CN115262226B

CN115262226B - 一种基于壳聚糖制备保暖毛织物的方法

Info

Publication number: CN115262226B
Application number: CN202210853645.4A
Authority: CN
Inventors: 侯秀良; 彭亚倩; 李建红; 张昊宇; 李尊严; 徐荷澜
Original assignee: Dongguan Derong Cashmere Products Co ltd; Jiangnan University
Current assignee: Dongguan Derong Cashmere Products Co ltd; Jiangnan University
Priority date: 2022-07-11
Filing date: 2022-07-11
Publication date: 2023-12-05
Anticipated expiration: 2042-07-11
Also published as: CN115262226A

Abstract

本发明公开了一种基于壳聚糖制备保暖毛织物的方法，属于纺织技术领域。本发明中基于壳聚糖制备保暖毛织物的方法，包括：配制浓度为0.2‑0.6%（w/w）的壳聚糖溶液，之后将毛织物浸渍在壳聚糖溶液中，取出，固化，干燥，得到所述的保暖毛织物。本发明制备的保暖羊毛织物具有优异的抗菌、染色性能的改善和抗静电等功能特性，且其保暖性能有显著提高，保暖率从8.80%提高到18.65%，热传系数由89.10 W/m²∙℃降低到40.77W/m²∙℃，克罗值由0.07提高到0.16；同时保暖羊毛织物的厚度、透气率、悬垂性能以及抗起毛起球等性能均变化不明显，依然能够满足日常穿着的舒适度和美观性。

Description

一种基于壳聚糖制备保暖毛织物的方法

技术领域

本发明涉及一种基于壳聚糖制备保暖毛织物的方法，属于纺织技术领域。

背景技术

羊毛纤维是一种结构复杂的天然蛋白质纤维，具有手感柔软、保暖性强、光泽柔和、弹性耐磨等优点，但其最外层被瓦状重叠的鳞片所覆盖，其织物易毡缩、易滋生细菌、染色差等特点。为了解决这些问题，羊毛织物通常进行功能性整理，在羊毛织物后处理所用助剂中，壳聚糖是自然界唯一的天然碱性多糖，在酸性条件下易溶解生成带正电荷的氨基，发挥抑菌作用，且具有良好的生物相容性、生物可降解性、资源丰富、无污染，受到研究者的关注。目前，壳聚糖在纺织品后整理方面的应用主要有天然纤维织物的抗菌、染色性能的改善以及抗静电处理等。

随着人们物质生活水平和对自身健康要求不断提高，对服装及其材料等各方面的舒适性都提出了更高的要求，低温条件下的防寒服就是其中的一类，特别是提高羊毛、羊绒防寒服的保暖性就显得尤为重要。

对于服装保暖性而言，热传导是一个主要影响因素，热传导率小，表示纤维的导热性能低，保暖性好。服装材料多为纤维制品，在纤维内部、纤维之间以及纱线之间的空隙存有大量的空气；因此，服装的传热性能是服装材料本质上的传导率、材料含气量以及多层衣服之间所含空气的热传导率的综合指标。对于纤维来说，纤维越细，单位重量内的纤维数越多，加强了对空气流动的阻隔能力，保持较多的静止空气，纤维的保暖性就越好；并且选择导热系数小、热阻大的纤维，如羊毛、驼毛、鸭绒等，隔热保温性能好。对于纱线来说，结构越紧实、表面粗糙度大的纱线，衣服和人体间形成较大的空气层，保暖性能好。对于织物来说，单位面积面料的含气率一般为60％～80％，通常织物的厚度与其热阻成良好的线性相关，织物越厚，热阻越大，保暖性能越好；在一定范围内，织物层数越多越好，实验证明：穿多层衣服的保暖性明显好于穿同等厚度的单层衣服的保暖性；机织物的总紧度、孔隙率或者填充率对织物热阻有很大影响。

