低溫等離子體技術(shù)在羊毛防氈縮中的應(yīng)用

蒲亞寧,王雪燕

(西安工程大學(xué),陜西 西安710048)

低溫等離子體技術(shù)在羊毛防氈縮中的應(yīng)用

蒲亞寧,王雪燕

(西安工程大學(xué),陜西 西安710048)

文章闡述了羊毛的氈縮機理,總結(jié)了低溫等離子體在羊毛防氈縮整理中的應(yīng)用,并展望了羊毛防氈縮的發(fā)展趨勢。

低溫等離子體;羊毛;防氈縮;整理

羊毛作為一種天然蛋白質(zhì)纖維，具有其他纖維無法比擬的優(yōu)點，如手感柔軟，富有彈性，光澤柔和，不易沾污，保暖性好等，因此由羊毛纖維織成的產(chǎn)品備受國內(nèi)外消費者青睞。隨著人們生活水平的提高，對高品質(zhì)毛產(chǎn)品的需求也日益增加。但羊毛類服裝若不經(jīng)過防氈縮整理，護理難度大，在水洗滌過程中易產(chǎn)生氈縮變形，導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性變差，同時破壞了要求織紋清晰、呢面光潔織物的風(fēng)格特點，造成呢面織紋不清，花型模糊，這在一定程度上限制了羊毛的應(yīng)用領(lǐng)域及市場拓展[1]。因此羊毛織物的防氈縮整理符合人們對高品質(zhì)毛產(chǎn)品的需求，受到人們的極大重視。

1 羊毛氈縮機理

關(guān)于羊毛氈縮的機理仍然眾說紛紜，通過對羊毛氈縮性能的大量研究，最認(rèn)可的羊毛氈縮機理[1-2]是鱗片學(xué)說，即認(rèn)為羊毛的氈縮是由于羊毛表面有著方向性的附著物—鱗片，導(dǎo)致了羊毛逆鱗片方向的摩擦系數(shù)大于順鱗片方向的摩擦系數(shù)，稱為定向摩擦效應(yīng)。在濕熱狀態(tài)下，羊毛纖維被潤濕、膨化，處于散亂狀態(tài)的毛纖維受到不規(guī)則外力的作用時，羊毛纖維由于定向摩擦效應(yīng)的存在，不能自由移動，就會產(chǎn)生彎曲纏繞氈縮。除上述機理以外，羊毛結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得影響羊毛纖維氈縮的因素變得多樣化，如羊毛纖維鱗片層尖端遇熱膠化變軟性、鱗片的疏水性、纖維遇濕溶脹性、天然卷曲性、良好的彈性以及羊毛纖維或織物所處環(huán)境的濕、熱狀態(tài)等均會對氈縮性產(chǎn)生一定的影響。

2 羊毛防氈縮原理及方法

羊毛織物防氈縮原理大多是建立在如何減小定向摩擦效應(yīng)和改變羊毛固有彈性的基礎(chǔ)上[3]。研究表明，羊毛防氈縮處理方法主要分為兩大類，聚合物沉積法和降解法。

2.1 聚合物沉積法

又被稱作“樹脂法”或“加法處理防氈縮法”，該方法主要是利用聚合物沉積于羊毛纖維表面，通過交聯(lián)作用使纖維定向摩擦效應(yīng)減弱，以達(dá)到防氈縮的效果。最常用的樹脂有：瑞士 Ciba-Geigy公司生產(chǎn)的Braxan LFA助劑，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為聚氨基甲酸酯類防氈縮樹脂；美國生產(chǎn)的Hercosett 57助劑，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為聚酰胺類防氈縮樹脂以及美國Dow-Coming公司生產(chǎn)的DC-109助劑，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為硅酮類防氈縮樹脂[4]。該整理方法的缺點是：樹脂類整理劑在羊毛纖維上的結(jié)合牢度會受到助劑結(jié)構(gòu)性能、處理條件和水洗等因素的影響，防氈縮耐久性不強，同時其柔軟的手感會因樹脂涂層的存在而遭到破壞，而且有的防氈縮整理劑會釋放甲醛等有毒氣體，對環(huán)境造成污染。針對這個問題，有研究者將殼聚糖、蛋白助劑和谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶等作為毛產(chǎn)品的生物環(huán)保類防氈縮整理劑，研究表明[5]用谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶處理羊毛織物，通過利用羊毛內(nèi)部的有效官能團發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而實現(xiàn)羊毛內(nèi)部或是纖維之間的交聯(lián)作用，達(dá)到防氈縮的目的。

