亞硫酸氫鈉及親水柔軟劑對(duì)滌綸/羊毛混紡織物服用性能的影響

陳和平，劉光平，曾躍兵，劉麗芳

(1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620； 2.重慶三五三三印染服裝總廠有限公司，重慶 402260)

滌綸/羊毛混紡織物廣泛應(yīng)用于服裝面料，有著挺括度高、耐磨性好、抗皺性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也存在著親水性差、有刺癢感[1]等問題。滌綸/羊毛混紡織物產(chǎn)生刺癢感除了與纖維直徑、剛度、長度等因素有關(guān)外，還與羊毛鱗片有關(guān)[2]，人體皮膚接觸羊毛時(shí)會(huì)產(chǎn)生刺扎的不適感，大大降低了其服用舒適性。為提高面料的服用舒適度，可對(duì)羊毛鱗片進(jìn)行處理。常見的處理工藝中，樹脂處理法工藝簡單[3]，但處理后織物手感偏硬，并且由于纖維表面樹脂薄膜會(huì)脫落，導(dǎo)致耐久性差；酶處理法[4]安全、作用條件溫和，但是存在著損傷纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問題；氯化法[5]處理成本低、效果明顯，不過由于處理后的廢水含有鹵化污染物對(duì)環(huán)境有害，不符合環(huán)保理念。微溶解法是一種溶解固體表面、但是基本不損害其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法，已被運(yùn)用在棉麻織物改性上[6]，但在羊毛刺癢手感整理上未見報(bào)道。為了不破壞羊毛內(nèi)部結(jié)構(gòu)并且能低成本、環(huán)保高效的消除羊毛鱗片，本文采用NaHSO3/尿素微溶解體系對(duì)羊毛鱗片進(jìn)行溶解[7]，NaHSO3和尿素能分別破壞鱗片表層的二硫鍵和氫鍵，以此來改善羊毛織物的手感。由于二者均是廉價(jià)易得、運(yùn)用廣泛的工業(yè)品，在羊毛改性上有大規(guī)模應(yīng)用的潛力。

滌綸纖維強(qiáng)力高、耐熱性好、面料挺括，但是吸濕性差，易起靜電[8]。為了改善滌綸服用舒適性，可通過物理改性和化學(xué)改性[9]來降低其疏水性。常見的堿減量法[10]用于親水處理高效簡單，但是處理滌綸/羊毛混紡織物時(shí)，不但會(huì)損傷滌綸強(qiáng)力，也會(huì)直接溶解羊毛纖維。等離子體[11]、高能射線輻射接枝處理等方法雖然能得到親水性滌綸，然而目前并不適合工業(yè)化大生產(chǎn)。柔軟劑整理是一種簡便高效的手感改性方法，在生產(chǎn)中常用于棉、滌綸的手感改善[12]。為了兼顧織物手感及親水性，本文采用NaHSO3/尿素體系和天銀FC-271陽離子型親水柔軟劑對(duì)滌綸/羊毛織物進(jìn)行處理，研究其對(duì)改善織物刺癢感、親水性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

滌綸/羊毛80/20混紡平紋織物(重慶三五三三印染服裝總廠有限公司)，經(jīng)向密度252根/(10 cm), 緯向密度206 根/(10 cm)。

試劑：亞硫酸氫鈉(分析純，北京伊諾凱科技有限公司)、尿素(分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)、無水乙醇(分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)，天銀陽離子型親水柔軟劑FC-271(青島天銀紡織科技有限公司)、去離子水(實(shí)驗(yàn)室自制)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

P-A0染色軋染小樣機(jī)(無錫陽搏印染機(jī)械設(shè)備有限公司)、FA2204C電子天平(PrecisaLite公司)、WG-9000鼓風(fēng)干燥機(jī)(天津市通利信達(dá)儀器廠)、KT-24P搖擺小樣染色儀(靖江市華夏科技有限公司)、超聲波清洗機(jī)(廣東固特超聲股份有限公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 羊毛微溶解整理

裁取10塊10 cm×10 cm的滌綸/羊毛混紡織物試樣，置于無水乙醇中超聲波清洗5 min，再用蒸餾水反復(fù)清洗后于烘箱60 ℃干燥20 min備用。將清洗后未處理的滌綸/羊毛織物作為對(duì)照組，經(jīng)過以下工藝處理后的織物作為實(shí)驗(yàn)組。

稱取60 g尿素加入1 L去離子水中配制1 mol/L尿素溶液，然后分別加入0、10、20、30、40 g NaHSO3，依次標(biāo)為試樣1#、2#、3#、4#、5#；將清洗后的滌綸/羊毛織物置于不銹鋼杯中，再加入200 mL不同質(zhì)量濃度的NaHSO3/尿素溶液，然后將不銹鋼杯置于搖擺小樣染色儀中振蕩，染色機(jī)電腦輸入頻率為50 Hz，反應(yīng)溫度為80 ℃，時(shí)間為2 h；然后將織物取出，用去離子水洗凈，在60 ℃烘箱中干燥15 min。

