粘膠纖維的耐熱性能稍優于普通粘膠，其失重30%、50%時的溫度高于普通粘膠10%以上；但兩者均低于棉纖維。如表2所示，竹原纖維的熱穩定性明顯好于竹漿粘膠纖維，也優于棉纖維，這是因為竹漿粘膠纖維在紡絲過程中其內部結構受到了一定程度的破壞。

2.3 抗菌性

表3表明，竹原纖維對金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、白色念珠菌均有著優異的抵抗能力，且該抗菌效果與人工添加化學試劑的纖維截然不同，它是天然、環保、衛生、保健的；而在竹漿粘膠纖維紡絲過程中，原料中抗菌物質及其抗菌結構受到了一定程度的破壞，因此抗茵效果受到一些影響，其中對枯草芽孢桿菌的抗菌效果大受影響。

2.4 回潮率

通過對竹纖維的截面分析可知，竹原纖維橫截面呈天然高度中空，并呈梅花形排列，竹漿纖維縱向表面有多條較淺的溝槽，這些細微溝槽和截面孔隙能夠產生毛細管效應，所以竹纖維具有優良的吸濕放濕性能。

對竹纖維的吸濕放濕性能進行測試，測得竹纖維在標準狀態下的回潮率可達12%，與普通粘膠纖維的回潮率接近；但是，在36℃，100%的相對濕度條件下，竹纖維的回潮率可高達45%，且吸濕速率特別快，從8.75%的回潮率達到45%的回潮率僅用6個小時左右。相同的條件下，其他纖維的回潮率及其吸濕的速率都不如竹纖維。這說明竹纖維比其他纖維具有更優良的吸濕快干性能，更適合制作夏季服裝、運動服和貼身衣物。

3．竹纖維產品特點

3.1 綠色環保

綠色環保產品是指在產品的生命周期全過程中，符合特定環境保護要求，對生態環境無害或危害極小，對人類生存無害或危害極小，資源廣泛且利用率最高，能耗最低。竹子生長期短，能夠快速生長，3～4年即可成材，而且一次種植可以多年收獲，可持續利用，能夠代替棉花、木材等資源。竹纖維產業的發展有利于保護森林資源和節約可耕地資源。竹子大多生長在山清水秀的自然山林環境中，基本不占農田耕地。

據測算，1畝耕地大概可以出產100公斤棉花，按1∶1的比例兌算（即1公斤竹纖維替代1公斤棉花），則以我國目前竹纖維的生產規模來算至少可以節約20萬畝可耕地資源。這對于人均耕地少得可憐的我國來說，是彌足珍貴的。竹子極少受到農藥和有害物質的污染，其本身具有抗菌抑菌的成分，在竹纖維原料提取和生產制造過程中采用物理方式，無任何化學成分，無污染。

竹纖維紡織品：從原料竹子的生產→竹纖維原料的加工→紡織面料形成→紡織品生產加工→穿著消費→廢棄回收處理（再生或降解），這樣一個全過程中的任何一個環節都保持環保性，因而竹纖維具有無毒、無害、無污染等特點。

竹纖維是可降解的纖維，是一種天然、綠色、環保的紡織原料。竹纖維制成品可在自然環境和土壤中自然生物降解、完全分解，分解后對環境無任何污染，不對環境造成損害。天然竹纖維織物的天然抗菌、抑菌、抗紫外線的特點得到市場認可，深受歡迎。竹纖維產品柔滑軟暖、涼爽舒適、抑菌抗菌、綠色環保、天然保健的獨特品質獨樹一幟，是一種天然綠色環保型的紡織原料。

3.2 吸濕透氣

纖維在空氣中一方面會不斷地吸收空氣中的水蒸氣（吸濕過程），另一方面也會向空氣放出水蒸氣（放濕過程），不斷進行空氣與水蒸氣的交換。纖維在空氣中吸收或放出水蒸氣的能力稱吸濕放濕性。纖維的吸濕性能會影響纖維的強力等物理性質，從而影響其工藝加工和使用性能，還直接影響織物的穿著舒適性。

竹纖維機切長度為38mm，排列整齊，光澤亮麗，手感輕柔滑糯，在2000倍電子顯微鏡下觀察，竹纖維的橫截面凹凸變形，布滿了橢圓形或梅花型排列的孔隙，呈高度中空，邊沿有不規則的鋸齒形；縱向表面具有光滑均一，呈多條較淺的溝槽，毛細管效應極強，可在瞬間吸收和蒸發水分，透氣性能良好。

