棉杆皮资源利用开发研究

中国麻业科学第３０卷棉杆皮资源利用开发研究李龙，盛冠忠，吴磊（西安工程大学纺织与材料学院，西安７１００４８）摘要：本文对农作物秸秆资源与开发利用、棉杆皮资源使用的现状以及纺织原料资源存在的问题进行了分析。

认为利用棉杆皮资源开发天然纤维素纤维将适应于纺织工业以及降解复合材料发展需要，符合国家建设资源节约型社会的总目标。

关键词：棉杆皮；纤维素纤维；纺织；复合材料中图分类号：Ｓ５６２文献标志码：ＢＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｏｔｔｏｎＢａｓｔＦｉｂｅｒｓＲｅｓｏｕｒｃｅＬＩＬｏｎｇ，ＳＨＥＮＧＧｕａｎ－ｚｈｏｎｇ，ＷＵＬｅｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｅｘｔｉｌｅ＆Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｘｉ’ａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｃｒｏｐｓｓｔｒａｗａｎｄｃｏｔｔｏｎｂａｓｔｆｉｂｅｒｓｒｅｓｏｕｒｃｅ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｅｘｔｉｌｅｍａｔｅｒｉａｌｓｒｅｓｏｕｒｃｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｎａｔｕｒａｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅｆｉｂｅｒｓｆｒｏｍｃｏｔｔｏｎｂａｓｔｗｉｌｌｂｅｕｓｅｄｆｏｒｔｅｘｔｉｌｅｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｄｅｇｒａｄａｂｌｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．ＴｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｔｔｏｎｂａｓｔｆｉｂｅｒｓｍｅｅｔｓｔｈｅｄｅｍａｎｄｏｆａｆｒｕｇａｌｓｏｃｉｅｔｙｉｎＣｈｉｎａ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｔｔｏｎｂａｓｔｆｉｂｅｒ；ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｆｉｂｅｒｓ；ｔｅｘｔｉｌｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ秸秆纤维是地球上巨大的再生天然高分子资源。

从资源的可持续利用、保护环境出发，人们对于能再生的秸秆纤维的利用寄予很大的期望。

近年来，生态问题和全球变暖已经唤醒用天然材料生产绿色产品和降低ＣＯ２排放的意识。

利用秸秆纤维资源是环境保护的一个长远发展方向。

１农作物秸秆资源与利用我国是一个农业大国，农副产品十分丰富，品种多，数量大。

据有关部门统计，我国农作物秸秆总产量超过７亿ｔ，其中稻草类２．３亿ｔ，小麦秸秆１．２亿ｔ，玉米秸秆２．２亿ｔ，其他农作物２亿ｔ［１］。

但是，在我国，秸秆的利用率却很低，仅占５％左右。

农作物收获后，为保证土地的再次耕种，大量的农作物秸秆被烧掉，既浪费了大量的自然资源，又对环境造成了污染，使空气中的二氧化碳、氮气严重超标。

随着人们对环保意识的增强，对农作物秸秆的处理问题也逐步引起了重视，更重要的是可再生天然资源的开发，可大量补充人类面临的不可再生资源的短缺，对人类的可持续发展有着重大意义。

除了麻类纤维作为纺织原料和复合材料的增强材料等应用之外，在农作物秸秆综合应用方面还有其它研究报道［１１－１５］。

中国热带农业科学研究院的菠萝叶的综合开发利用，北京理工大学对小麦秸秆进行蒸汽闪爆活化处理制备再生纤维素功能膜和丝产品，昆明理工大学利用黄麻杆制备活性炭材料，香港理工大学、澳大利亚Ｄｅａｋｉｎ大学研究椰纤维增强水泥基复合材２００８年第３０卷第４期中国麻业科学ＰＬＡＮＴＦＩＢＥＲＳＣＩＥＮＣＥＳＩＮＣＨＩＮＡ文章编号：１６７３－７６３６（２００８）０４－０２０４－０３收稿日期：２００８－０６－２３基金项目：教育部科学研究重点项目（编号：２０８１４０）、西安工程大学研究生创新基金资助项目（编号：ｃｈｘ０８０６０４）作者简介：李龙（１９６４－），男，教授、博士。

主要从事天然纤维资源利用、纺织复合材料技术的教学与研究工作。

２０４李龙等：棉杆皮资源利用开发研究２０５第４期料，印度利用椰纤维开发纺织新型纱线以及产业纺织品，日本清纺公司已独自开发出香蕉纤维的生产技术，并利用香蕉纤维开发出了牛仔服，美国科学家采用小麦秸秆纤维开发出对环境无污染的包装快餐新材料，日本Ｙａｍａｇｕｃｈｉ大学对亚麻纤维增强可降解绿色复合材料进行了系统地研究，日本Ｔｏｋｕｓｈｉｍａ大学对天然竹纤维提取、改性及其增强ＰＬＡ绿色复合材料进行研究等。

