CN104727136A - 提高动物纤维或其织物抗缩绒性和抗起毛起球性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高动物纤维或其织物抗缩绒性和抗起毛起球性能的方法，其具体包括：对动物纤维或其织物进行等离子体处理；进而利用纤维素处理所述动物纤维或其织物。该方法联合采用常压空气等离子体处理和纳米纤维素整理，调控表面覆盖有鳞片层的动物纤维，如羊毛、羊绒、兔毛及其他动物纤维的表面摩擦力学性能，提高其抗缩绒性和抗起毛起球性能，并改善其制品的手感舒适性。

Description

提高动物纤维或其织物抗缩绒性和抗起毛起球性能的方法

技术领域

本发明属于纺织行业的纺织材料改性领域，尤其涉及一种动物纤维或其织物抗缩绒和抗起毛起球性能的处理方法。

背景技术

动物纤维织物在服用或者洗涤护理过程中，由于表面鳞片定向摩擦效应的存在，会使得纤维在外力作用下逐渐向根端定向移动，导致织物逐渐收缩紧密，交织毡化；定向摩擦效应也会使得纤维末端一直有向外滑移的倾向，滑移出来的纤维末端造成毛纤维织物的起毛，并逐渐相互纠缠成球。动物纤维或其织物的缩绒性和起毛起球，一直是令消费者头疼的问题，严重影响了服装的美观和服用舒适性。

除了纤维性能、纺纱工艺、纱线结构、织物组织结构这些影响织物缩绒性和起毛起球的因素外，近年来，纺织技术工作者将研究的重点集中在毛类纤维的鳞片层，通过改善毛类纤维表面摩擦力学性能，消除其定向摩擦效应达到控制其缩绒性，减少起毛起球的目的。目前，改善毛类纤维表面摩擦力学性能及其手感的方法主要有两种，一是针对以羊毛纤维为主的“防缩绒、柔软整理技术”，通过覆盖或者剥除纤维的鳞片层达到防缩绒和起毛起球，改善手感的目的，包括树脂整理法、氯化-柔软整理法、蛋白酶-柔软整理法、氯化/蛋白酶-树脂法、氧化预处理蛋白酶法等等；二是通过与其他纤维混纺的方法改善动物纤维的集合体环境及其摩擦力学性能，减小定向摩擦效应，进而提高其抗缩绒性和起毛起球性，改善制品的手感风格。如毛类纤维可通过与涤纶、锦纶、棉、麻、莫代尔、天丝、聚乳酸纤维等按一定比例进行混纺，可在一定程度上减小定向摩擦效应，增强纤维间的抱合力，改善其可加工性及其制品的手感风格。

现有技术中存在多种解决织物抗缩绒及起毛起球的实例，如论文《羊毛的 丝光防缩柔软整理》介绍了采用硫酸化的次氯酸钠溶液，剥除羊毛鳞片以达到防缩并获得高光泽的羊毛纤维。氯化整理法虽然具有较好的防缩绒效果，但是其工艺复杂，需要经过氯化、脱氯、中和、水洗、柔软等工艺步骤，控制不好极易使羊毛受到损伤，影响其力学性能；而且还会产生可以吸附的有机氯化物(AOX)、环氧丙烷等有害物质,对人体造成不可逆的侵害，并且会带来严重的环境污染问题。

论文《蛋白酶在羊毛丝光防毡缩整理中的应用研究》选用碱性蛋白酶Argaenzyme STL处理羊毛进行防毡缩处理是比较有潜力的处理方法。但是，蛋白酶单独对羊毛进行处理效果并不好，究其原因可能是由于羊毛纤维表面及角质层中含有类脂物和许多胱氨酸二硫键等的特殊结构，能够阻碍一般化学试剂及酶的侵蚀和进攻所造成的。所以，应用蛋白酶对于羊毛纤维进行改性处理，必须首先对羊毛进行氧化或还原等前处理。蛋白酶法也存在处理不均匀、纤维损伤大、成本高等问题，亟需得到解决。

