茜草植物染莫代爾纖維的養(yǎng)生處理

李秀秀 王思社 孫傳芳 蘇建軍 韓光亭

(1. 青島大學(xué)，山東青島,266071；2.德州恒豐紡織有限公司，山東德州，253000)

1 研究背景

隨著社會(huì)的發(fā)展、人民生活水平的提高，環(huán)保健康的生活理念越來(lái)越受到人們的推崇。人們對(duì)紡織行業(yè)也提出了更高的要求，不僅滿足于穿的暖和、穿的時(shí)尚，還追求穿的健康、穿的環(huán)保。染整是紡織工業(yè)中非常重要和必不可少的環(huán)節(jié)，但其現(xiàn)階段的環(huán)境不友好性是不可忽視的嚴(yán)重問題，亟待解決。染整工序中，不僅要用到大量的水和化學(xué)品，且由于染色用的染料大多為合成染料，其安全性問題也一直受到人們的關(guān)注，如會(huì)引起皮膚炎癥、過(guò)敏等。近年來(lái)植物染色引起了人們更多的關(guān)注，植物染色是用從植物各部位提取的染料對(duì)紡織品進(jìn)行染色，有利于大幅度減輕廢水污染問題，染色紡織品對(duì)人體的親和性和安全性高，而且還具有很多功能，如防紫外線功能、抗菌功能等[1-4]。

目前與植物染紡織品相關(guān)的研究越來(lái)越多，但其發(fā)展還十分不成熟，有各種各樣的問題尚待解決，這些問題也限制了其在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用。紡織品的染整通常是對(duì)紗線或織物進(jìn)行染色整理，但對(duì)植物染來(lái)說(shuō)，植物染料顏色單一、色譜不全、染料成分復(fù)雜的特點(diǎn)不適用于傳統(tǒng)的紗線和織物染色，而更適用于散纖維染色。散纖維染色是植物染的一種染色方式，其優(yōu)點(diǎn)是染色均勻透徹，且可通過(guò)色紡達(dá)到不同的色彩效果，可以彌補(bǔ)植物染料色譜不全的缺點(diǎn)[5]。但由于其在紡紗時(shí)會(huì)出現(xiàn)纏繞膠輥、細(xì)紗斷頭等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響成紗質(zhì)量和紡紗效率，紡紗過(guò)程難以順利進(jìn)行。前期有研究發(fā)現(xiàn)可通過(guò)超聲波除雜去除黏附在纖維表面的雜質(zhì)，提高纖維可紡性[6]。但植物染散纖維經(jīng)過(guò)超聲波除雜處理后，纖維表面粗糙僵硬，摩擦性能和靜電性能較差，對(duì)紡紗各工序造成了不良影響。為此在紡紗前需對(duì)植物染散纖維使用柔軟劑進(jìn)行處理，使植物染散纖維變得柔軟順滑，提高纖維的摩擦性能和靜電性能，以上過(guò)程稱為養(yǎng)生。

人們對(duì)紡織品進(jìn)行養(yǎng)生處理時(shí)會(huì)根據(jù)紡織品的種類、特點(diǎn)及前期加工工序，使用不同的養(yǎng)生助劑。根據(jù)養(yǎng)生助劑的化學(xué)組成，其可分為非表面活性型、表面活性型、反應(yīng)型、高分子聚合物型。目前應(yīng)用最廣泛的是表面活性型中的陽(yáng)離子型助劑[7]。但聚硅氧烷類柔軟劑(高分子聚合物型)與陽(yáng)離子型柔軟劑相比能顯示出更好的柔軟、平滑和豐滿的效果，且沒有后者在遇光遇熱時(shí)紡織品出現(xiàn)泛黃、染料變色、降低日曬和摩擦牢度等缺點(diǎn)[8-9]。由于植物染產(chǎn)品本身就存在染料穩(wěn)定性不高、染色牢度差的缺點(diǎn)，因此聚硅氧烷類柔軟劑比表面活性劑更適合植物染纖維的養(yǎng)生處理。且聚硅氧烷類化合物作為紡織助劑具有透氣透濕性佳、熱穩(wěn)定性好、表面張力低、柔軟平滑、拒水性優(yōu)良、貯存穩(wěn)定性好以及毒性低、對(duì)人體和生態(tài)環(huán)境無(wú)不良影響等特性，不僅能彌補(bǔ)植物染產(chǎn)品的部分缺點(diǎn)，而且與其環(huán)保健康的理念相契合[10]。