1.3.2 親水整理

優(yōu)選刺癢感整理后的滌綸/羊毛織物，采用天銀親水柔軟劑FC-271浸軋?zhí)幚?，試劑質(zhì)量濃度分別采用10、20、30、40 g/L 4個(gè)梯度，對(duì)樣品的處理方法和編號(hào)如表1所示；浴比均為1∶20，采用一浸一軋工藝，軋余率80%，烘焙溫度130 ℃，烘焙時(shí)間90 s?？椢镌嚇诱硪姳?。

表1 織物試樣整理 g/L

1.4 測(cè)試與表征

1.4.1 刺癢感主觀評(píng)價(jià)

羊毛刺癢感的評(píng)價(jià)目前并無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，參照FZ/T 30005—2009《苧麻織物刺癢感評(píng)價(jià)方法》測(cè)試整理后試樣的刺癢感，根據(jù)刺癢的感受，將刺癢感劃分為5個(gè)等級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 刺癢感評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 級(jí)

測(cè)試時(shí)為了更精確反應(yīng)刺癢感受，將織物置于測(cè)試者前臂、頸部、肩部3個(gè)觸覺敏感處，3處測(cè)試均完成后進(jìn)行刺癢評(píng)級(jí)。青年人群觸覺較為敏銳，為保證評(píng)級(jí)準(zhǔn)確，測(cè)試選擇5位身體健康青年測(cè)試者，每個(gè)試樣的刺癢感評(píng)價(jià)值由5位測(cè)試者進(jìn)行評(píng)價(jià)，取平均值。測(cè)試者基本信息見表3。

表3 測(cè)試者信息

1.4.2 表面接觸角測(cè)試

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DB44T 1872—2016《紡織品 表面潤濕性能的測(cè)定 接觸角法》，采用德國Dataphysics公司OCA15EC型接觸角測(cè)試儀，裁剪70 mm×40 mm試樣，用雙面膠黏貼在76 mm×46 mm玻璃片上，用5 uL大小的液滴進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)樣品測(cè)試10次，取其平均值。

1.4.3 表面形貌觀察

采用DXS-10ACKT掃描電子顯微鏡(上海田京電子光學(xué)公司)對(duì)試樣表面形貌進(jìn)行觀察。

1.4.4 化學(xué)結(jié)構(gòu)測(cè)試

采用Nicolet 6700型傅里葉變換紅外光譜儀(賽默飛世爾科技公司)測(cè)試試樣的紅外化學(xué)結(jié)構(gòu)。

1.4.5 力學(xué)性能測(cè)試

采用南通宏大公司HD026NS多功能電子織物強(qiáng)力儀，根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測(cè)定(條樣法)》測(cè)試織物斷裂強(qiáng)度，試樣長度為(250 ± 2) mm、寬度為(50±2) mm，夾距為200 mm，拉伸速度為100 mm/min。

根據(jù)GB/T 3917.3—2009《紡織品 織物撕破性能 第3部分：梯形試樣撕破強(qiáng)力的測(cè)定》測(cè)試試樣撕破強(qiáng)度，試樣尺寸為(75±1) mm×(150±2) mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 刺癢感評(píng)價(jià)

根據(jù)以上工藝，對(duì)織物進(jìn)行測(cè)試，試樣刺癢感評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。由表4可知，隨著NaHSO3質(zhì)量濃度的增加，滌綸/羊毛混紡織物的刺癢感逐漸下降，在質(zhì)量濃度為30 g/L時(shí)刺癢感降低為2.8級(jí)；當(dāng)質(zhì)量濃度增加到40 g/L時(shí)刺癢感保持不變。刺癢感有一定程度下降有以下2點(diǎn)原因：羊毛鱗片的溶解使得纖維摩擦因數(shù)下降，減少紗線的原纖化從而降低刺癢；少量—SH在被氧化時(shí)生成了—SOXH，降低了纖維的剛度。本文將NaHSO3質(zhì)量濃度優(yōu)選為30 g/L，添加親水柔軟劑對(duì)試樣進(jìn)行處理，測(cè)試結(jié)果表明二者的復(fù)合作用可顯著降低試樣刺癢感。在NaHSO3、親水柔軟劑質(zhì)量濃度均為30 g/L時(shí)，試樣刺癢感降低為1.2級(jí)；繼續(xù)增加親水柔軟劑的質(zhì)量濃度，試樣刺癢感略有降低；但綜合考慮試樣刺癢感及生產(chǎn)成本，本文優(yōu)選NaHSO3、親水柔軟劑質(zhì)量濃度均為30 g/L。