目前，影响羊毛的保暖性重要因素一方面是因为羊毛纤维的蓬松度，当衣物中羊毛絮状填充物的蓬松度达到一定限度时，保暖性能最好。另一方面是羊毛织物组织结构设计的影响，对于羊毛针织衫来讲，同种纱线的织物，集圈织物的热阻最大，因为其厚度最大，蓬松性最好，含有的静止空气最多，织物的保暖性最好；而纬平针织物由于其厚度最小，因此热阻最小，保暖性能最差，1+1罗纹织物热阻居中。但这些方法都只是通过羊毛填充物以及织物的组织结构的设计来单一的提高了羊毛织物的保暖性，缺乏其他功能性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用壳聚糖溶液整理毛织物，不仅提高了保暖性能，使得保暖性能是未处理空白织物的两倍多，而且毛织物的厚度、透气、悬垂性能以及抗起毛起球性能变化不大，能够满足日常穿着的舒适度和美观性。

本发明的第一个目的是提供一种基于壳聚糖制备保暖毛织物的方法，包括如下步骤：

配制浓度为0.2-0.6％(w/w)的壳聚糖溶液，之后将毛织物浸渍在壳聚糖溶液中，取出，固化，干燥，得到所述的保暖毛织物。

在本发明的一种实施方式中，所述的壳聚糖溶液的溶剂为醋酸水溶液，其质量浓度为1-3％。

在本发明的一种实施方式中，所述的壳聚糖溶液的制备是将壳聚糖溶解在醋酸水溶液中，并在70-90℃下搅拌0.5-1.5h。

在本发明的一种实施方式中，所述的壳聚糖溶液中壳聚糖的粘度为533.5mPa·s，含水率为11.47％，灰分为0.59％，脱乙酰度为92.35％。

在本发明的一种实施方式中，所述的毛织物包括具有鳞片的毛绒类蛋白质纤维织物，包括羊毛机织物、羊绒机织物、羊毛针织物、羊绒针织物。

在本发明的一种实施方式中，所述的浸渍是60-90℃下浸渍0.5-1.5h。

在本发明的一种实施方式中，所述的浸渍的浴比为1：20-50。

在本发明的一种实施方式中，所述的固化是将浸渍壳聚糖溶液的毛织物在NaHCO₃溶液中浸泡，20-30℃(常温)固化3-8min；其中NaHCO₃溶液的pH为7-8。

在本发明的一种实施方式中，所述的干燥是20-30℃(常温)晾干。

本发明的第二个目的是本发明所述的方法制备得到的保暖毛织物。

本发明的第三个目的是本发明所述的保暖毛织物在服装用纺织品、产业用纺织品中的应用。

本发明的第四个目的是提供一种提高毛织物保暖性的方法，包括如下步骤：

本发明的有益效果：

本发明的壳聚糖整理得到的保暖羊毛织物除了有优异的抗菌、染色性能的改善和抗静电等功能特性之外，其保暖性能有显著提高，保暖率从8.80％提高到18.65％，热传系数由89.10W/m²·℃降低到40.77W/m²·℃，克罗值由0.07提高到0.16；同时保暖羊毛织物的厚度从0.51mm变厚到0.55mm，透气率从149.83mm/s减少到137.83mm/s，悬垂性能以及抗起毛起球等性能均变化不明显，依然能够满足日常穿着的舒适度和美观性。

附图说明

图1为不经过任何处理的羊毛织物的SEM图；其中(a)为500倍；(b)为2000倍。

图2为实施例1的保暖羊毛织物的SEM图；其中(a)为500倍；(b)为2000倍。

图3为实施例1和对比例1的羊毛织物的摩擦性能的测试结果。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。

测试方法：

1、织物增重率的测定

测量整理前后织物与原布重量，计算织物增重率。

2、保温性能的测定

YG606D型平板式织物保温仪是由宁波纺织仪器厂生产。按照GB11048-1989《纺织品保温性能实验方法》进行测试，设置标准大气的温度为20℃±2℃，相对湿度65±2％。实验原理是在样品板上覆盖样品，通过电加热的方式使得样品板、底板和周围保护板控制在同一温度，使通过织物的热量只能向上散发，然后由温度传感器将数据传输给微机，微机通过试板保持恒温所需的加热时间来计算出保温率、传热系数和克罗值。