天然竹纖維具有較強的毛細管效應的實驗（試驗條件：30℃，預張力4 g ）：5 min時為6.74 cm，15min時為6.85 cm，30 min時為6.90 cm，60 min以后保持不變。還有人研究證明：在竹漿纖維中，Lyocell法竹纖維的截面形狀明顯不同于粘膠法竹纖維，結晶度也大于粘膠法竹纖維。Lyocell法竹纖維具有較好的吸濕性能，但其吸濕放濕平衡回潮率以及吸濕放濕速率低于粘膠法竹纖維。

用水皿法對竹纖維緯平針織物試樣進行透氣性能測試，試驗結果透氣量竹纖維1.652、粘膠長絲1.375、腈綸0.980、丙綸0.640，竹纖維針織織物的透氣性最大。這與竹纖維的橫截面中空有直接關系。竹纖維這種特殊結構使其表面具有一定的摩擦系數，纖維具有較好的摩擦力和抱合力有利于纖維成紗。在溫度為36℃、相對濕度為100%的條件下，竹纖維的回潮率超過45%，透氣性比棉強3.5倍，被美譽為“會呼吸的纖維”。在棉、毛、絲、麻、竹這五大天然纖維中，竹纖維的吸放濕性及透氣性位居第一，被稱為“纖維皇后”。

3.3 抗菌抑菌

竹纖維中含有一種名為“竹醌”的物質，竹子中的竹瀝有廣泛的抗微生物功能，能使竹纖維產品具有天然抗菌、抑菌、殺菌、防螨、防臭的效果。經高科技工藝制作的竹纖維紡織品可有效地抑制細菌生長，清潔人體周圍空氣，預防傳染病。

按照AATCC6538標準對竹纖維進行抗菌性能測試，結果顯示竹纖維有較強的抗菌作用，其天然、環保、持久、保健等抗菌特點與效果是人工添加的化學抗菌物質所無法比擬的。竹纖維服裝經反復洗滌后其抑菌功能也不衰減。在顯微鏡下觀察，細菌在棉、木等纖維制品中能夠大量繁殖，而竹纖維制品上的細菌不但不能長時間生存，而且短時間內還能消失或減少，24小時內細菌死亡率達75%以上。中國棉紡織品產品質量監督檢驗中心和中國科學院上海微生物研究所的檢測結果都證實了這一結論。

棉制品本身不具備抗菌、抑菌功能，所以夏日棉毛巾易發霉、變味、發粘和發臭即是細菌在毛巾上飛速大量繁殖的結果；而竹纖維毛巾自身具備抗菌、抑菌功能，細菌在其上面無法繁殖，甚至是無法生存。所以，竹纖維毛巾即使在溫暖潮濕的環境中也不發霉、不變味、不發粘。

抗菌試驗按JIS L1902-2002定量方法檢驗，結果如下：

注：生長數F>1.5時試驗有效，殺菌活性值越大，表示殺菌性能越好，抑菌活性值越大，表示抑菌性能越好。

根據表5、表6的檢測結果，對于金黃色葡萄球菌AATCC 6538P和大腸桿菌AATCC 25922兩種細菌，竹原纖維白坯布的殺菌性值和抑菌活性值均比苧麻纖維白坯布高。

3.4 抗紫外線

天然竹纖維含有的葉綠素銅鈉，是安全、優良的紫外線吸收劑，因而天然竹纖維織物具有良好的防紫外線功效。紫外線的透過率取決于許多因素，比如組織結構、覆蓋系數、顏色、工藝中的化學添加劑和樣品的處理等。200～400nm波長的紫外線對人體的傷害最大。

經中國科學院上海物理研究所檢測證明：對于200～400nm紫外線，棉的穿透率為25%，天然竹纖維的穿透率不足0.6%，其抗紫外線能力是棉的41.7倍，也優于苧麻纖維。天然竹纖維織物的這一特性，是其他種類紡織品所不可比擬的。

3.5 天然保健

竹子含有的果膠、竹蜜、酪氨酸、維生素E以及SE、GE等多種微量元素，具有抗癌、抗衰老的生物功效；竹子含有多種人體必需的氨基酸，對皮膚具有獨特的保健功能；竹纖維素、竹密、果膠具有滋潤皮膚和抗疲勞、抗衰老的生物功效，能增加人體的微循環血流、激活組織細胞，有效調節神經系統，疏通經絡改善睡眠質量。

