山羊絨纖維高錳酸鉀防縮工藝

李 龍，蔣 芳

(1.西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，陜西 西安 710048;2.廣西工學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西 柳州 545006)

隨著人們生活節(jié)奏的加快，對(duì)紡織服裝的要求越來越高，易護(hù)理、機(jī)可洗服裝越來越受到消費(fèi)者歡迎。毛類服裝產(chǎn)品要達(dá)到機(jī)可洗，首先要解決纖維的氈縮性問題，常用的解決方法包括“減法”和“加法”［1－3］。“減法”一般采用氧化劑處理工藝，通過降低纖維順鱗片、逆鱗片方向摩擦因數(shù)，達(dá)到顯著降低或者解決毛類纖維氈縮性的目的。“減法”防氈縮處理常用的試劑包括高錳酸鉀(KMnO4)、過氧化氫(H2O2)、次氯酸鈉(NaClO)等［5－7］。高錳酸鉀是一種很強(qiáng)的氧化劑，通常用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，對(duì)人體和環(huán)境無害［8］。本文探討了高錳酸鉀對(duì)山羊絨纖維防縮處理，尋求山羊絨纖維氧化防縮處理的合理工藝。

1 高錳酸鉀處理原理

在一定溫度且含有其他助劑的高錳酸鉀溶液中，羊毛纖維鱗片中的二硫鍵及肽鍵與高錳酸鉀發(fā)生氧化反應(yīng)而斷裂，并有棕色 MnO2存在纖維表面上，其反應(yīng)過程為

將高錳酸鉀溶液氧化處理后的纖維用亞硫酸鈉等助劑組成的還原浴進(jìn)行處理，以脫去纖維表面的棕色，其反應(yīng)過程為

2 試驗(yàn)部分

2.1 材料與儀器

材料:山羊絨(白無毛絨)、高錳酸鉀、亞硫酸鈉、HAc、平平加 O。

主要儀器:HH·S11－6型恒溫水浴鍋、電子天平、YHW 1102型烘箱。

2.2 防縮工藝流程

山羊絨纖維→浸水→離心脫水→高錳酸鉀處理→水洗→還原處理→水洗→離心脫水→烘干。

2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)計(jì)方案見表1。浴比為 1∶50。還原處理?xiàng)l件為:45℃，15 m in，亞硫酸鈉30 g/L，HAc 20 m L/L。

表1 高錳酸鉀處理正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 O rthogonal experim ent design of potassium perm anganate treating

2.4 纖維性能測試

山羊絨纖維防縮處理后不僅要獲得良好的防氈縮效果，同時(shí)對(duì)纖維的強(qiáng)力損傷要小，以保證防縮處理不破壞山羊絨纖維的特性與紡織價(jià)值。

纖維氈縮體體積測試［10］:儀器主要由2個(gè)立體木質(zhì)滾箱構(gòu)成，通過電動(dòng)機(jī)使木箱轉(zhuǎn)動(dòng)。選用尺寸為65 mm×65 mm ×85 mm的立方螺紋口塑料小瓶，把防縮處理后的纖維試樣、皂液放入瓶中，將瓶放入木箱內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)30 m in，之后從木箱中取出小瓶，倒出纖維試樣并用水洗凈，把纖維試樣放入烘箱烘干。用餐巾紙等制作紙漿，在已烘干的氈縮體表面涂上厚厚的一層紙漿，將表面覆有紙漿的氈縮體放進(jìn)烘箱里烘干變硬，輕輕將里面的氈縮球取出，得到氈縮體外形的磨具。利用已知密度的粉末，將磨具填滿，測出磨具內(nèi)粉末的質(zhì)量(m)，每個(gè)磨具測量10次，求粉末的平均質(zhì)量。利用下式求出氈縮球的體積為

式中ρ為粉末的密度，g/cm3。

單纖維強(qiáng)力測試:采用YG004E型電子式單纖維強(qiáng)力儀。纖維夾持距離為10 mm，下夾頭下降速度為10 mm/min，預(yù)加張力為0.1 cN，根數(shù)為100。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 正交試驗(yàn)結(jié)果直觀分析

高錳酸鉀處理工藝正交試驗(yàn)結(jié)果與直觀分析結(jié)果見表2。

表2 高錳酸鉀處理正交試驗(yàn)結(jié)果與直觀分析Tab.2 O r thogonal experim ent resu lt and visual analysis of potassium perm anganate treating