使用YG606D型平板式织物保温仪测试前，机器预热30min，然后进行空板实验，底板温度设定为36℃，时间约为1h。将试样依次覆盖在试验板上，试样板测试尺寸为25cm*25cm的正方形，试样尺寸为30cm*30cm。由试样板通过微电脑可以计算保温率、传热系数和克罗值。

(1)保温率是指织物隔绝热量传递，保持温度的性能，采用YG606D型平板式织物保温仪进行测量计算公式如下式(1)：

式中：Q₁—无试样时试样板传热系数(W/m²·℃)；Q₂—有试样时试样板传热系数(W/m²·℃)

(2)热传系数是指织物两侧温度差为1℃时，单位时间通过单位面积传递的热量，单位是W/m²·℃，仪器测量计算公式如下式(2)：

U₂＝U_bp·U₁/(U_bp-U₁) (2)

式中：U_bp—无试样时试验板传热系数(W/m²·℃)；U₁—有试样时试验板传热系数(W/m²·℃)

(3)克罗值也表示纺织材料的隔热性能，仪器测试的克罗值计算公式如下式(3)：

3、透气性能的测定

YG461E-III型全自动透气量仪是由宁波纺织仪器厂生产的。织物的透气性是指气体分子通过织物的性能。气体的流动和分子扩散运动以及空气中夹带着的水汽蒸发会形成热、湿传递，从而导致微环境温湿度的变化和人体舒适性的变化。

根据国际标准ISO 9237:1995进行修改的GB/T 5453-1997标准《纺织品织物透气性测定》进行测试，规定的测试面积为20cm²，试样两测试面压差为100Pa。测试原理：在规定的压差条件下，一定时间内垂直通过试样规定面积的气流流量，从而得到织物的透气率。单位用mm/s表示，透气率R的计算公式如下式(4)：

式中：q_v—平均气流量，dm³/min；A—测试面积，cm²。

实验步骤：先机器开机预热30min，将已经选好的试样部分平整的放在探测头上，避免折痕和疵点，选择自动测试可以根据你的是样品的透气量自动调节，方便测量。下按测试头压杆，听见咔嚓一声，真空吸风机启动，开始测试。

4、悬垂性能的测定

XDP-1A型织物悬垂性测试仪采用国际通用的伞式法，利用图像处理技术测试织物静动态悬垂性能。将直径D＝240mm的圆形式样平放在直径d＝120mm的试样托盘上，试样和试样托盘缓慢上升。托盘上织物因自重下垂，呈悬垂的形态，然后通过垂直方向上的投影，得到悬垂投影图像。悬垂系数越小，表示织物越柔软，静态悬垂系数F采用Cusick伞式法的经典公式：

式中：A_D为试样面积；A_F为试样投影面积；A_d为试样托盘面积。

5、耐磨性能测定

用YG401G型织物平磨仪(马丁代尔仪)参考GB/T4802.2—2008《纺织品织物起毛起球性能的测定第2部分:改型马丁代尔法》规定了采用改型马丁代尔法对织物起毛起球性能及表面变化的测定方法，测试羊毛织物的抗起毛起球性能。

在规定压力下，圆形试样(D＝140mm)以李莎茹运动轨迹与标准磨料织物进行相互摩擦，通过摩擦一定次数，在规定的光照下，将磨过的试样对比标准样评定起毛起球等级。评级所用灯箱为标准光源箱，对比起毛起球等级样卡，由3人进行主观评价，取平均值，结果数值越高，表明织物抗起毛起球性能越好。用抗起毛起球性来表征羊毛织物的耐磨擦性能，表征耐久性。