《本草綱目》中有24處闡述了竹子的不同藥用功能和方劑，民間更是有近千種竹子的藥方?，F代醫學認為竹子中的抗氧化物能有效的清除人體內的自由基和酯類過氧化合物，并能阻斷強致癌物N-亞硝酸胺化合物，能顯著提高機體免疫能力。

竹纖維不帶自由電荷，抗靜電，止瘙癢。采用天然竹纖維（竹原纖維）制成的產品不需添加任何人工合成的抗菌劑就具有抗菌、抑菌功能，不會引起皮膚過敏并能提高人體免疫能力，是純天然的綠色健康產品。

3.6 除臭防螨

竹纖維（竹原纖維）中的葉綠素和葉綠素銅鈉，有較好的除臭作用。竹纖維內部特殊的超細微孔結構使其具有強勁的吸附能力，能吸附空氣中甲醛、苯、甲苯、氨等有害物質，并消除不良異味。對竹纖維（竹原纖維）進行除臭測試，初始氨濃度為40PPM，引入天然竹纖維織物2小時以后，氨的濃度降低為4.4PPM；引入天然竹纖維織物24小時以后，氨的濃度降低為0.6PPM。

實驗表明：竹纖維（竹原纖維）織物對氨氣的除臭率為70%～72%，對酸臭的除臭率達到93%～95%。根據這一特性，可以用竹纖維（竹原纖維）織物制造襪子，采用50/50竹原纖維/棉纖維21s、30/70竹原纖維/棉纖維30s這兩種紗線為原料，研發生產后上市銷售，這種竹纖維除臭襪子很受歡迎，獲得了成功。

竹子里含有一種有共軛環己二烯二酮或環己二烯二亞甲基結構的獨特物質——“竹醌”，它有抑菌、防螨、防臭、防蟲功能。在顯微鏡下觀察，細菌在棉、木等纖維制品中能夠大量繁殖，而在竹纖維制品上，細菌不但不能長時間生存，而且短時間內還能消失或減少，24小時內細菌死亡率達75%以上。

3.7 柔軟舒適

針對不同季節采用不同工藝制成的竹纖維服裝，親膚性優良，膚感舒爽，觸感柔軟，具有棉的柔軟感，絲綢的滑爽感，親和肌膚、柔軟貼身，懸垂性好，給人一種零壓力的舒適度。竹纖維比重1.34g/cm³，而澳毛纖維比重1.38g/cm³、普通毛型粘膠長絲比重1.50～1.52g/cm³。竹纖維比重較小，這是手感柔軟的一個重要原因。竹纖維遠紅外發射率高達0.87，大大優于傳統纖維面料，因此，有柔軟舒適的特點。夏天穿竹纖維衣服比穿棉纖維衣服溫度低1～2℃，感到涼爽，而冬春季節使用竹纖維衣服就會覺得既蓬松保暖潤滑細膩，又能排除過多的熱氣和水分，柔軟輕爽。竹纖維制成的紡織品冬暖夏涼，被稱為“人的第二肌膚”，這是其他纖維無法相比的。

3.8 高雅飄逸

竹纖維具有天然樸實的高雅質感。竹纖維單位細度細，白度好，染色后色澤儒雅，鮮艷真實，光澤亮麗，豐滿挺刮，飄逸大方；韌性及耐磨性強，有獨特的回彈性；較強的縱向和橫向強度，且穩定均一，懸垂性佳；柔軟滑爽不扎身，比棉纖維還軟，有特有的絲絨感。目前，國內已經推出了全竹、竹棉、竹麻、竹毛、竹真絲、竹天絲、竹萊卡、混紡絲、梭織、色織等一系列產品，以滿足人們的各種需要。

4．結語

竹子生長期短，3～4年即可成材，而且一次種植可以多年收割，因此，竹纖維的原材料資源廣泛、可利用性強。竹纖維制成的產品可在土壤中自然降解，分解后對環境無任何污染。竹纖維是一種天然、綠色、環保型的紡織原料。

竹纖維以天然抗菌、吸濕透氣、防紫外線和除臭保健等優異功能，成為繼棉、麻、絲、毛之后的第五大天然纖維，成為知名的新型纖維品種。竹纖維可以純紡，也可以與棉、麻、絹、天絲、蒙代爾、滌綸、氨綸等其他原料混紡。竹纖維織物具有天然的抗菌、抑菌性，良好的吸濕透氣性，滑爽柔軟的舒適性，以及防紫外線、除臭等特殊功能，暢銷國內外市場，市場前景十分美好！

作者簡介：

蔡繼權，教授級高級工程師，長期從事新產品研發和科技管理。

郵  箱：cjq6834@163.com