桑皮纖維是一種純天然纖維素纖維，與人體肌膚有良好的親和性，其纖維光澤好、易染色、手感柔軟舒適[1]，可自然降解，并具有較好的抗菌、抑菌性能，經(jīng)化學脫膠后的纖維抑菌率達75.7%[2]，是一種典型的生態(tài)纖維。

　　我國有著悠久的栽桑養(yǎng)蠶歷史，是蠶桑絲綢大國，據(jù)中國絲綢協(xié)會統(tǒng)計，至2012年全國桑樹種植面積達1262萬畝。每年冬、夏兩季桑樹修枝將產(chǎn)生巨大的桑枝條廢棄資源，利用桑枝皮開發(fā)桑皮纖維及其紡織品，不僅延長了蠶桑產(chǎn)業(yè)鏈，提高了蠶桑業(yè)的資源綜合利用率，對促進產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有積極作用，也為紡織材料和紡織產(chǎn)品開發(fā)提供了創(chuàng)新空間。

　　我國有著開發(fā)桑皮纖維生態(tài)紡織產(chǎn)品得天獨厚的條件和創(chuàng)建桑皮纖維產(chǎn)品自主品牌的良好基礎(chǔ)。20世紀90年代以來，紡織用桑皮纖維的開發(fā)研究得到了業(yè)界的關(guān)注，科研人員開始對桑皮纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)、制取工藝和設(shè)備等相關(guān)技術(shù)進行了探索研究。本文根據(jù)四川省絲綢科學研究院多年來的桑皮纖維開發(fā)實踐，客觀地介紹了桑皮纖維生產(chǎn)技術(shù)及其紡織品的研發(fā)進展，提出了存在的問題與建議。

　　1. 桑皮原料

　　1.1　桑皮纖維特性

　　1.1.1　桑皮的化學物質(zhì)成分

　　桑皮纖維取自于桑樹韌皮層，研究表明桑樹韌皮由約32%的纖維素纖維和68%的膠質(zhì)組成[3]，幾種天然植物韌皮纖維的化學成分及含量見表1。

　　表1 幾種植物韌皮化學成分比較(%)

　　1.1.2 桑皮纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)

　　桑皮纖維截面多為不規(guī)則橢圓形、三角形和少量多邊形(見圖1)。截面上分布有大小不等的孔洞、縫隙(見圖2)，使纖維具有良好的光澤和吸放濕等性能。桑皮纖維表面縱向有條紋、無橫節(jié)(見圖3)。與棉纖維相比表面形態(tài)較粗糙，無天然扭曲。與苧麻纖維表面顯著的縱向裂紋、橫節(jié)相比，桑皮纖維具有多孔隙的截面和天然條紋溝槽表面結(jié)構(gòu)及較大的比表面積，賦予纖維較好的摩擦抱合性能和優(yōu)良的吸濕透氣性，但沒有接觸刺癢感。

　　1.1.3 桑皮纖維的物理性能

　　桑皮纖維的物理性能類似于棉、麻纖維，其線密度介于棉和苧麻之間，約為苧麻纖維的1/2;強度高于棉，與苧麻接近;長度最短，僅為細絨棉的1/2～2 /3，且長度離散值大;而斷裂伸長優(yōu)于棉、麻[4]，其物理指標見表2。桑皮纖維有著優(yōu)良的吸濕、透濕、透氣和耐磨性，可廣泛用于紡織服用產(chǎn)品的開發(fā)。

　　表2 幾種天然纖維物理性能指標

　　1.2 桑樹品種對桑皮纖維品質(zhì)的影響

　　桑皮纖維的長度、細度、強度等關(guān)鍵物理指標受桑樹品種、生長環(huán)境、纖維制備技術(shù)水平影響較

　　大，我國桑樹品種繁多，2005年統(tǒng)計顯示國內(nèi)已有各種類型桑樹種質(zhì)資源約3000余份[5]。表3為本文對四川省20多種常見桑樹品種所作的纖維品質(zhì)調(diào)查的部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

