酸雨對(duì)棉織物的性能影響1

楊 陳

（江西服裝學(xué)院，江西 南昌 330201）

酸雨對(duì)棉織物的性能影響1

楊 陳

（江西服裝學(xué)院，江西 南昌 330201）

探討了棉織物在模擬酸雨環(huán)境中的性能變化。研究表明，棉織物的質(zhì)量損失率與吸濕回潮率隨著pH值的增加而減小，隨著淋雨時(shí)間的增加而增加，而pH值對(duì)棉織物的抗霉變性能影響不大，但隨著淋雨時(shí)間的增加，抗霉變性能降低。棉織物的力學(xué)性能隨著pH值的增加而升高，隨著淋雨時(shí)間的增加而降低，且硝酸酸雨對(duì)棉織物的損傷高于硫酸酸雨。

棉織物；酸雨；質(zhì)量損失率；吸濕回潮率；抗霉變性能；分子結(jié)構(gòu)；力學(xué)性能

棉纖維歷來(lái)作為高檔紡織服裝的原材料，以其良好的力學(xué)性能、優(yōu)異的舒適性和齊全的染色色譜而深受廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)[1-3]。近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)的長(zhǎng)足進(jìn)步，環(huán)境污染也日益嚴(yán)重，大量的煤炭及石油礦物及其衍生物的使用，釋放了大量的含硫、含氮的氧化物，在空氣中凝結(jié)成雨，當(dāng)pH小于5.6的時(shí)，這種雨被成為酸雨。酸雨不僅能使土壤酸化，給環(huán)境造成極大的危害[4-6]。同時(shí)，當(dāng)人們的服飾在被酸雨淋后，不僅使得服飾更加容易走形，使用壽命也大打折扣，本文通過(guò)測(cè)試棉纖維在不同酸雨環(huán)境中的服用性能，為開(kāi)發(fā)耐酸雨服飾的棉纖維提供一定的參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

棉織物（實(shí)驗(yàn)所選棉織物中的棉纖維主體長(zhǎng)度為32 mm，纖維的平均細(xì)度為1.36 dtex，鋸齒棉，馬克隆值為A級(jí)，織物的組織結(jié)構(gòu)為平紋，經(jīng)紗密度為420根/10 cm，緯紗密度為360根/10 cm，經(jīng)緯紗線的粗細(xì)均為30英支，購(gòu)買自河南省周口市）、黑曲霉（上海一研生物科技有限公司）、丙醇（鄒平銘興化工有限公司）、硫酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，山東振興化工有限公司）、硝酸（淄博新川化工有限公司），以上實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑均為AR級(jí)。

1.2 儀器

酸雨試驗(yàn)箱（根據(jù)無(wú)錫焱昇工貿(mào)有限公司蘇能試驗(yàn)設(shè)備廠產(chǎn)的擺桿淋雨裝置改裝而成），AR1140美國(guó)奧豪斯Adventurer萬(wàn)分之一電子天平（美國(guó)奧豪斯儀器(上海)有限公司），DHG-9023AD高溫烘箱（北京恒泰豐科試驗(yàn)設(shè)備有限公司），LP/DHS-500恒溫恒濕試驗(yàn)箱（上海林頻儀器股份有限公司），INSTRON5590萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（美國(guó)英斯特朗公司），布魯克D2 PHASER X射線衍射儀（德國(guó)布魯克AXS公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1棉織物酸雨侵蝕處理

使用蒸餾水對(duì)丙醇按照浴比1∶15的比例浸泡后的退漿棉織物進(jìn)行清洗，將清洗后的棉織物放置在溫度為105±1℃的DHG-9023AD高溫烘箱中干燥至恒重。剪刀將干燥后的棉織物剪成200 mm×200 mm的正方形，并用AR1140美國(guó)奧豪斯Adventurer萬(wàn)分之一電子天平稱其質(zhì)量，記作M0。配置pH值分別為4.5、5.0、5.5的硫酸與硝酸溶液，放置到酸雨試驗(yàn)箱中，為了保證棉織物與酸雨的充分接觸，并保證淋雨面積的全覆蓋，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將棉織物水平放置后，按照水平中心線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而酸雨實(shí)驗(yàn)中的酸雨則以垂直于水平方向噴灑（雨量模擬14 mm/12 h的中雨環(huán)境）。分別在硫酸與硝酸的酸雨環(huán)境中淋雨實(shí)驗(yàn)3 h、6 h、9 h后取出，并再次使用蒸餾水洗凈后，放置在105±1℃的DHG-9023AD高溫烘箱中干燥至恒重，并再次使用AR1140美國(guó)奧豪斯Adventurer萬(wàn)分之一電子天平對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量稱重，并記作Ma。