6、纤维表面形态

采用SU1510型扫描电子显微镜(SEM)进行实验研究，将样品剪成2mm×2mm大小的规格并粘贴于样品台上，表面进行喷金操作，放入机器后进行放大，观察不同放大倍数下的织物的纵向形态以及表面形貌和结构。

实施例采用的原料：

壳聚糖：粘度533.5mpa.s，含水率11.47％，灰分0.59％，脱乙酰度92.35％；

羊毛织物为羊毛机织坯布，经密402根/10cm、纬密225根/10cm，纱线的线密度为58/2Nm，克重237g/m²，由无锡协新毛纺织有限公司提供。

实施例1

一种基于壳聚糖制备保暖羊毛织物的方法，包括如下步骤：

采用质量浓度为2％的醋酸水溶液配制浓度为0.4％(w/w)的壳聚糖溶液，之后将羊毛织物浸渍在壳聚糖溶液中，浴比为1：30，在90℃下浸渍1h；取出，在NaHCO₃溶液(pH＝8)中浸泡常温固化5min，常温晾干，得到所述的保暖羊毛织物。

实施例2

调整实施例1中壳聚糖溶液的浓度为0.2、0.6、0.8、1％(w/w)，其他和实施例1保持一致，得到所述的保暖羊毛织物。

对比例1

将羊毛织物温水(温度为30℃)浸泡1h，取出，干燥，得到羊毛织物。

将得到的羊毛织物进行性能测试，测试结果如下：

图1为不经过任何处理的羊毛织物的SEM图，图2为实施例1的保暖羊毛织物的SEM图，从图1和图2的对比可以看出：不经过任何处理的羊毛织物中光滑的鳞片紧靠在纤维主干，鳞片尖端伸出于羊毛主干之外；经过处理的羊毛织物中羊毛纤维表面不再光滑，有部分鳞片层被壳聚糖覆盖，使得羊毛纤维间有黏连，织物空隙减少。

纺织品作为纺织纤维、水分和空气构成的复合体，其传热途径包括传导、对流、辐射和伴随着水汽传输而发生的潜热传递。由于纺织品内部的纤维之间、纱线之间或纱线中的纤维之间的缝隙孔洞相对较小，对一般纺织品而言，对流和辐射的传热效果在常规使用条件下小于热传导对传热的贡献。由于纤维导热系数远大于空气导热系数，沿纤维轴向的导热系数远大于沿纤维径向的导热系数，热量的传递势必寻找最小阻力途径，由于纤维材料导热性能而更多是集中于纤维内部，沿纤维轴向曲折前进，并在适当的地方转移到另一根纤维接力进行，故有较多的热量沿纤维轴向传导，此时织物整体的热阻值最小。

表1为实施例1、2和对比例1的羊毛织物的各项性能的测试结果，从表1可以看出：随着壳聚糖溶液浓度的提高，经壳聚糖整理过的羊毛织物，壳聚糖附着在纤维表面，减少了纱线内纤维间的空隙，纤维轴向传导路径曲折复杂，导致热量更偏向径向传导，热量更难传导，织物的保暖性能显著增加，保暖率从8.80％提高到18.65％，热传系数由89.10W/m²·℃降低到40.77W/m²·℃，克罗值由0.07提高到0.16；当壳聚糖溶液浓度继续提高，羊毛织物上壳聚糖的用量增加，使得纤维孔隙率降低，从而使得对流降低，保暖性能下降。

表1实施例1、2和对比例1的羊毛织物的保暖性能的测试结果

表2为实施例1、2和对比例1的羊毛织物的其他性能的测试结果，从表2可以看出：

(1)经壳聚糖整理过的羊毛织物，部分壳聚糖附着在纱线上或纤维表面及缝隙，其厚度从0.51mm变厚到0.55mm，总体变化不大；

(2)经壳聚糖整理过的羊毛织物的透气性会略微减少，最多是从149.83mm/s减少到137.83mm/s，其主要原因主要是因为经整理后壳聚糖主要附着在纤维上以及使纤维黏连，从而减少了纱线中纤维间的缝隙，对织物中空洞没有太大影响，对织物透气性能影响不大；