专利公开号为CN1247558A中公开了一种洗涤组合物，来改善织物的起毛起球问题，但是这无疑增加了成本，不可避免的造成污染，而且效果不佳；专利公开号为CN1337993A中公开了一种含有改性纤维素的洗涤组合物以达到改善织物起毛起球的效果；专利公开号为CN1508352A和CN1548643A中均公开了一种羊绒织物的抗起毛起球的处理方法，其首先采用低压等离子体处理，然后再利用柔软剂处理织物，所述柔软剂为氨基有机硅、脂肪酸酰胺、聚醚改性有机硅、高分子脂肪醇等，抗起毛起球性能可达到5级，但其等离子体处理首先需要将织物置于密闭的处理腔内，采用气泵向外抽取空气至所需气压，通入非聚合气体后进行放电处理，不能对织物进行连续化处理，只能间歇进行，处理功率、效率较低，加工不方便，限制了其大规模生产。专利公开号为CN1508352A中公开了一种含有聚乙二醇双硬脂酸酯的处理剂，经这种处理剂处理的羊毛衫的起球程度最高可达到5级；专利公开号为CN103422344A中公开了一种含有微晶石蜡的处理剂，经其处理的羊毛衫抗起球程度可达4级，收缩率可达0.6％。

现有技术中虽然有多种改善动物纤维或其织物防缩绒、抗起毛起球性能的方法和处理剂，但最终的效果并不理想，而且所使用的处理剂含有多种有害有机物，这无疑增加了消费者的负担，而且也容易对人体造成危害，污染环境。为解决上述问题，亟需一种有效改善动物纤维或其织物缩绒性以及起毛起球性能的方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种处理动物纤维或其织物的方法，该方法联合采用常压空气等离子体处理和纳米纤维素整理，调控表面覆盖有鳞片层的动物纤维，如羊毛、羊绒、兔毛及其他动物纤维的表面摩擦力学性能，提高其抗缩绒性和抗起毛起球性能，并改善其制品的手感舒适性。通过常压空气等离子体处理改变纤维鳞片的表面粗糙度、厚度、完整度等结构与形态，调控纤维表面物理力学性能，消除定向摩擦效应，提高动物纤维的防缩绒及抗起毛起球性。织物经等离子体处理后再进行纳米纤维素整理，可获得柔软舒适的手感。

为实现上述目的，本发明公开的一种提高动物纤维或其织物抗缩绒性和抗起毛起球性能的方法，其具体包括：

步骤一，对动物纤维或其织物进行等离子体处理；

步骤二，利用纤维素处理所述动物纤维或其织物。

进一步，所述纤维素为纳米纤维素。

进一步，所述步骤一具体包括：

(1)烘燥装置预烘：

织物进入与等离子体处理装置紧密相连的烘燥装置，烘燥温度80～110℃，烘燥时间3～20min，控制织物的回潮率为2～5％；

(2)多组双石英介质常压空气等离子体处理：

织物经预烘装置烘燥控制其回潮率后，直接进入与烘燥装置紧密相连的等离子体处理装置进行等离子体处理。

进一步，所述等离子体处理装置包括有3～12组双石英介质阻挡放电辊，每组放电辊的两辊间距0～2厘米弹性可调，辊长1.0～1.8m，可对织物进行连续常压空气等离子体处理。

进一步，所述多组双石英介质常压空气等离子体处理的等离子体放电功率为200(是否选400更好，对比文件中有300W的)～2000W，处理速度为1～60m/min，处理时间1～10min。

进一步，所述放电辊之间的间隙可随着织物厚度动态可调。

进一步，所述等离子体处理装置可所述动物纤维或其织物进行卷对卷处理。

随着等离子体处理时间的延长，纤维表面顺鳞片和逆鳞片方向的摩擦系数逐渐增加，两方向摩擦系数之差逐渐减小；当到达某一定处理时间T时，顺、逆鳞片的动静态摩擦系数均达到最大，其差异达到最小，即纤维的定向摩擦效应达到最小。而后随着处理时间的增加，顺、逆鳞片的动静态摩擦系数逐渐变小，两者之间的差异又逐渐变大。通过控制等离子体处理功率、放电辊间距以及处理时间，可以有效地调控纤维表面的顺、逆向摩擦系数大小及其之间的差异，从而调控其表面摩擦力学性能和定向摩擦效应而不影响纤维本身的机械物理性能，达到改善动物纤维或其织物抗缩绒性和起毛起球的目的。

进一步，所述步骤二具体包括：

1)将所述动物纤维或其织物经等离子体处理后，直接放进纳米纤维素整理槽，用浓度为0.5％～5％、温度为30℃～60℃、浴比为1：50～1：100的纳米纤维素溶液进行浸轧，轧余率为60％～80％；

2)对浸轧后的所述动物纤维或其织物进行烘干处理，烘干温度70℃～110℃，烘燥时间0～3h。

进一步，所述纳米纤维素的制备方法，其具体包括：

1)取20g微晶纤维素粉末作为原料；

2)机械搅拌下加入64wt.％H₂SO₄水溶液197.85ml，45℃条件下水解3h；

3)继而加水稀释使得水解反应结束得到悬浮液；

4)所述悬浮液在12000rpm转速下离心处理3min，继而反复水洗；如此离心、水洗4～5次后得到沉降物；

5)将所述沉降物装入纤维素透析袋中，放入去离子水中透析6～7天，调节pH值达到7.0，得到的中性的纤维素悬浮液经冷冻干燥3天后，便得到纳米纤维素粉末；其中，透析袋的截留分子量为12000～14000。

