超低溫處理對(duì)亞麻織物服用性能的影響

楊 陳，林燕萍，王晨露

(1.江西服裝學(xué)院，江西 南昌 330201；2.紹興文理學(xué)院，浙江 紹興 312000；3.浙江省清潔染整技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 紹興 312000)

麻纖維與棉纖維等都是人類開發(fā)利用較早的天然纖維素纖維，主要為脫水D—六環(huán)葡萄糖與β—葡萄糖苷鍵構(gòu)成的微晶體，該分子結(jié)構(gòu)使得麻纖維具有較高的楊氏模量，同時(shí)較高的聚合度致使麻單纖維強(qiáng)度較大[1-3]。用麻纖維織造出的麻織物具有堅(jiān)牢耐磨、透涼爽括、吸濕導(dǎo)汗、耐腐抗霉等特點(diǎn)，是理想的夏季服裝面料[4-5]。常見的服用麻織物有羅布麻、亞麻、苧麻、黃麻等。麻纖維的分子結(jié)構(gòu)在給麻織物帶來良好服用性能的同時(shí)，也存在一定的弊端，如麻纖維中木質(zhì)素、膠質(zhì)等含量較高，提取成本較高,麻織物硬度較高，上染百分率低等缺陷，因此合適的前處理工藝就顯得尤為重要?，F(xiàn)階段，亞麻織物的預(yù)處理技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但存在成本高，污染嚴(yán)重的問題[6-7]。液氮超低溫對(duì)亞麻纖維的預(yù)處理不僅解決了環(huán)境污染問題，還能夠重復(fù)利用，節(jié)省成本。本文利用液氨產(chǎn)生的超低溫對(duì)亞麻織物進(jìn)行工藝處理，利用回潮率、力學(xué)性能、染色性能等表征麻織物的服用性能，并利用分子結(jié)構(gòu)測(cè)試分析其內(nèi)在變化機(jī)制，以期改善亞麻織物的服用性能，為亞麻織物在服裝領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與藥品

亞麻織物(平紋織物，紗線線密度18.2 tex，經(jīng)向密度350 根/(10 cm)，緯向密度320根/(10 cm))；茶多酚、乙酸、殼聚糖(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，皂片、平平加O等常見染色助劑(市售)。

1.2 儀器與設(shè)備

INSTRON5590型萬能材料試驗(yàn)機(jī)(美國英斯特朗公司)、30 L液氮貯存器(充滿液氮)、H16565型電子天平(北京恒奧德儀器儀表有限公司)、DHG-9030A型高溫烘箱(北京恒泰豐科試驗(yàn)設(shè)備有限公司)、HB-A01型恒溫恒濕試驗(yàn)箱(東莞市恒邦儀器設(shè)備有限公司)、多功能粉末X射線衍射儀(馬爾文帕納科公司)、NM-150型軋車(株式會(huì)社大榮科學(xué)精密制作所)、Data Color 600型分光測(cè)色儀(美國Data Color公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 織物試樣處理

在105 ℃的烘箱中將亞麻織物干燥至恒定質(zhì)量后投入到液氮中，并在0.5、1.0、2.0 h 3個(gè)時(shí)間點(diǎn)各取部分織物試樣進(jìn)行測(cè)試；取出的試樣緩慢升溫至常溫備用。

1.3.2 吸濕回潮率測(cè)試

參照GB/T 9994—2008《紡織材料公定回潮率》測(cè)試亞麻織物超低溫處理前后織物的公定回潮率。

1.3.3 力學(xué)性能測(cè)試

將超低溫處理前后的亞麻織物在105 ℃的烘箱中干燥至恒定質(zhì)量后，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境(20 ℃、相對(duì)濕度65%)條件下調(diào)濕24 h；將調(diào)濕后的亞麻織物沿經(jīng)紗走向裁剪成寬50 mm、長(zhǎng)200 mm的布條，利用INSTRON5590型萬能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)布條試樣進(jìn)行斷裂強(qiáng)力測(cè)試。該斷裂測(cè)試30次，排除異常數(shù)據(jù)后取平均值。