聚硅氧烷及其衍生物的Si—O鍵的鍵能大，旋轉(zhuǎn)能低，分子間相互作用小，表現(xiàn)為聚硅氧烷的化學(xué)性質(zhì)及熱穩(wěn)定性好，主鏈非常柔順，黏度低，表面張力小、成膜性好以及降低摩擦因數(shù)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。由于第一代有機(jī)硅柔軟劑的大分子鏈上沒有活性基團(tuán)，其與纖維表面的吸附主要依靠物理吸附，耐洗性較差；而引入活性基團(tuán)的改性有機(jī)硅柔軟劑，其大分子鏈上的活性基團(tuán)能與纖維形成化學(xué)鍵或發(fā)生自交聯(lián)，基于引入活性基團(tuán)的種類，使其在提高纖維柔軟性的同時(shí)，還具有改善織物的防油污、防靜電及親水性能，理論上能有效改善茜草植物染莫代爾纖維的摩擦性能和靜電性能[11]。本試驗(yàn)選用三種典型的改性有機(jī)硅柔軟劑對(duì)茜草植物染莫代爾纖維進(jìn)行養(yǎng)生處理，分別是氨基改性有機(jī)硅乳液、三元共聚聚硅氧烷柔軟劑、聚醚改性聚硅氧烷柔軟劑，同時(shí)研究最佳的養(yǎng)生條件。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)器材

試驗(yàn)材料：經(jīng)超聲波除雜處理后的茜草植物染莫代爾纖維，規(guī)格1.3 dtex×39 mm。

試驗(yàn)試劑：氨基改性有機(jī)硅乳液JF-2086-7(以下用代號(hào)A表示)、三元共聚聚硅氧烷柔軟劑JF-8059Y-30(以下用代號(hào)B表示)、聚醚改性聚硅氧烷柔軟劑JF-804-30(以下用代號(hào)C表示)。

試驗(yàn)儀器：GZX-9240 MBE型鼓風(fēng)干燥烘箱，XCF-1A型纖維摩擦因數(shù)測(cè)試儀，YG321型纖維比電阻測(cè)試儀。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1茜草植物染莫代爾纖維的養(yǎng)生處理工藝

將A、B、C三種柔軟劑以不同濃度分別與蒸餾水按1∶20配成不同的溶液，并將其充分?jǐn)嚢杈鶆颉?0 g的茜草植物染莫代爾纖維均勻鋪展開，用泵式噴壺將溶液均勻地噴灑到纖維上。噴灑完畢后使用密封袋將纖維密封好，放入35 ℃的烘箱中處理12 h，然后將處理后的樣品放入恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室，溫度(20±3)℃，相對(duì)濕度(65±5)%，調(diào)濕24 h，待測(cè)試。養(yǎng)生工藝：A柔軟劑濃度o.w.f分別為1%、3%、5%時(shí)，對(duì)應(yīng)的茜草植物染莫代爾纖維樣品編號(hào)為1、2、3；B柔軟劑濃度o.w.f分別為1%、3%、5%時(shí)，對(duì)應(yīng)的茜草植物染莫代爾纖維樣品編號(hào)為4、5、6; C柔軟劑濃度o.w.f分別為1%、3%、5%時(shí)，對(duì)應(yīng)的茜草植物染莫代爾纖維樣品編號(hào)為7、8、9。

