天然高分子材料莲纤维的组成、结构、性能及其相互关系研究

莲纤维是指从莲叶/花柄中制得的一种可用于纺织加工的天然高分子材料，具有优良的服用性能，但目前对其深入系统的研究尚未见诸报道。本项目拟研究莲叶/花柄的生物学特征和莲纤维的组织来源，以及莲叶/花柄和莲纤维的化学组成，重点攻克莲叶/花柄中各组织之间、各大类组分之间的联结方式，为莲纤维的分离方法的选择及分离技术工艺条件的制定提供理论依据；并重点研究莲纤维不同于其他天然纤维素纤维的特殊微细结构与宏观结构，以及莲纤维的结构、组份与其性能之间的关系，为莲纤维的物理与化学纺织加工工艺制定奠定理论基础。该项目的研究将填补莲纤维研究的诸多空白，具有较高的学术价值，将有助于发展天然纺织纤维材料的新理论、新概念和新方法，并将为新型天然植物纤维材料的开发奠定理论基础，进而为开发具有高技术含量的纺织制品提供借鉴和指导。

开发新型纺织用纤维，扩展纺织纤维来源，是促进纺织工业持续健康发展，提高纺织品附加值、拓展织物性能的重要前提和基础。莲纤维织物由于具有芳香味、吸湿、防臭等功能，同时还被寓以佛教上的象征意义，而具有特殊和重要的研究价值。本项目针对莲纤维与常规植物纤维在生物结构上的本质区别，从植物解剖学的角度出发，系统研究了莲叶柄的生物结构和细胞类型，明确了莲纤维的来源组织和莲纤维的概念，揭示了莲纤维和其它纺织纤维的本质区别，进一步借助近现代分析技术研究了莲纤维的主体成分及其在纤维中的分布、单糖组成、生物活性成分含量、微量矿质元素组成、超分子结构、表面特征等，为研究莲纤维的加工工艺和功能特性奠定了基础。同时还探讨了莲纤维的基本物理性能和功能特性，揭示了纤维性能与结构、组成之间的内在联系，为莲纤维的应用提供了理论参考。. 项目严格按照项目计划书进行，研究内容和研究进程未调整和变动。项目主要取得了以下研究成果：. 项目研究发现莲叶柄主要由表皮、基本组织、气道和维管束组成，维管束星散分布且组织比量不足10%。莲叶柄主要含有5种细胞类型，只有管状分子可用于提取纺织纤维材料。莲纤维是存在于维管束木质部管胞和原始导管中的带状螺旋式次生壁加厚物。其纤维素含量仅为41%左右，木质素主要分布在纤维的外围部分，而半纤维素嵌合在纤维素微纤丝之间，在整个纤维横截面上均有分布。莲纤维多糖主要由葡萄糖、木糖、甘露糖和半乳糖组成，其中半纤维主要由木糖组成。总蛋白、总黄酮和生物碱含量分别为2.08%、0.34%和0.13%，微量矿质元素如Fe、Zn、Ca、Si的含量分别是棉纤维的33、4、7和12倍。莲纤维素的平均聚合度为5696，成熟莲纤维结晶度和取向度分别为48%和84%，微晶尺寸仅为2.5 nm。莲纤维表面形貌粗糙，呈现颗粒状、纤维状和块状形貌特征，并伴有大小不一的沟槽和孔隙。莲纤维由非常薄的S1层和作为纤维主体的S2层组成，没有棉和竹纤维的次生壁多层次构造。莲纤维的平均细度、断裂强度、断裂伸长率和杨氏模量分别为0.91 dtex、2.29 cN/dtex、2.58%和78.5 cN/dtex，莲纤维的吸、放湿平衡回潮率和吸、放湿速率均高于棉纤维，莲纤维热降解过程中出现了两个明显的热失重峰，纤维素的热裂解起始温度约为361℃，莲纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有一定的抑制效果。