表4 試樣刺癢感評(píng)價(jià)結(jié)果 級(jí)

2.2 親水性能分析

不同條件下滌綸/羊毛混紡織物的接觸角測(cè)試結(jié)果如表5所示。由表示出，NaHSO3/尿素溶液處理后試樣1#～5#的接觸角從142.2°逐漸下降到137.5°，親水性略有提高，主要是因?yàn)檠蛎[片的溶解在一定程度上提高了試樣的親水性；但添加親水柔軟劑后，試樣接觸角顯著下降，親水柔軟劑濃度為40 g/L時(shí)試樣接觸角降低到119.3°；此外，試樣4#的接觸角為137.9°，試樣6#的接觸角為125.7°，說明親水柔軟劑比NaHSO3/尿素溶液對(duì)試樣親水性的改善作用更為顯著；而試樣9#的接觸角為124.1°，與試樣6#的接觸角接近，進(jìn)一步說明在改善親水性方面，主要是親水柔軟劑在發(fā)揮作用。

表5 接觸角測(cè)試結(jié)果

2.3 纖維表面形貌分析

不同條件下羊毛纖維表面形貌如圖1所示?？梢?，未經(jīng)NaHSO3處理的羊毛纖維表面有著完整、清晰的鱗片結(jié)構(gòu)(圖1(a))。隨著NaHSO3質(zhì)量濃度的增加，鱗片的破壞程度也在逐漸加劇。低質(zhì)量濃度溶液下鱗片的表面被鈍化，鱗片密度雖然沒有變化但有脫落的趨勢(shì)(圖1(b))；在NaHSO3質(zhì)量濃度達(dá)到20 g/L時(shí)，鱗片已經(jīng)有部分脫落，鱗片厚度變薄，表面光滑程度增加(圖1(c))；在NaHSO3質(zhì)量濃度達(dá)到30 g/L時(shí)，鱗片的溶解程度更加明顯，其厚度顯著下降，邊緣變得模糊 (圖1(d))；在NaHSO3質(zhì)量濃度達(dá)到40 g/L時(shí)，鱗片結(jié)構(gòu)基本消失，羊毛纖維表面變得較為光滑(圖1(e))；在對(duì)NaHSO3/尿素處理后的織物進(jìn)行柔軟劑整理后，鱗片特征基本消失，羊毛纖維表面的光滑程度大大提高(圖1(f))。

圖1 不同條件下羊毛纖維表面掃描電鏡照片(×1 000)

2.4 紅外光譜圖分析

圖2 整理前后試樣的紅外光譜圖

2.5 力學(xué)性能分析

不同處理?xiàng)l件下，滌綸/羊毛混紡織物的撕破強(qiáng)力、斷裂強(qiáng)力測(cè)試結(jié)果見表6。由表6示出，試樣1#～5#的拉伸和撕裂強(qiáng)力均隨著NaHSO3質(zhì)量濃度的上升而略有下降，這與羊毛纖維表面鱗片溶解有關(guān)，羊毛鱗片的減少會(huì)降低纖維表面摩擦因數(shù)，使得纖維間抱合力降低，從而影響織物強(qiáng)力。但試樣中滌綸纖維占比80%，滌綸纖維基本不受NaHSO3/尿素溶液影響，因而強(qiáng)力略有下降。而試樣9#的經(jīng)緯向拉伸斷裂強(qiáng)力仍呈下降趨勢(shì)，但撕裂強(qiáng)力有所提高；這是由于經(jīng)親水柔軟劑處理后，纖維變得平滑易于滑動(dòng)，在經(jīng)受撕裂作用時(shí)易于形成較大的撕裂三角區(qū)，從而提高撕破強(qiáng)力；但是纖維間抱合力降低，從而降低了拉伸斷裂強(qiáng)力。

表6 試樣斷裂強(qiáng)力及撕破強(qiáng)力 N

3 結(jié)束語

采用NaHSO3/尿素微溶解體系，可部分溶解羊毛纖維表面鱗片，再經(jīng)親水柔軟劑整理后，能夠進(jìn)一步降低織物刺癢感、改善親水性。在NaHSO3和親水柔軟劑質(zhì)量濃度均為30 g/L時(shí)，羊毛纖維表面鱗片出現(xiàn)明顯溶解現(xiàn)象，織物刺癢感明顯下降，親水性有所改善，顯著提升了織物的服用性能。值得注意的是，該溶解體系在處理有色毛/滌綸混紡織物的過程中，高溫下會(huì)出現(xiàn)織物染料掉色的情況，實(shí)際生產(chǎn)中可能需要根據(jù)具體情況調(diào)整染色與微溶解的工序。