2.2.2茜草植物染莫代爾纖維性能的測(cè)試

采用絞盤法測(cè)試?yán)w維摩擦因數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下進(jìn)行，測(cè)試儀器為XCF-1A型纖維摩擦因數(shù)測(cè)試儀。按照隨機(jī)取樣的方式分別取茜草植物染莫代爾纖維30組，在(20±3)℃、相對(duì)濕度(65±5)%的條件下測(cè)試。測(cè)試參數(shù)：金屬輥直徑8 mm，張力夾負(fù)荷100×10-3cN，摩擦輥轉(zhuǎn)速30 r/min(測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù))，摩擦輥下降速度10 mm/min(測(cè)靜摩擦因數(shù))，下降時(shí)間6 s，總時(shí)間范圍15 s。

依據(jù)GB/T 14342—2015《化學(xué)纖維短纖維比電阻試驗(yàn)方法》測(cè)試?yán)w維靜電性能。測(cè)試儀器為YG321型纖維比電阻測(cè)試儀。將樣品在溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度(65±2)%的條件下平衡24 h，隨后按照隨機(jī)取樣的方式分別取15 g茜草植物染莫代爾纖維。在(20±3)℃、相對(duì)濕度(65±5)%的條件下對(duì)纖維進(jìn)行靜電性能的測(cè)試。采用纖維比電阻來(lái)表征纖維的靜電性能，其表達(dá)式如下。

式中：R為測(cè)得纖維的平均電阻值(單位為Ω)；S為電極板面積(纖維所占實(shí)際面積應(yīng)為S·f)；L為兩極板之間的距離(取2 cm)；12為儀器常數(shù)(單位為cm)；f為纖維的標(biāo)準(zhǔn)填充度；15為纖維的質(zhì)量(單位為g)；48為測(cè)試盒的容積(單位為cm3);ρ為纖維的體積質(zhì)量(單位為g/cm3)，莫代爾纖維的體積質(zhì)量為1.52 g/cm3[12]。

3 結(jié)果與分析

3.1 摩擦性能

相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果見表1，未染色的莫代爾纖維編號(hào)為M，未經(jīng)養(yǎng)生處理茜草植物染莫代爾纖維編號(hào)為R。

表1 不同茜草植物染莫代爾纖維的摩擦性能

樣品編號(hào)μ靜μ動(dòng)樣品編號(hào)μ靜μ動(dòng)MR12340.288 10.347 60.316 60.321 80.355 30.277 20.273 80.297 50.279 60.287 10.290 90.265 3567890.306 70.328 50.306 70.359 00.362 60.285 60.305 80.285 60.300 80.320 4

由表1可知，莫代爾纖維經(jīng)染色后，即使經(jīng)過(guò)了超聲除雜處理，其摩擦因數(shù)仍高于未染色的莫代爾纖維。經(jīng)養(yǎng)生處理后，茜草植物染莫代爾纖維的摩擦因數(shù)變化顯著。其中樣品1、2、4、5、6和7的摩擦因數(shù)低于未經(jīng)養(yǎng)生處理的纖維摩擦因數(shù)，且樣品4摩擦因數(shù)低于未染色的莫代爾纖維，說(shuō)明合適的養(yǎng)生處理可降低纖維的表面摩擦因數(shù)，提高纖維可紡性。

然而隨著柔軟劑濃度的不斷增大，茜草植物染莫代爾纖維的摩擦因數(shù)基本呈逐漸上升的趨勢(shì)?？赡茉蚍治鋈缦拢弘S著柔軟劑用量的不斷增大，茜草植物染莫代爾纖維上柔軟劑膜的厚度逐漸由混合區(qū)過(guò)渡到流體區(qū)，如圖1所示，膜逐漸由單分子層變?yōu)榱硕喾肿訉?，纖維之間相互移動(dòng)時(shí)多分子層間的剪切力阻礙了其運(yùn)動(dòng)，由此對(duì)纖維的摩擦性能造成了影響[13]。