等离子体处理后的动物纤维或其织物，手感干涩、粗糙。经纳米纤维素整理后，动物纤维织物的抗起毛起球性能按照GB/T 4802.1-2008《织物起毛起球性能的测定第1部分：圆轨迹法》对处理前后织物进行起毛起球测试，具体评价方法如下：

5级：无变化。 

4级：表面轻微起毛和(或)轻微起球。

3级：表面中度起毛和(或)中度起球，不同大小和密度的球覆盖试样的部分表面。

2级：表面明显起毛和(或)起球，不同大小和密度的球覆盖试样的大部分表面。

1级：表面严重起毛和(或)起球，不同大小和密度的球覆盖试样的整个表面。

按照手感测试方法对织物的手感进行测试，具体评价及表示方法如下：

◎非常柔软，富有弹性。

○柔软，有较好弹性。

▽较柔软，还具有动物纤维或其织物的部分弹性。

×手感明显干涩，基本没有弹性。

结果表明，经过本发明方法处理后，动物纤维织物的抗起毛起球性能均达到5级，手感非常柔软舒适，富有弹性。

本发明处理方法具有如下优点：

(1)工艺流程简单，可操作性强，便于工业化推广应用。本发明工艺流程主要分为预烘、等离子体处理、纳米纤维素整理、烘燥四个主要步骤，各工序可 直接衔接进行加工处理，工艺可操作性、衔接性强。

本发明采用将纺织物先进行预调湿(烘干)再进行等离子体处理的加工方式，可显著提高等离子处理效果。等离子体加工技术属于干式、清洁、绿色加工技术，不产生污染环境的有害化学物质。

本发明采用的等离子体处理技术与现有技术相比具有如下优势：

①本发明采用的多组双石英介质常压空气等离子体装置，能稳定、持续地进行亚辉光放电，不但放电功率高，而且放电辊间隙可随着织物厚度动态可调，大幅提高处理效率和均匀性。

②本发明采用的等离子体处理与常规真空(低气压)等离子体处理相比，无需将织物置于密闭的处理腔内，能进行连续化处理，避免了真空(低气压)等离子体不能对织物进行连续化处理，只能间歇生产，处理功率、效率较低，加工不方便的弊端。

③本发明等离子体处理装置可方便地对幅宽小于1.8米的织物进行卷对卷处理，处理功率、速度、时间均可在线实时可调，织物品种适应性广。

(2)本发明所述方法仅改变纤维表面鳞片形态结构，不影响纤维主体的物理力学性质。

(3)本发明采用的纳米纤维素属于绿色环保的功能整理材料，不但来源广泛，而且质轻、力学性能优异、透光性佳，具有生物降解性和可再生性。与现有技术中的改性纤维素不同，改性纤维素是通过在纤维素大分子上接入特定化学基团或功能性基团而赋予其一定功能。本发明所采用的纳米纤维素是由纤维素微晶体，在酸性条件下水解得到的直径为1～100nm，长度几十到几百纳米的刚性棒状纳米纤维素。它颗粒粒径小，比表面积大，与壳聚糖的结构类似，含有大量的-OH，不但能填充到动物纤维鳞片尖角处和凹槽处，而且易于在动物纤维表面形成网状交联的膜结构，柔韧而富有弹性，使纤维获得柔软舒适的手感。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。应该理解的是，本发明实施例所述方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。

实施例中用到的所有原料和溶剂均为市售分析纯，兔毛纤维及其织物由浙江神州毛纺有限公司提供，双石英介质常压空气等离子体处理设备由嘉兴质检院提供。

一、兔毛纤维及其织物预烘：

由于兔毛纤维及其织物表面含有较少油脂，约为0.6％～0.7％，故不需要进行清洗，直接85℃预烘10min，控制回潮率3％左右，之后将纤维和织物分别装入密封袋保存，待用。

二、等离子处理：

本实施例使用的等离子处理采用多组双石英介质常压空气等离子体发生装置进行处理，等离子体放电功率500W，处理速度为10m/min，处理时间0～5min。

等离子处理兔毛纤维及其织物的步骤：预烘→设置等离子处理条件→亚辉光放电→性能测试。四组兔毛纤维及其织物样品I-1、I-2、I-3分别按上述步骤分别处理。0#为未经等离子处理的对比组。