２棉杆皮资源棉花为全人类的服饰提供纺织原料。

我国棉花种植面积５３．３３万公顷。

棉杆是棉农摘取棉花后的废弃物。

棉杆皮是生长在棉杆表面的一种优良的韧皮长纤维。

我国是世界上产棉大国，每公顷棉田产棉杆３３７５～３７５０ｋｇ，而皮部占２６％，我国棉杆年产量达１５３０万ｔ，有棉杆皮４００万ｔ。

因此我国棉杆皮资源极其丰富。

棉杆作为农业废料，农村大多将其部分用做燃料烧掉，其余堆放田间地里，日久变质成为无法利用的废料，十分可惜。

棉杆富含纤维素、木质素和多缩戊糖，具有多种利用价值。

经过有关科研人员的研究，目前棉杆开发利用的主要途径有［２，３］：（１）造纸及包装箱纸板。

棉杆用作造纸原料，其质量远胜稻草与麦秆，可以制造坚实耐用的牛皮纸和工业用包装纸，一般每吨棉杆可生产牛皮纸６令或包装纸３５０公斤。

利用棉杆生产中高档包装纸可节约大量进口的木浆。

（２）加工刨花板。

棉杆的化学组成与阔叶木材相似，因此可以用棉杆代替木材加工人造板材，棉杆刨花板不仅具有不崩不裂、价廉耐用等优点，而且生产中没有污染环境的问题。

（３）加工纤维板。

用棉杆加工纤维板，不起层、价格低，可作室内装饰、包箱板、车辆船舶的内壁板和各种家具的装饰板等。

（４）加工建筑材料。

用棉杆作水泥制品的骨料，如棉杆水泥装饰板、水泥瓦等，具有质轻、价廉、坚固、隔热和保温的优点。

（５）棉杆发酵饲料。

３纺织原料资源及存在问题我国纺织工业原料资源短缺和较高的国际依存度，已成为纺织工业发展的主要矛盾。

大力发展各类天然纤维原料资源成为纺织工业调整资源结构的一项重要任务［４］。

纺织原料主要来源于石油化学工业（如化学纤维）、农民种植业（如棉花、麻）以及养殖业（如羊毛、蚕丝等）。

随着人类对资源的需求量越来越大，而石油、天然气等天然资源的枯竭，人们对再生资源的开发和综合利用的研究早已提到议事日程上［５］。

同时，随着中国要建设创新型国家以及科技的进步和国民经济的发展，对农副产品的深度加工与综合利用提出了新要求，因此提高棉杆的利用率和开发高价值的产品已引起人们高度关注。

纺织业是一个资源依托型很强的产业，原料的有限性将极大地制约产业的发展［６］。

天然纤维素纤维原料资源来自于植物纤维（棉花、麻纤维），这将受到地理、气候条件和土地面积的影响。

在节约不可再生能源的同时，应充分开发现有自然资源，综合利用植物废弃物，促进可再生、可循环利用的植物纤维研究［７，８］。

我国是世界纺织品生产大国，是世界纺织品加工基地，对纺织原料的需求量会随着我国出口产品的增长而增加，如果原材料供应的增长速度赶不上原材料需求的增长速度，纺织工业就会面临原材料供应不足的危机。

因此开发新型的纺织材料是我国各级政府在技术创新中关心的主要内容之一。

随着国民经济稳步增长，到２０１０年，我国人均纤维消耗量将达到１６ｋｇ。

另外，２００５／２００６全球棉花产量下降，用棉量却持续增加，仅我国棉花缺口将近３００万ｔ，所以加速对我国植物纤维的开发与研究已迫在眉睫［９，１０］。

尽管我国各种纺织原料总产量居世界领先地位，每年都需要进口大量的各种原料，我国仍不能称为一个纺织原料自给率很高的国家，这样不仅给我国纺织产业造成了巨大的经济损失，同时增加了经营风险。

例如，我国既是世界产棉大国，同时又是世界棉花消耗大国，国产棉花的供应仍存在较大缺口，因此我国还是世界棉花进口大国。

据国际棉花咨询委员会秘书处的报告分析，中国每出口１万ｔ棉花，国际市场棉花价格每磅会下降２美分，而中国每进口１万ｔ棉花，国际市场棉花价格每磅上升２美分。

中国麻业科学第３０卷（ａ）棉杆皮（ｂ）棉杆皮纤维（本色）（ｃ）棉杆皮纤维（白色）图１棉杆皮及其纤维形态Ｆｉｇ．１Ｃｏｔｔｏｎｂａｓｔａｎｄｔｈｅｆｉｂｅｒ４棉杆皮纤维资源开发棉杆皮纤维是从棉杆皮中提取的纤维。