　　表3 部分桑樹品種纖維物理指標

　　從表3中可以看出不同品種和產(chǎn)地的桑皮纖維其長度、細度差異較大，平均長度最長的20.7 mm，平均長度最短的僅為10.2 mm，普遍長度為12～15 mm;線密度極差達1.01 dtex(1500公支)。測試中最長纖維達50 mm，最小線密度1.76 dtex。

　　2　桑皮纖維生產(chǎn)工藝

　　2.1　纖維制備

　　自然界中的桑皮纖維被果膠、半纖維素、木質(zhì)素等膠質(zhì)物質(zhì)束縛于桑樹韌皮層中，需通過理化、生化、機械等手段將纖維與膠質(zhì)分離，因此纖維制備成為桑皮纖維開發(fā)的首要環(huán)節(jié)。桑皮纖維制備工藝路線有兩條，分為全脫膠和保留部分膠質(zhì)的半脫膠工藝，其產(chǎn)品分別為單纖維和工藝纖維(束纖維)，工藝流程為：

　　全脫膠工藝(單纖維)：原料預處理——兩煮一練化學(或生物)全脫膠——桑皮后整理聯(lián)合機清洗脫水——上油——烘干——開松——桑皮纖維開松綿。

　　半脫膠工藝(工藝纖維)：原料預處理—— 一煮一練化學(或生物)半脫膠——打洗——酸漂——氯漂——清洗——脫水——上油——烘干——毛式開松梳理(或麻式開松)——束纖維。

　　工藝纖維由于保留了部分膠質(zhì)使一定數(shù)量的纖維粘結(jié)成束纖維狀，長度較長，但纖維縱向均勻度相對較差，易起短絨毛，強度低，纖維粗[6]，只能紡粗特紗。而單纖維在柔軟性、細度、強度上較工藝纖維優(yōu)勢明顯，但長度過短，不能作純紡，兩類桑皮纖維主要特性見表4。

　　表4 兩類桑皮纖維主要特性比較

　　2.1.1 脫膠

　　目前采用的脫膠方法有化學脫膠、生物脫膠和生物化學聯(lián)合脫膠。

　　2.1.1.1 化學脫膠

　　化學脫膠的原理是利用無機酸、堿和氧化劑等對桑皮中的膠質(zhì)大分子進行破壞，變成能溶入溶液的小分子，而將膠質(zhì)與纖維分離，再通過捶打清洗等后整理過程脫除游離膠質(zhì)，提取出原生纖維。以全脫膠為例：

　　工藝流程：原料——浸酸預處理_—— I煮——桑皮后整理聯(lián)合機打洗脫水——II煮——聯(lián)合機打洗脫水——精練——聯(lián)合機打洗脫水

　　其中浸酸：硫酸 2g/L，溫度 60-80℃，浴比 1:10, 時間 0.5 h;

　　I煮：氫氧化鈉 10g/L, 三聚磷酸鈉3g/L，磷

　　酸三鈉4.5g/L，浴比1:10 ，溫度95～100℃，時間2.5 h;

　　II煮：氫氧化鈉 6g/L, 三聚磷酸鈉2.5g/L，磷酸三鈉3g/L ，浴比1:10 ，溫度95～100℃，時間2.0 h;

　　精煉：氫氧化鈉4g/L，三聚磷酸鈉2.5g/L，亞硫酸鈉3 g/L，洗凈劑0.4 g/L，浴比1:15, 溫度95-100℃，時間1.5 h。

　　與傳統(tǒng)韌皮纖維的加工方法相同，化學脫膠消耗大量的堿、酸、化學助劑等化工原料和能源，生產(chǎn)過程對環(huán)境污染嚴重，治污費用高。此外，化學脫膠破壞了纖維表面結(jié)構(gòu)，使纖維更加粗糙，可紡性差，制成率低。因此探索先進的脫膠工藝技術(shù)成為業(yè)界的必然選擇。

