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。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)界的關注，科研人員開始對桑皮纖維的形態(tài)結(jié)構、制取工藝和設備等相關技術進行了探索研究。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

　　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、強度等關鍵物理指標受桑樹品種、生長環(huán)境、纖維制備技術水平影響較

　　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，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)構特性開發(fā)的，桑皮與麻類膠質(zhì)存在的結(jié)構差異和高含膠量等，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[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)權的桑皮脫膠后整理聯(lián)合機，設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。這些替代設備不適應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，其關鍵是在進行品種和配棉設計時不僅根據(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計必須予以重點關注的問題。桑皮纖維面料的設計不僅要關注織物的外觀風格，還應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域開發(fā)應用的關鍵因素之一。在現(xiàn)有原料條件下，一方面完善纖維制備技術，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如嵌入紡等新技術，以及通過技術改進，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，應結(jié)合桑皮纖維的制取，大力開展對其綜合利用技術的研究。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用技術研發(fā)力度和技術水平有限，而桑皮綜合利用技術涉及桑樹培育、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，必須組成專門研發(fā)團隊，協(xié)同多方力量，加大相關技術的研究和研發(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、桑皮纖維應用技術、桑枝綜合開發(fā)技術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)應用空間。