为了充分利用农业废弃资源，实现政府提出的“资源节约型、环境友好型社会”目标，弥补我国天然纤维资源的短缺，研究棉杆皮中纤维的提取技术与工艺，以及棉杆皮纤维纺织应用价值。

为棉杆资源的应用开辟一条新的途径，为纺织工业以及其它产业开发一种新型天然纤维素纤维材料。

随着科技的进步和国民经济的发展，对农副产品的深度加工与综合利用提出了新要求，提高棉杆的利用率和开发高价值的产品已引起人们高度关注。

目前，地球资源的节约利用已经得到国际社会的强烈支持。

从棉杆皮中提取纤维符合中国政府提出的建设环境友好型、资源节约型社会的发展目标；同时，可以增加棉农的经济收入。

随着社会的进步和人类对自然界认识的加深，“绿色消费”率先在欧美等发达国家兴起。

天然纤维纺织品以具优良服用性能，在生活需求不断提高、重视绿色时尚和生态环保的消费潮流推动下，具有很大的发展空间和市场前景。

用农业废弃资源棉杆皮来开发纺织原料，具有重大的社会、经济作用。

天然植物纤维密度小，具有较高的弹性模量，它具有的生物降解性和可再生性是复合材料用其它任何增强纤维无法比拟的。

天然植物纤维在复合材料研究中的应用正在兴起，如亚麻、苎麻、黄麻、竹纤维等纤维增强复合材料。

纤维材料的研究开发是国内外相关部门十分关注的研究课题。

近年来，对于纺织废弃料以及用其它纤维资源开发纺织纤维的研究成果已得到市场认可，如天丝纤维、竹纤维、莫代尔纤维等。

节约资源是国际社会关注和研究的主要问题之一，中国政府已倡导建设环境友好型、资源节约型社会。

棉杆是作为棉花生产过程中不可避免而形成的废弃材料，充分利用棉杆皮资源开发新型纤维，不仅满足纺织工业发展的需求，也可以用于其他纤维产业。

棉杆皮提取纤维的形态见图１所示。

参考文献：［１］聂勋载，胡志军．棉杆皮本色浆的研究［Ｊ］．湖北造纸，２００３（４）：３．［２］杨长德．棉杆－纸板工业的优质原料［Ｊ］．四川造纸１９９８（３）：１４１．［３］何东保，柯昌祥，李黎明．棉杆制纤维素衍生物用浆的研究［Ｊ］．化学世界，１９９６（１２）：６５２．［４］张世平．促进我国麻纺织工业与麻类纤维资源协调发展［Ｊ］．中国麻业科学，２００７（增刊）：６６．［５］李永贵，曹远虑，葛明桥．利用废弃聚酯制品生产纺织纤维［Ｊ］．纺织学报，２００６（８）：１０１．［６］李创，王丽萍．中国纺织产业国际竞争力评价实证研究［Ｊ］．纺织科技进展，２００６（２）：１．［７］张素梅．天然植物纤维［Ｊ］．中国纤检，２００４（１１）：４５．［８］邱训国，严松俊．桑皮纤维开发及其综合利用［Ｊ］．辽宁丝绸，２００２（４）：１０．［９］２００５年全球纤维生产情况［Ｊ］．纺织导报，２００６（３）：５８．［１０］薛金爱．生物技术与植物纤维性废弃资源的综合利用［Ｊ］．自然资源学报，２００５（１１）：９３８．［１１］中国热带农业科学院科技处．我国菠萝叶的综合开发利用［Ｊ］．中国热带农业，２００６（６）：２５．［１２］田永生，邵自强，徐坤．小麦秸秆ＳＥ活化改性后的成膜性能［Ｊ］．高分子材料科学与工程，２００４，（３）：１９４．［１３］朱艳丽，彭金辉，张利波，等．微波辐射氢氧化钾法制备黄麻杆活性炭纤维［Ｊ］．云南化工，２００５（３）：１１．［１４］叶颖微，冼定国，冼杏娟．竹纤维和椰纤维增强水泥复合材料［Ｊ］．复合材料学报，１９９８（３）：９２．［１５］ＺｈｉｊｉａｎＬｉ，ＬｉｊｉｎｇＷａｎｇ，ＸｕｎｇａｉＷａｎｇ．Ｆｌｅｘｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｉｒｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＦｉｂｅｒｓａｎｄＰｏｌｙｍｅｒｓ，２００６（３）：２８６．２０６。