　　2.1.1.2 生物脫膠

　　生物脫膠是利用微生物在生長過程中分泌出的酶使膠質(zhì)水解被去除。目前采用的生物脫膠方法有酶脫膠和菌脫膠。酶脫膠是直接利用脫膠酶制劑或產(chǎn)酶脫膠微生物的發(fā)酵粗酶液作用于桑皮原料，利用酶的生物活性，催化水解膠質(zhì)物質(zhì)[7]，使纖維分離出來的方法。但市場上的脫膠酶主要是針對亞麻、苧麻等麻類韌皮纖維原料結(jié)構(gòu)特性開發(fā)的，桑皮與麻類膠質(zhì)存在的結(jié)構(gòu)差異和高含膠量等，用現(xiàn)有生物酶制劑對其脫膠效果不理想，通常在實驗室條件下單純的酶法脫膠膠質(zhì)去除率僅為 30-45%，且水質(zhì)、光照、溫度等環(huán)境條件對酶活性影響較大，穩(wěn)定性較差，此外，酶法脫膠成本高。

　　菌脫膠的實質(zhì)是借助以桑皮膠質(zhì)為營養(yǎng)源的脫膠菌的生命活動，通過 “膠養(yǎng)菌，菌產(chǎn)酶，酶脫膠”的循環(huán)生化反應(yīng)[8]，達到接入菌種，分泌酶來分解、去除桑皮中非纖維素物質(zhì)，提取纖維的目的。該方法是通過桑皮專用脫膠菌種的人工選育、培養(yǎng)、提純、擴大培養(yǎng)，再通過接種進入工業(yè)化脫膠生產(chǎn)，屬桑皮的定向脫膠，其針對性強，脫膠效果較顯著，膠質(zhì)去除率可達70～82%，該方法脫膠周期較長，脫膠菌培植工藝復雜，需要一定的菌種培植設(shè)備投入。由于采用這兩類生物脫膠工藝制備的精干品殘膠率還無法達到后續(xù)加工要求，因此在現(xiàn)階段生物化學聯(lián)合脫膠是最佳選擇。

　　2.1.1.3 生物化學聯(lián)合脫膠

　　脫膠菌—化學脫膠工藝流程為：

　　桑皮浸酸預處理——清洗回調(diào)pH——接入菌種脫膠——滅菌(精煉)——后整理聯(lián)合機打洗脫水——上油增柔——干燥

　　其中浸酸：硫酸溶液質(zhì)量濃度2g/L，時間 0.5 h，溫度 60℃，浴比 1:10;

　　接種：采用西華大學桑皮纖維脫膠菌種，接種量10%，溫度37-39℃,時間20h，pH7.0-7.5。

　　滅菌：氫氧化鈉1.5-2 g/L，浴比1:10 ，常壓煮沸1 h，再加入1.5 g/L的雙氧水繼續(xù)煮沸0.5 h即可達到滅菌的要求，也可以去除木質(zhì)素，使纖維變得松軟。

　　生物化學脫膠由于是以生物技術(shù)取代了化學脫膠工藝大劑量使用化工料的高溫I煮、II煮過程，減少了對環(huán)境的污染和纖維損傷，再輔以相對溫和的化學處理(精練或滅菌)，使精干品殘膠率可控制在4%以內(nèi)，能夠滿足紡織纖維的品質(zhì)要求。

　　此外，閔庭元、周彬等還研究了超生波—生物酶—化學脫膠新工藝，將原料的浸酸、酶處理、堿煮、酸洗等過程均置于超生波清洗機內(nèi)進行，加快了脫膠進程，減少了化工品用量[9]。