按照數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論［11］，得到影響山羊絨纖維氈縮體體積的程度依次為:高錳酸鉀用量＞pH值＞時(shí)間＞溫度;對(duì)山羊絨纖維強(qiáng)力損傷的影響程度由大到小依次為:高錳酸鉀＞時(shí)間＞溫度＞pH值。因此，高錳酸鉀用量是影響處理后山羊絨纖維氈縮性、纖維拉伸斷裂強(qiáng)力的主要因素。

僅考慮山羊絨纖維氈縮性能，最佳處理工藝為:溫度 50 ℃，時(shí) 間 20 min，高 錳 酸 鉀 用 量0.5%(w/v)，pH=3;僅考慮山羊絨纖維強(qiáng)力，最佳處理工藝為溫度50℃，時(shí)間20 min，高錳酸鉀用量為0.1%(w/v)，pH=3。因此，同時(shí)考慮防縮處理后纖維的氈縮體體積與強(qiáng)力，則防縮處理時(shí)高錳酸鉀用量不同，其他條件相同。

3.2 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析

運(yùn)用方差分析法［11］，氈縮體體積方差分析結(jié)果見表3。可以看出，高錳酸鉀的濃度對(duì)纖維氈縮體體積的影響是顯著的，而其他因素對(duì)氈縮體體積沒有顯著影響。由表2可看出，當(dāng)高錳酸鉀用量為0.5%(w/v)時(shí)，氈縮體體積最大，即纖維的防縮性最好。單纖維強(qiáng)力方差分析結(jié)果見表4。可以看出，高錳酸鉀用量對(duì)單纖維強(qiáng)力的影響顯著，而其他因素對(duì)單纖維強(qiáng)力沒有顯著影響。由表2還可看出，當(dāng)高錳酸鉀用量為0.1%(w/v)時(shí)，單纖維強(qiáng)力最大。因此，高錳酸鉀的用量對(duì)防縮處理后山羊絨纖維的氈縮性能、強(qiáng)力影響顯著。

表3 氈縮體體積方差分析及F檢驗(yàn)Tab.3 Variance analysis and F test of fiber felting volume

表4 單纖維強(qiáng)力方差分析及F檢驗(yàn)Tab.4 Variance analysis and F test of single fiber strength

3.3 高錳酸鉀濃度的影響

在溫度為50℃，時(shí)間為20 m in，pH=3的條件下，高錳酸鉀用量(w/v)分別為:0.1%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%、0.5%，分析高錳酸鉀用量對(duì)處理后羊絨纖維氈縮體體積、纖維強(qiáng)力的影響，結(jié)果見圖 1、2。

圖1 高錳酸鉀用量對(duì)纖維氈縮體體積的影響Fig.1 Effect of potassium permanganate content on fiber felting volume

圖2 高錳酸鉀用量對(duì)纖維強(qiáng)力的影響Fig.2 Effect of potassium permanganate content on single fiber strength

從圖1可看出，纖維氈縮體體積隨著高錳酸鉀用量的增加而增加，當(dāng)高錳酸鉀用量超過0.3%(w/v)時(shí)，纖維氈縮體體積變化較小。由圖2可看出，在高錳酸鉀用量小于0.3%(w/v)時(shí)，纖維強(qiáng)力隨著高錳酸鉀用量的增加變化較小;當(dāng)高錳酸鉀用量大于0.3%(w/v)時(shí)，纖維強(qiáng)力隨著高錳酸鉀用量的增加而減小。因此，高錳酸鉀防縮處理的合理?xiàng)l件為:溫度50℃，時(shí)間20 m in，高錳酸鉀用量0.3%(w/v)，pH=3。在該工藝處理?xiàng)l件下，防縮山羊絨纖維的氈縮體體積為15.65 cm3，單纖維強(qiáng)力為4.17 cN，動(dòng)摩擦效應(yīng)為14.21%。未處理山羊絨纖維的氈縮體體積為8.10 cm3，纖維拉伸斷裂強(qiáng)力為4.22 cN，動(dòng)摩擦效應(yīng)為8.98%。氈縮體的體積越大，表明纖維越不容易發(fā)生氈縮。

4 結(jié)論

高錳酸鉀可作為氧化劑對(duì)山羊絨纖維進(jìn)行防縮處理，其用量是影響處理后山羊絨纖維氈縮性、纖維拉伸斷裂強(qiáng)力的主要因素。高錳酸鉀氧化處理可以提高山羊絨纖維氈縮體體積。同時(shí)，在合理的工藝條件下處理山羊絨纖維，基本上不損傷山羊絨纖維的強(qiáng)力，且處理的山羊絨纖維具有良好的防氈縮性能。

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