1.3.2質(zhì)量損失率與吸濕回潮率測(cè)試

利用公式（1）酸雨實(shí)驗(yàn)前后，棉織物的質(zhì)量損失率。將實(shí)驗(yàn)前后經(jīng)DHG-9023AD高溫烘箱105±1℃的棉織物分別放置在溫度為20±1℃，相對(duì)濕度為65%±3%的LP/DHS-500恒溫恒濕試驗(yàn)箱中調(diào)濕24 h后，使用AR1140美國(guó)奧豪斯Adventurer萬(wàn)分之一電子天平對(duì)調(diào)濕后的棉織物的進(jìn)行稱重，分別記作Mb、Mc，利用公式（2）、（3）對(duì)酸雨實(shí)驗(yàn)前后棉織物的吸濕回潮率進(jìn)行測(cè)試，以上質(zhì)量損失率與吸濕回潮率測(cè)試均實(shí)驗(yàn)5次，取5次測(cè)試值的平均值。

式中：W為酸雨實(shí)驗(yàn)后棉織物的質(zhì)量損失率，%；Z為酸雨實(shí)驗(yàn)前棉織物的吸濕回潮率，%；Y為酸雨實(shí)驗(yàn)后棉織物的吸濕回潮率，%；M0為酸雨實(shí)驗(yàn)前棉織物的質(zhì)量，g；Ma為酸雨實(shí)驗(yàn)后棉織物的質(zhì)量，g；Mb為酸雨實(shí)驗(yàn)前干燥棉織物調(diào)濕24 h后的質(zhì)量，g；Mc為酸雨實(shí)驗(yàn)后干燥棉織物調(diào)濕24 h后的質(zhì)量，g。

1.3.3抗霉菌性能測(cè)試

本文采用溫室掛片法測(cè)試不同性質(zhì)酸雨實(shí)驗(yàn)前后棉織物的抗霉菌性能[7]。用剪刀將酸雨處理前后棉織物剪成長(zhǎng)度為200 mm，寬度為20 mm長(zhǎng)方形布條，將布條均勻涂抹上漿料，在上面接種黑曲霉菌苗后，將布條懸掛在溫度為30±1℃，相對(duì)濕度為96%±1%的LP/DHS-500恒溫恒濕試驗(yàn)箱中，霉變28 d，每隔2 d觀察下棉織物霉變的情況，根據(jù)布條上黑曲霉菌絲繁殖面積來(lái)判斷棉織物酸雨處理前后抗霉變的性能，并以下列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)抗霉變性能進(jìn)行評(píng)級(jí)：棉織物表面看不到黑曲霉菌絲的生長(zhǎng)與繁殖，將抗霉變性能評(píng)定為A級(jí)，菌種生長(zhǎng)繁殖不超過(guò)布樣的1/3定義為B級(jí)，超過(guò)1/3不超過(guò)2/3定義為C級(jí)，超過(guò)2/3定義為D級(jí)。

1.3.4 X-衍射性能測(cè)試

將未經(jīng)酸雨處理的棉織物與經(jīng)pH值為4.5的硫酸酸雨處理9 h的棉織物與經(jīng)pH值為4.5的硝酸酸雨處理9 h的干燥后的棉織物剪碎后，使用布魯克D2 PHASER X-射線衍射儀進(jìn)行X-衍射測(cè)試。布魯克D2 PHASER X-射線衍射儀測(cè)試參數(shù)：管壓為50 kV，電流為60 mA，Cu靶，入射波為Cu靶，測(cè)試的角度范圍為5°至45°，角度的測(cè)試速率為1°/min。測(cè)試完成后利用分峰后對(duì)曲線進(jìn)行分峰處理后計(jì)算棉纖維的結(jié)晶度與晶粒尺寸[8-9]。