　　2.2 脫膠后整理

　　同傳統(tǒng)麻類脫膠工藝一樣，桑皮纖維脫膠后也需通過捶打清洗、漂洗、上油等后整理手段清除已脫除的游離果膠等雜物，減少膠質(zhì)的重新粘附。

　　2.2.1 打洗開纖除雜

　　半脫膠生產(chǎn)工藝可以沿用麻類脫膠后整理工藝及設(shè)備，而全脫膠工藝因桑皮單纖維長度短，現(xiàn)有麻類工藝和設(shè)備均不適用。四川省絲綢科學研究院根據(jù)纖維特性研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的桑皮脫膠后整理聯(lián)合機，設(shè)備利用特制的不銹鋼網(wǎng)簾，在打洗開纖、清洗除雜等過程中，始終將桑皮纖維控制其間，形成纖維薄層，既保證了脫除雜物的分離去除和對纖維的清洗整理，又有效避免了分離纖維在上述過程中的散失。并且該項工藝技術(shù)實現(xiàn)了桑皮纖維脫膠后整理過程的機械連續(xù)化作業(yè)，具有省工、省時、省水、效率高等優(yōu)點。

　　2.2.2 浸油增柔

　　桑皮纖維長度短、含膠高，規(guī)模制取的桑皮纖維在脫膠后機械打洗、漂洗等后整理過程中易使纖維糾結(jié)，干燥后更易產(chǎn)生并結(jié)、硬脆，必須進行浸油處理。桑皮纖維開松油劑由羧基硅油、季銨基型抗靜電劑和pH值緩沖劑構(gòu)成核心成分，其原理是以盡可能薄的油劑層很好地包覆脫膠纖維全表面，在不改變纖維內(nèi)在特性的情況下，賦予纖維良好的平滑度和柔韌性等表面特性，減少精干品烘干時的并結(jié)和開松損傷，同時又易于在后工序中從纖維表面除去，不會對后加工造成不良影響。

　　2.3 桑皮纖維精干品開松

　　因目前國內(nèi)桑皮纖維的開發(fā)還處于試驗研究階段，尚未進行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，因此桑皮纖維精干品的試驗性開松大都采用麻式開松、絮用開松機或毛式開松設(shè)備加工。由于桑皮纖維在韌皮層中獨特的多重網(wǎng)狀排列結(jié)構(gòu)和加工過程的機械作用以及殘膠等因素，使纖維不可避免地產(chǎn)生糾結(jié)，干燥后較硬脆，開松難度大。開松梳理力不足不能充分開纖，梳理力過大，作用劇烈易造成纖維損傷斷裂。這些替代設(shè)備不適應(yīng)單纖細而短的桑皮纖維的開松。工藝纖維可采用毛式開松工藝加工，但它對纖維長度要求高，桑皮精干品的結(jié)構(gòu)狀況易出現(xiàn)落纖增多，制成率較低等問題。近年來，采用四川省絲綢科學研究院開發(fā)的桑皮纖維漸進開松工藝、開松油劑及專用預開松機、開松機較好地克服了上述問題。

　　3.　桑皮纖維產(chǎn)品開發(fā)

　　3.1 紡紗

　　桑皮纖維與大多數(shù)天然纖維或常規(guī)棉型化纖有良好的互混性。工藝纖維由于細度粗，通常只能紡粗特紗，可利用其纖維長度長的優(yōu)勢，直接與棉、麻、棉型化纖等纖維混紡，開發(fā)中、粗特桑皮纖維混紡紗線。目前已有部分采用桑皮工藝纖維與棉及其它纖維混紡的研究報導，如馬藝華、譚磊等進行了混紡比為桑皮纖維/棉 (20～50/ 80～50)的18.5 tex～53.5tex桑棉混紡紗線工藝技術(shù)研究[10]，瞿才新、毛雷等進行了混紡比為桑皮纖維/粘膠基甲殼素纖維(50/50)的18.2 tex混紡保健紗開發(fā)[11]等中、粗特紗的開發(fā)實例。