經(jīng)上述分析可知，使用A或B柔軟劑，低濃度養(yǎng)生處理可降低茜草植物染莫代爾纖維的表面摩擦性能，其中B柔軟劑1%o.w.f處理最佳。

圖1 柔軟劑的用量對(duì)纖維摩擦因數(shù)的影響

3.2 靜電性能

相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果：白色莫代爾纖維比電阻0.32×109Ω·cm，未處理茜草植物染莫代爾纖維比電阻3.96×109Ω·cm。 編號(hào)1～9的樣品纖維比電阻依次為0.07×109Ω·cm、0.05×109Ω·cm、0.12×109Ω·cm、0.1×109Ω·cm、0.06×109Ω·cm、0.17×109Ω·cm、0.13×109Ω·cm、0.16×109Ω·cm、0.14×109Ω·cm。

對(duì)比上述分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)柔軟劑處理過(guò)的纖維靜電性能較未染色纖維和染色未處理纖維都有很大程度的改善，說(shuō)明這三種柔軟劑對(duì)茜草植物染莫代爾纖維都具有良好的靜電整理功效。主要原因在于三種柔軟劑中均含有氨基、聚氧乙烯基(聚醚基)等親水性基團(tuán)，其可大量吸附空氣中的水分子，提高了植物染散纖維的吸濕性能，降低了纖維比電阻，加快了纖維表面電荷的散逸，進(jìn)而提高纖維的防靜電性能[14]。上述結(jié)果表明：三種養(yǎng)生助劑均可顯著降低茜草植物染莫代爾纖維的靜電性能。結(jié)合纖維的摩擦性能，最終確定使用1%o.w.f的B柔軟劑處理茜草植物染莫代爾纖維的養(yǎng)生效果最佳。

3.3 可紡性

經(jīng)超聲波處理后的莫代爾纖維表面顆粒物去除效果雖然顯著，但纖維干燥粗糙，可紡性依然不理想，在混紡紗線的生產(chǎn)中，混紡比例難以達(dá)到要求水平。將養(yǎng)生前和養(yǎng)生后的茜草植物染莫代爾纖維分別與未染色莫代爾纖維進(jìn)行混紡，結(jié)果表明：養(yǎng)生前的纖維與未染色莫代爾纖維的混紡比僅為5%，且紡紗過(guò)程不順利，出現(xiàn)了纖維纏繞膠輥、細(xì)紗斷頭等現(xiàn)象；養(yǎng)生后的纖維與未染色莫代爾纖維的混紡比高達(dá)50%，而整個(gè)紡紗過(guò)程比較順利。

以上混紡試驗(yàn)表明，僅經(jīng)超聲波處理不能解決植物染莫代爾纖維可紡性差的問題，對(duì)纖維進(jìn)行養(yǎng)生處理是必不可少的，且合適的養(yǎng)生方法能有效提高植物染莫代爾纖維的可紡性和混紡比例，為植物染莫代爾纖維的色紡紗生產(chǎn)提供了一定的理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

(1) 柔軟劑的種類和濃度不同，對(duì)茜草植物染莫代爾纖維的養(yǎng)生效果不同，根據(jù)養(yǎng)生效果的不同可選擇最佳處理?xiàng)l件。

(2) 綜合各方面因素考慮，對(duì)于茜草植物染莫代爾纖維的養(yǎng)生處理最佳處理?xiàng)l件為：1%o.w.f的三元共聚聚硅氧烷柔軟劑。

(3) 試紡試驗(yàn)表明，對(duì)茜草植物染莫代爾纖維進(jìn)行養(yǎng)生是必要的，能有效提高纖維的可紡性和混紡比例，為植物染莫代爾纖維的色紡紗生產(chǎn)提供了一定的基礎(chǔ)。