1.3.5力學(xué)性能測(cè)試

將不同性質(zhì)酸雨處理后的棉織物在105±1℃的DHG-9023AD高溫烘箱中干燥至恒重后，放置在溫度為20±1℃、相對(duì)濕度為65%±3%的LP/DHS-500恒溫恒濕試驗(yàn)箱中調(diào)濕24 h。將調(diào)濕后的棉織物剪成長(zhǎng)度為250 mm、寬度為50 mm的長(zhǎng)方形布條，利用INSTRON5590萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)棉織物進(jìn)行經(jīng)向斷裂強(qiáng)力與斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試。INSTRON5590萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試參數(shù)：織物的夾持長(zhǎng)度為為200 mm，拉伸速度為20 mm/min，CRE拉伸，每組棉織物測(cè)試30片，取30組測(cè)試的平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 質(zhì)量損失率與吸濕回潮率測(cè)試

不同性質(zhì)酸雨處理前后棉織物的質(zhì)量損失率與吸濕回潮率測(cè)試結(jié)果如表1所示，從表1可以看出，棉織物經(jīng)過(guò)酸雨（包括硫酸酸雨與硝酸酸雨）的淋雨模擬實(shí)驗(yàn)后，棉織物的質(zhì)量損失率與吸濕回潮率隨著淋雨時(shí)間的增加而上升，可以推測(cè)棉織物質(zhì)量損失率與吸濕回潮率的增加是由于在酸的作用下棉織物出現(xiàn)了一定程度的氧化和分解，導(dǎo)致棉織物中棉纖維結(jié)晶度的下降，無(wú)定形區(qū)的增加而引起的，這將在下文中的X-衍射測(cè)試中得到驗(yàn)證。同時(shí)，從表中測(cè)試數(shù)據(jù)可知，酸雨的pH值越小，質(zhì)量損失率與吸濕回潮率增加的越多，對(duì)棉織物的損傷越大，另一方面，在同等pH值與酸雨實(shí)驗(yàn)時(shí)間條件下，硫酸酸雨淋雨處理后的棉織物的質(zhì)量損失率低于硝酸酸雨，由此可知，硝酸酸雨對(duì)棉織物的影響大于硫酸酸雨。

表1 不同性質(zhì)酸雨處理前后棉織物的質(zhì)量損失率與吸濕回潮率測(cè)試結(jié)果

2.2 抗霉菌性能測(cè)試

不同性質(zhì)酸雨處理前后棉纖維棉織物的抗霉菌性能測(cè)試結(jié)果如表2所示，從測(cè)試結(jié)果可以看出，pH值對(duì)棉織物的抗霉變性能影響不大，但隨著淋雨時(shí)間的增加，抗霉變性能降低，這是由于酸雨實(shí)驗(yàn)使得棉織物中的棉纖維結(jié)晶度下降，無(wú)定形區(qū)上升，且纖維表面由于酸侵蝕產(chǎn)生的坑穴更容易使得菌絲的生長(zhǎng)繁殖，由此可知，長(zhǎng)期在有酸雨地區(qū)人們的棉織物應(yīng)經(jīng)常涼洗和防霉菌處理。