　　采用單纖維紡紗的研究甚少。由于桑皮纖維平均長度短，純紡困難，與棉、麻等天然纖維和其它人造纖維、化學纖維長度差異較大，混紡也有較大難度。彭孝容、陳祥平等采用平均長度為16.8～20.7mm的桑皮纖維與棉、苧麻(切斷麻)、絲、竹漿纖維混紡，開發(fā)的混紡比為桑皮纖維/棉/絲(40/40/20)及混紡比為桑皮纖維/苧麻/竹漿纖維(40/30/30)的14.6 tex、16.4 tex、18.5 tex多組分桑皮纖維混紡紗取得成功，其關(guān)鍵是在進行品種和配棉設(shè)計時不僅根據(jù)終端產(chǎn)品要求選用與桑皮纖維風格和諧、優(yōu)勢互補的其它纖維種類，還兼顧使所選用纖維形成合理的長度分布梯度，既能提高混紡材料的可紡性又能獲得較好的產(chǎn)品風格和質(zhì)量[4]。

　　3.2　織造

　　桑皮纖維混紡紗可采用常規(guī)棉針織、機織設(shè)備進行織造生產(chǎn)。毛羽是桑皮纖維紗線織前準備和織造工序工藝設(shè)計必須予以重點關(guān)注的問題。桑皮纖維面料的設(shè)計不僅要關(guān)注織物的外觀風格，還應(yīng)重點考慮利用其與人體良好的親和特性，突出織物優(yōu)異的服用性能。利用桑/棉/絲混紡紗異支合股開發(fā)的雙層小提花針織面料手感柔軟、光澤優(yōu)雅自然;珠地紋面料紋理清雅，立體感強，具有優(yōu)良的吸濕透氣性，貼身親膚舒適，是制作內(nèi)衣、T恤等休閑服裝的上好面料。其針織物的頂破強力、柔軟性、懸垂性、耐磨性和吸濕透氣性均程度不同地好于同規(guī)格的純棉針織物。而桑/麻/竹16.4/16.4 523.5/295紗斜紋、16.4/16.4 433/275.5經(jīng)竹節(jié)布、16.4/16.4 523.5/283.5府綢機織物不僅兼具優(yōu)異的吸濕透氣性，還有一定的抗菌、抑菌、抗紫外線等保健性能，這些都是桑皮纖維織物開發(fā)的成功實例。此外馬君志、杜麗霞還介紹了桑皮纖維紗與桑蠶絲交織，桑麻紗與滌綸長絲交織[12]，使織物獲得了良好的服用性和獨特的品質(zhì)外觀。

　　3.3 染色

　　桑皮纖維具有較好的染色性，幾乎可適用于各種還原染料、堿性染料、硫化染料、直接染料等的染色[13]，并且色澤鮮艷，色牢度好。桑皮纖維與棉、麻、竹、絲混紡面料同浴染色性也較好，采用活性染料所染的淺、中、深色其色牢度指標除耐濕摩擦色牢度為4級外，其它指標如耐干摩擦色牢度、耐皂洗色牢度變色、耐皂洗色牢度沾色、耐堿汗?jié)n色牢度粘布沾色等指標均可達4-5級。但需注意桑皮纖維織物的經(jīng)紗漿膜較厚，染前整理宜采用先退漿后燒毛工藝，以避免造成燒毛不徹底而產(chǎn)生的染色不勻。此外，采用工藝纖維制成的織物，因其含有一定量的膠質(zhì)，染色前應(yīng)通過練整處理脫盡膠質(zhì)再上染。通常采用活性染料上染桑皮纖維織物其效果(尤其是色牢度)優(yōu)于直接染料[13]。