四组兔毛纤维及其织物样品的等离子处理的设置条件如表1所示：

表1

注：0#：兔毛纤维及其织物原样，即未经等离子体处理，为对比组。

三、制备纳米纤维素：

本实施例以微晶纤维素粉末为原料，取20g原料，机械搅拌下加入64wt.％H₂SO₄水溶液197.85ml，45℃条件下水解3h。继而加水稀释使得水解反应结束。得到的悬浮液在12，000rpm转速下离心3min，反复水洗、离心4～5次后，将离 心得到的沉降物装入纤维素透析袋(分子量12，000～14，000)中，放入去离子水中透析6～7天，调节pH值达到7.0。中性的纤维素悬浮液经冷冻干燥3天后，便得到纳米纤维素粉末。

四、纳米纤维素整理兔毛纤维及其织物：

将制备的纳米纤维素粉末超声1h配成浓度分别为0.5％、1％、2％的纳米纤维素溶液，兔毛纤维及其织物经等离子体处理后直接输送至整理槽浸轧纳米纤维素溶液，浸泡时间分别为30min、60min、180min，最终控制轧余率70％。经浸轧纳米纤维素整理液的纤维及其织物通入烘燥装置进行烘干，烘干温度90℃，烘燥时间60min，之后装入密封袋代用。兔毛纤维及其织物按上述方法分别整理。

通过正交实验，研究不同条件下如等离子体处理时间、纳米纤维素的浓度、浸泡时间三个因数对兔毛纤维及其织物性能的影响，每个因数取3个水平，正交试验因素水平表如表2和表3。通过正交实验得到处理兔毛纤维的最佳条件，对最佳条件下改性的兔毛纤维及其织物进行表征与性能测试。

表2

备注：浴比为1:100。

表3

五、性能测试 

(一)兔毛纤维摩擦系数测试

1、制样

为确保测试时兔毛顺逆向，制样方法如下：

(1)每个样随机抽取30根较长的兔毛，在YG002C型显微镜下观察兔毛的鳞片；

(2)用镊子将兔毛毛根一端粘在事先准备的黑色硬板纸的双面胶上。

2、测试方法 

纤维摩擦因数在Y151型单纤维摩擦仪上测试，张力夹1夹持住兔毛毛尖，张力夹2夹持住兔毛毛根；先将张力夹1挂于挂钩上测试顺鳞片方向的静动态摩擦系数，再将张力夹2挂于挂钩上测试逆鳞片方向的静动态摩擦系数，张力夹质量均为100mg，打开仪器，记录天平的读数m，通过下述公式计算顺、逆两个方向的摩擦因数。

μ＝0.773[lg f₀-lg(f₀-m)]

式中：f₀为初始张力(f₀＝100mg)，m为扭力天平读数(mg)，将实验测出的m带入上式计算得出静动态摩擦因数μ_顺和μ_逆，每个样品测试纤维30根，结果取其平均值。

(二)兔毛纤维拉伸力学性能测试

采用LLY-06E型电子纤维强力仪随机测试兔毛纤维的力学性能，主要测试兔毛纤维断裂强力和断裂伸长，每组测试兔毛纤维30根，预张力为0.15CN，夹持长度为10mm，拉伸速度为5mm/min，取平均值作为实验结果。

(三)兔毛纤维织物抗起毛起球性能测试

采用优化的处理参数，处理得到的兔毛织物抗起毛起球性能按照GB/T4802.1-2008《织物起毛起球性能的测定第1部分：圆轨迹法》对处理前后织 物进行起毛起球测试及评价。

(四)兔毛纤维及其织物的手感测试

采用优化的处理参数，按照手感测试方法对兔毛纤维及其织物的手感进行测试及评价。

具体评价及表示方法如下：

◎非常柔软，富有弹性。

○柔软，有较好弹性。

▽较柔软，还具有动物纤维或其织物的部分弹性。

×手感明显干涩，基本没有弹性。

六、结果分析及评价

表4为等离子体预处理联合纳米纤维素整理对兔毛纤维摩擦力学性能及拉伸力学性能的影响，表5为因素主次影响分析结果，由结果可知，改性后兔毛纤维的断裂强力基本不受影响，最大损失率仅为3.43％，断裂伸长率略有增加，最大伸长率增长率约为36％，使兔毛纤维的弹性优于未整理的兔毛纤维。整体来讲，等离子体预处理联合纳米纤维素整理的兔毛纤维，很好了保持了兔毛纤维的原有力学性能。