表2 不同性質(zhì)酸雨處理前后棉織物的抗霉菌性能測(cè)試結(jié)果

2.3 X-衍射性能測(cè)試

pH為4.5的酸雨處理9 h后棉織物中的棉纖維的X-衍射曲線如圖1所示，從圖1可知，棉織物中的棉纖維101、10ī與002特征峰位置所對(duì)應(yīng)的2θ 均在14.8°、16.5°、22.8°附近，說(shuō)明經(jīng)過(guò)酸雨處理后的棉織物的晶型結(jié)構(gòu)仍為纖維素Ⅰ的晶型結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)分峰計(jì)算，pH值為4.5的硫酸酸雨處理9 h與pH值為4.5的硝酸酸雨處理9 h的棉織物中的棉纖維的結(jié)晶度與晶粒尺寸分別為36.8%、31.5%與6.34 nm、5.54 nm，遠(yuǎn)低于棉纖維未經(jīng)任何處理時(shí)72.8%的結(jié)晶度與8.37 nm的晶粒尺寸（該結(jié)果與張麗、何建新等人測(cè)試的棉纖維未經(jīng)任何處理時(shí)結(jié)晶度為75%，晶粒尺寸為8.51 nm大致相同，驗(yàn)證了分峰計(jì)算結(jié)晶度與晶粒尺寸的正確性[10]），該計(jì)算結(jié)果也證實(shí)了前文所述的酸雨處理使得棉織物中的棉纖維結(jié)晶度下降，無(wú)定形區(qū)增加的論斷。

圖1 pH為4.5的酸雨處理9 h后棉織物中棉纖維的X-衍射曲線

2.4 力學(xué)性能測(cè)試

不同性質(zhì)酸雨處理前后棉織物的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 不同性質(zhì)酸雨處理前后棉織物的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

從表3可以看出，棉織物的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力在相同的實(shí)驗(yàn)時(shí)間與相同的酸雨種類條件下隨著pH值的增加而增加，而斷裂伸長(zhǎng)率則隨著pH值的增加而減小。在相同的pH值與酸雨種類條件下，斷裂強(qiáng)力隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加而減小，而斷裂伸長(zhǎng)率隨著實(shí)驗(yàn)的時(shí)間增加而增加。經(jīng)硫酸酸雨實(shí)驗(yàn)后的棉織物相比硝酸酸雨，在相同條件下斷裂強(qiáng)力高于經(jīng)硝酸酸雨處理的棉織物，而斷裂伸長(zhǎng)率則低于經(jīng)硝酸酸雨處理的棉織物，從這個(gè)角度也說(shuō)明硝酸酸雨對(duì)棉織物的損傷高于硫酸酸雨。

3 結(jié)論

通過(guò)模擬硫酸酸雨與硝酸酸雨對(duì)棉織物進(jìn)行淋雨實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)后的棉織物的性能進(jìn)行檢測(cè)，表明棉織物的質(zhì)量損失率與吸濕回潮率隨著pH值的增加而減小，隨著淋雨時(shí)間的增加而增加，而pH值對(duì)棉織物的抗霉變性能影響不大，但隨著淋雨時(shí)間的增加，抗霉變性能降低。棉織物的力學(xué)性能隨著pH值的增加而升高，隨著淋雨時(shí)間的增加而降低，且硝酸酸雨對(duì)棉織物的損傷高于硫酸酸雨。

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Influences on Properties of Cotton Fabrics Treated by Acid Rain

YANG Chen

（Jiangxi Institute of Fashion Technology, Nanchang 330201, China）

Influences on properties of cotton fabrics treated in simulation environment of acid rain were studied by testing mass loss rate, hygroscopic moisture regain, mildew resistance, molecular structure and mechanical properties. Research showed that mass loss rate and hygroscopic moisture regain was both decreased with pH value rising and increased with the time of exposed to the rain adding. Meanwhile mildew resistance properties were decreased with the time exposed to the rain adding and with little relationship with pH values. What’s more, mechanical properties of cotton fabrics were both increased with pH value rising and decreased with the time of exposed to the rain adding. It was believed that damage of cotton fabrics treated by nitric acid rain was more serious than treated by sulfuric acid.

cotton fabrics; acid rain; mass loss rate; hygroscopic moisture regain; mildew resistance property; molecular structure; mechanical property

TS195.55

A

1004-8405(2016)04-0046-05

10.16561/j.cnki.xws.2016.04.08

2016-02-16

江西省教育廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（GJJ151230）；江西省文化藝術(shù)科學(xué)重點(diǎn)研究基地中華服飾文化研究中心資助。

楊 陳（1980～），男，重慶永川人，碩士，講師；研究方向：功能性紡織材料的開(kāi)發(fā)。yangchen_q@126.com