(3)实施例1的壳聚糖附着量最大，悬垂系数从未处理空白样的17.43％变成19.25％，主要因为部分壳聚糖穿透到纱线内部，纤维间黏连，限制了纤维间的滑移，使其结合更紧密，交联度增加，使得织物悬垂系数变大。但是，增加比例很低；

总体来说，整理后羊毛织物厚度变化不大，硬度增加不大，依然具有良好的柔软度和贴身性。

表2实施例1、2和对比例1的羊毛织物的其他性能的测试结果

图3为实施例1和对比例1的羊毛织物的摩擦性能的测试结果，从图3可以看出：壳聚糖处理后的羊毛织物与未处理的空白样几乎没有区别，没有起毛起球现象。是因为该羊毛织物具有很大的紧度(＞95％)，壳聚糖附着在羊毛纤维表面附着情况良好，不会影响织物的耐起毛气球，能够减少生活中穿着羊毛衣物时因局部摩擦而出现起毛起球现象，满足织物的耐久性能，从而保证了织物穿着时的美观舒适性。

实施例3

调整实施例1中壳聚糖溶液的浸渍温度为60、70、80℃，其他和实施例1保持一致，得到羊毛织物。

将得到的羊毛织物进行测试，测试结果如表3：

从表3可以看出：实施例1中壳聚糖在羊毛织物上的附着最多；且80℃开始，羊毛纤维中鳞片开始张开，便于壳聚糖附着；高于100℃的温度，羊毛织物会受到损伤；因此，最优的浸渍温度选择90℃。

表3实施例3的测试结果

处理温度(℃)	增重率(％)
		90	2.69
80	2.05
		70	1.42
60	1.18

对比例2

调整实施例1中的羊毛织物为棉织物(经密：472根/10cm；纬密：328根/10cm；纱线细度：80S/2；总紧度：82.7％)，壳聚糖溶液的浓度为0.4、0.6(w/w)，其他和实施例1保持一致，得到棉织物。

将得到的棉织物进行性能测试，测试结果如下：

表4对比例2的测试结果

从表4可以看出：壳聚糖在不同条件下处理棉织物后，棉织物的保暖率从16.01％提高到17.96％，基本上影响不大。这是由于壳聚糖不易附着在棉织物上。壳聚糖是一种碱性阳离子型聚合物，存在亲水活性基团，酸性条件具有很高的电荷密度，与蛋白质纤维亲合力很好，但与纤维素纤维亲和力差。对比看出，壳聚糖处理对于提高羊毛织物的保暖性能的作用还是比较显著的。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种提高毛织物保暖性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

配制浓度为0.2-0.6% w/w的壳聚糖溶液，之后将毛织物浸渍在壳聚糖溶液中，取出，固化，干燥，得到保暖毛织物；

其中，所述的壳聚糖溶液的溶剂为醋酸水溶液，醋酸水溶液的质量浓度为1-3%；所述壳聚糖溶液的制备是将壳聚糖溶解在醋酸水溶液中，并在70-90℃下搅拌0.5-1.5h；

所述的壳聚糖溶液中壳聚糖的粘度为533.5mPa·s，含水率为11.47%，灰分为0.59%，脱乙酰度为92.35%。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的浸渍是60-90℃下浸渍0.5-1.5h。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固化是将浸渍壳聚糖溶液的毛织物在NaHCO₃溶液中浸泡，20-30℃固化3-8 min；其中NaHCO₃溶液的pH为7-8。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的毛织物为具有鳞片的毛绒类蛋白质纤维织物，包括羊毛机织物、羊绒机织物、羊毛针织物或羊绒针织物。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸渍的浴比为1：20-50。

6.权利要求1-5任一项所述的方法制备得到的保暖毛织物。

7.权利要求6所述的保暖毛织物在服装用纺织品、产业用纺织品中的应用。