由摩擦系数分析可知，影响顺、逆鳞片静摩擦系数的最主要因素是等离子体处理的时间，其次是浸泡时间、纳米纤维素的浓度。有表4可知，经过联合整理后，所有试样的顺逆鳞片的摩擦系数差都显著减小，有力地减小了定向摩擦效应。由表5可知，随着纳米纤维素浓度的增加，兔毛纤维的顺逆鳞片摩擦系数一直减小，并且摩擦系数都比未处理兔毛纤维的摩擦系数大；随着纳米纤维素溶液浸泡时间的延长，兔毛纤维的顺逆鳞片摩擦系数一直减小，表明浸泡时间的延长能使得NCC更多的吸附在兔毛纤维的表面；随着等离子体处理时间增加，兔毛纤维的顺逆鳞片摩擦系数都是先增大后减小。

表4

表5

由静顺、逆摩擦系数确定的最优方案为A₁B₁C₂，即纳米纤维素浓度0.5％，浸泡处理时间30min，等离子体处理时间3min。最优工艺再次实验验证，静顺、逆摩擦系数分别为0.2208、0.2483，分别比原兔毛纤维提高了32.7％、11％，不但提高了兔毛纤维的抱合力，而且其差值为0.275，远小于未经处理的兔毛纤维顺逆向摩擦系数差值0.575，显著减小了纤维的定向摩擦效应。其断裂强力损 失率为1.21％，断裂伸长率为37.8％。

表6为改性兔毛纤维的摩擦系数和手感变化，及其织物的抗起毛起球等级。由表6可知，单独使用等离子体处理或者纳米纤维素整理，其手感和抗起毛起球性能均不理想，使用本发明方法，采用两者联合整理的方法，即如试样A₁B₁C₂测试结果，不但手感柔软舒适，而且抗起毛起球性能可达到5级。

表6

备注：0#为兔毛原样；I-3为仅经过等离子体处理3分钟；a-2为仅经过0.5％浓度的纳米纤维素整理30min；A₁B₁C₂为本方案最优方案，即纳米纤维素浓度0.5％，浸泡处理时间30min，等离子体处理时间3min。

另外，利用本发明方法对羊毛、骆驼绒以及牦牛毛等其他动物纤维及其织物进行处理后，也取得了与上述兔毛相同的技术效果。实验证明，本发明具有显著的技术效果。

Claims (9)

1.一种提高动物纤维或其织物抗缩绒性和抗起毛起球性能的方法，其特征在于，其具体包括：

步骤一，对动物纤维或其织物进行等离子体处理；

步骤二，利用纤维素处理所述动物纤维或其织物。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述纤维素为纳米纤维素。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

(1)烘燥装置预烘：

织物进入与等离子体处理装置紧密相连的烘燥装置，烘燥温度80~110℃，烘燥时间3~20min，控制织物的回潮率为2~5%；

(2) 多组双石英介质常压空气等离子体处理：

织物经预烘装置烘燥控制其回潮率后，直接进入与烘燥装置紧密相连的等离子体处理装置进行等离子体处理。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述等离子体处理装置包括有3~12组双石英介质阻挡放电辊，每组放电辊的两辊间距0~2厘米弹性可调，辊长1.0~1.8m，可对织物进行连续常压空气等离子体处理。

5.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述多组双石英介质常压空气等离子体处理的等离子体放电功率为400~2000W，处理速度为1~60m/min，处理时间1~10min。

6.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述放电辊之间的间隙可随着织物厚度动态可调。

7.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述等离子体处理装置可所述动物纤维或其织物进行卷对卷处理。

8.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：

1）将所述动物纤维或其织物经等离子体处理后，直接放进纳米纤维素整理槽，用浓度为0.5%~5%、温度为30℃~60℃、浴比为1：50~1：100的纳米纤维素溶液进行浸轧，轧余率为60%~80%；

2）对浸轧后的所述动物纤维或其织物进行烘干处理，烘干温度70℃~110℃，烘燥时间0~3h。

9.如权利要求2所述纳米纤维素的制备方法，其具体包括：

1）取20g微晶纤维素粉末作为原料；

2）机械搅拌下加入64wt.% H₂SO₄水溶液197.85ml，45℃条件下水解3h；

3）继而加水稀释使得水解反应结束得到悬浮液；

4）所述悬浮液在12000 rpm转速下离心处理3min，继而反复水洗；如此离心、水洗4~5次后得到沉降物；

5）将所述沉降物装入纤维素透析袋中，放入去离子水中透析6~7天，调节pH值达到7.0，得到的中性的纤维素悬浮液经冷冻干燥3天后，便得到纳米纤维素粉末；其中，透析袋的截留分子量为12000～14000。