　　4 存在的問題與開發(fā)思路

　　4.1 纖維長度

　　纖維長度短是制約桑皮纖維在紡織領(lǐng)域開發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。在現(xiàn)有原料條件下，一方面完善纖維制備技術(shù)，盡量減少脫膠、開松等加工過程對纖維長度的損傷，保護、提高纖維制成長度。另一方面，選擇可紡性能優(yōu)良的纖維混紡或采用新型紡紗技術(shù)如嵌入紡等新技術(shù)，以及通過技術(shù)改進，開發(fā)平均線密度在1tex以下高品質(zhì)桑皮工藝纖維，均可弱化紡紗工藝對原生纖維長度的依賴，進一步拓展桑皮纖維的紡織用途。

　　4.2 制纖成本

　　桑皮纖維制取成本較高是另一大制約其產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的影響因素。與麻類等韌皮原料相比，桑樹韌皮中的纖維素含量較低，約占30～40%，而纖維得率僅有 13-20%左右。由于農(nóng)村勞動力缺乏和生產(chǎn)資料的不斷上漲，使桑皮原料收購和生產(chǎn)成本大幅上升，在現(xiàn)有原料品質(zhì)和生產(chǎn)技術(shù)水平條件下，對桑枝條的利用僅限于提取纖維其經(jīng)濟價值受到限制。面對這一巨大的廢棄資源，應(yīng)結(jié)合桑皮纖維的制取，大力開展對其綜合利用技術(shù)的研究。如桑皮中還含有豐富的果膠和其它有效成分(見表1)。果膠具有良好的增稠、膠凝化、乳化穩(wěn)定作用，在食品、醫(yī)藥、紡織等領(lǐng)域有著廣泛的作用。目前已有文獻報道利用桑皮制取纖維和醫(yī)用級別高純度果膠取得成功的研究實例[14]。利用剝皮后的桑白條還可制取桑枝粘膠纖維，桑枝板、造紙和提取醫(yī)用桑枝生物堿、木質(zhì)素等[15]，使廢棄桑枝條得到更加充分有效地利用。

　　4.3 原料品質(zhì)

　　不同桑樹品種的纖維品質(zhì)差異較大，因此，結(jié)合葉用、果用桑品種的研究，篩選兼有纖維優(yōu)良的桑樹品種并作定向培育是從根本上提高桑皮纖維長度，開發(fā)高附加值桑皮纖維產(chǎn)品的有效途徑。同時也可為日益受制于有限耕地面積的傳統(tǒng)天然纖維和對石油資源高度依賴的紡織原料開辟新資源。

　　4.4 研發(fā)隊伍

　　國內(nèi)對桑皮纖維研究開發(fā)時間不長，目前針對規(guī)模制取桑皮纖維的應(yīng)用技術(shù)研發(fā)力度和技術(shù)水平有限，而桑皮綜合利用技術(shù)涉及桑樹培育、機械制造、生物、化工、紡織印染、環(huán)境保護等，是一門多學科、多門類交叉融合的綜合技術(shù)，必須組成專門研發(fā)團隊，協(xié)同多方力量，加大相關(guān)技術(shù)的研究和研發(fā)資金的投入，才能加快其產(chǎn)業(yè)化進程。

　　5. 結(jié) 語

　　與經(jīng)濟和社會需求高速增長伴生的資源環(huán)境約束加劇，是未來我國紡織工業(yè)面臨的嚴峻挑戰(zhàn)之一。因此，踐行資源節(jié)約和綜合利用的生產(chǎn)生活方式將成為人們社會活動的必然選擇。利用我國傳統(tǒng)蠶桑優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的廢棄物，開發(fā)純天然生物質(zhì)纖維材料和紡織產(chǎn)品以及其它附產(chǎn)物，符合社會發(fā)展的必然趨勢。隨著蠶桑生物科技、桑皮纖維應(yīng)用技術(shù)、桑枝綜合開發(fā)技術(shù)以及紡織科技的不斷發(fā)展，桑皮纖維及其紡織產(chǎn)品必將具有更廣闊的開發(fā)應(yīng)用空間。