1.3.4 分子結(jié)構(gòu)測(cè)試

將超低溫處理前后的亞麻織物剪碎后制成壓片，使用多功能粉末X射線衍射儀對(duì)壓片試樣進(jìn)行X衍射曲線測(cè)試；利用文獻(xiàn)[8-9]方法計(jì)算亞麻織物超低溫處理前后的結(jié)晶度與晶粒尺寸。衍射測(cè)試參數(shù)如下：Cu靶，管流45 mA，管壓45 kV，角度范圍5°～45°，掃描速度2°/min，波長(zhǎng)0.154 nm。

1.3.5 染色性能測(cè)試

為提高織物的染色效果，使用殼聚糖對(duì)超低溫處理前后的亞麻織物進(jìn)行預(yù)處理，殼聚糖∶乙酸溶液質(zhì)量比1∶30(乙酸溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%)，將殼聚糖在乙酸溶液中溶解。利用軋車對(duì)亞麻織物在預(yù)處理液中進(jìn)行浸軋?zhí)幚?軋液率為85%)，浸軋?zhí)幚砗笤?05 ℃烘箱中預(yù)烘3 min，170 ℃焙烘2 min。

取茶多酚6%(owf)，在溫度50 ℃，整理時(shí)間60 min，pH值為6～7條件下對(duì)殼聚糖預(yù)處理后的亞麻織物進(jìn)行染色，測(cè)試亞麻織物的上染百分率，分析超低溫處理對(duì)亞麻織物染色性能的影響。

參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》與GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》測(cè)試超低溫處理前后亞麻織物的色牢度。

2 結(jié)果與討論

2.1 回潮率分析

亞麻織物吸濕回潮率隨超低溫處理時(shí)間增加的變化曲線見圖1。

圖1 亞麻織物吸濕回潮率隨超低溫處理時(shí)間增加的變化曲線

可以看出，亞麻織物的吸濕回潮率隨著液氮超低溫處理時(shí)間的增加而不斷增加，當(dāng)超低溫處理時(shí)間超過1.5 h時(shí)，亞麻織物的吸濕回潮率趨于平穩(wěn)。亞麻織物的吸濕回潮率之所以出現(xiàn)上述情況主要有以下原因：一是液氮超低溫處理使得亞麻纖維結(jié)晶結(jié)構(gòu)受到不同程度的破壞，致使纖維的無定形區(qū)增加(可從下文中亞麻纖維超低溫處理前后纖維結(jié)晶度的變化中得到驗(yàn)證)，纖維的聚合度降低，從而導(dǎo)致亞麻織物吸濕回潮率的增加；二是亞麻織物經(jīng)超低溫處理后，在逐漸升溫至室溫的過程中，亞麻織物有由硬脆變軟的過程，亞麻纖維表面出現(xiàn)不同程度的損傷，比表面積增加，提高了亞麻織物的回潮率。當(dāng)超低溫處理時(shí)間超過1.5 h后，由于超低溫對(duì)亞麻纖維結(jié)晶度的破壞作用降低，因此亞麻織物的吸濕回潮增速下降，趨于平緩。從亞麻織物的吸濕回潮率變化趨勢(shì)分析可知，亞麻織物經(jīng)液氮超低溫處理改善了亞麻織物的吸濕回潮性能。

2.2 力學(xué)性能分析

亞麻織物力學(xué)性能隨超低溫處理時(shí)間增加的變化曲線見圖2?？梢钥闯觯瑏喡榭椢锏臄嗔褟?qiáng)力隨著液氮超低溫處理時(shí)間的增加而不斷下降，當(dāng)超低溫處理時(shí)間超過1.5 h時(shí)，斷裂強(qiáng)力下降速率降低；亞麻織物的斷裂伸長(zhǎng)率則隨著液氮超低溫處理時(shí)間的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。導(dǎo)致亞麻織物力學(xué)性能這樣變化的原因有以下3個(gè)方面：一是亞麻織物經(jīng)過液氮超低溫處理，纖維的結(jié)晶度下降，無定形區(qū)增加，纖維力學(xué)性能下降，從而導(dǎo)致亞麻織物的斷裂強(qiáng)力下降，斷裂伸長(zhǎng)率上升；二是亞麻織物超低溫處理后，逐漸升溫至室溫的過程中，亞麻織物由硬脆變軟的過程中亞麻纖維表面出現(xiàn)不同程度的損傷，出現(xiàn)了纖維上的強(qiáng)力弱環(huán)，纖維的力學(xué)性能變化導(dǎo)致紗線出現(xiàn)強(qiáng)力弱環(huán)，致使亞麻織物力學(xué)性能下降，斷裂伸長(zhǎng)率上升；三是纖維表面的損傷使得纖維的抱和力增加，在一定程度上阻止了亞麻織物力學(xué)性能的下降，因此當(dāng)液氮超低溫處理超過1.5 h后，亞麻織物的力學(xué)性能變化速率降低。從超低溫處理2.0 h后亞麻織物的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果可以看出，超低溫處理后亞麻織物的力學(xué)性能仍能較好的滿足服用性能。

2.3 分子結(jié)構(gòu)分析

液氮超低溫處理前后亞麻纖維晶粒結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 液氮超低溫處理前后亞麻織物晶粒結(jié)構(gòu)參數(shù)

對(duì)比可知，亞麻纖維的結(jié)晶度、晶粒尺寸均隨著超低溫處理時(shí)間的增加而降低，這也很好地說明了亞麻纖維經(jīng)液氮超低溫處理使得亞麻纖維的結(jié)晶區(qū)裂解，無定形區(qū)增加，降低了亞麻纖維的結(jié)晶度。結(jié)晶度降低，從而使得纖維的力學(xué)性能下降，吸濕回潮率上升，這與前文的測(cè)試結(jié)果相呼應(yīng)。亞麻纖維的分子結(jié)構(gòu)的結(jié)晶峰位置經(jīng)超低溫處理后，位置變化不大，說明超低溫處理并未改變亞麻纖維的晶型結(jié)構(gòu)。

2.4 染色性能分析

液氮超低溫處理前后亞麻織物染色性能測(cè)試結(jié)果見表2。可以看出，亞麻織物的上染百分率、耐水洗色牢度、耐摩擦色牢度均隨著超低溫處理時(shí)間的增加有不同程度的提高，液氮超低溫處理使得亞麻纖維結(jié)晶結(jié)構(gòu)受到不同程度的破壞，致使纖維的無定形區(qū)增加，纖維的聚合度降低，另一方面亞麻纖維表面出現(xiàn)不同程度的損傷，提高了亞麻纖維比表面積，因此改善了亞麻織物的染色性能。

表2 液氮超低溫處理前后亞麻織物染色性能測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)束語

使用液氨產(chǎn)生的超低溫對(duì)亞麻織物進(jìn)行工藝處理，利用回潮率、力學(xué)性能、染色性能等表征麻織物的服用性能，其中以X衍射曲線測(cè)試結(jié)果分析上述變化的內(nèi)在機(jī)制，表明亞麻織物經(jīng)液氮超低溫處理后織物的回潮率、上染百分率、色牢度等服用性能指標(biāo)均有所改善，力學(xué)性能稍有下降，但仍具有較好的服用性能，且超低溫處理前后亞麻纖維的晶型結(jié)構(gòu)并未發(fā)生改變，可推知亞麻織物所具有的抗霉、抑菌等效果依然存在。由此可知，液氮超低溫處理對(duì)改善亞麻織物服用性能具有很好的可行性，值得深入研究。