2.2 降解法

又稱“減法處理防氈縮法”，該方法主要通過化學(xué)助劑侵蝕羊毛纖維的角質(zhì)層來破壞或去除鱗片，從而減少羊毛纖維的定向摩擦效應(yīng)，達(dá)到防氈縮效果。最常用的減法防氈縮方法是氯化/赫科斯特(Hercosett 57)防縮處理法。該整理方法的缺點是：對羊毛纖維損傷嚴(yán)重，織物易泛黃，而且處理的一致性和均勻性也不理想[6]。此外這種整理對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，整理廢水中含有致癌性可吸附有機鹵素化合物，即整理廢液中存在AOX污染物,因此該防氈縮工藝不符合清潔生產(chǎn)要求。為解決這些問題，研究者們通過大量實驗研究，探索出了對羊毛纖維損傷較小的過一硫酸鹽、臭氧等氧化劑的防縮處理法[7]。

此外，為了進一步提高羊毛的防氈縮性能，可以采用減法和加法聯(lián)合防氈縮方法，或減法與減法聯(lián)合的防氈縮方法。

3 低溫等離子體在羊毛防氈縮中的應(yīng)用

羊毛纖維傳統(tǒng)的防氈縮工藝在提升羊毛纖維防氈縮性能方面有較好的效果，但是存在環(huán)境污染嚴(yán)重和羊毛纖維損傷嚴(yán)重的問題。

3.1 低溫等離子體對羊毛防氈縮的作用機理

低溫等離子體處理法屬于降解法防氈縮整理，它是利用低溫等離子體反應(yīng)腔中被高度激發(fā)的不穩(wěn)定活性粒子對羊毛纖維表面進行的物理和化學(xué)改性作用，即通過纖維表面的刻蝕，親水性基團的引入以及接枝聚合等實現(xiàn)對纖維的改性。研究表明，低溫等離子體處理后的羊毛表面形成很多凹槽，這樣不僅增加了纖維表面的粗糙度，而且提升了羊毛纖維的親水性，降低了羊毛纖維表面的DEF，最終使羊毛產(chǎn)品獲得良好的防氈縮的性能[8-9]。圖1和圖2分別為未處理羊毛和低溫等離子體處理羊毛表面的掃描電子顯微鏡圖片。從圖中可以看出，經(jīng)等離子體處理羊毛纖維表面比未處理羊毛有更明顯的刻蝕痕跡，說明低溫等離子體對羊毛纖維表面鱗片層具有破壞作用。

圖1 未處理羊毛纖維的SEM圖

圖2 低溫等離子體處理羊毛纖維的SEM圖注：低溫等離子體處理條件：以空氣為氣體介質(zhì)，放電時間為3 min，氣體壓強為60 Pa，處理功率為100 W。

3.2 單獨低溫等離子體處理對羊毛防氈縮性能的影響

等離子體處理條件對羊毛的防氈縮效果有很大影響。在其他影響因素一定的條件下，隨著等離子體放電時間的延長，羊毛纖維表面的刻蝕作用增大，鱗片層遭到了破壞，表現(xiàn)在羊毛纖維的失重率增加，纖維表面具有更多的凹槽以及更好地親水性，從而使得羊毛防氈縮性能得到提升[12]。

在相同氣體介質(zhì)條件下，等離子體放電時間對羊毛纖維的防氈縮效果的影響明顯大于放電功率和氣體壓強。等離子體反應(yīng)腔中氣體介質(zhì)對羊毛纖維防氈縮整理有較大的影響。在放電時間、氣體壓強和放電功率一定的條件下，氧氣等離子體處理羊毛纖維的防氈縮效果優(yōu)于空氣、氬氣和二氧化碳聯(lián)合氣體等離子體處理的效果，前者主要表現(xiàn)在羊毛纖維表面具有更加明顯的刻蝕痕跡以及引入了更多的親水性基團，還表現(xiàn)在羊毛纖維較為顯著地失重，進而有效改善羊毛纖維的氈縮性能[11-13]。

C.W. Kan 等[14]采用低溫等離子體對羊毛纖維的防氈縮性能進行相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)低溫等離子體以氮氣為氣體介質(zhì)處理羊毛纖維表面會引入更多的親水性基團，如：氨基，羧基以及羥基等，從而使得羊毛纖維表面自由能降低，接觸角減小，羊毛纖維的潤濕性能顯著提升，羊毛纖維的防氈縮性能得到更有效的改善。另外，Masukuni Mori和Volkmar von Arnim等[15]利用等離子體對羊毛纖維的防氈縮性能進行了相關(guān)研究，結(jié)果表明，在相同處理條件下，低溫等離子體(介質(zhì)阻擋放電)對羊毛織物防氈縮性能的改善優(yōu)于低溫等離子體(輝光放電)，并且發(fā)現(xiàn)隨著處理時間的延長，前者對羊毛織物的氈縮面積會逐漸縮小，當(dāng)處理時間大于300 s時，羊毛織物的面積氈縮率幾乎為零。但是單獨等離子體處理羊毛織物仍無法達(dá)到國際羊毛局的防氈縮機可洗的要求。

3.3 低溫等離子體與其它方法聯(lián)合對羊毛防氈縮性能的影響

3.3.1 低溫等離子體與樹脂聯(lián)合

等離子體聯(lián)合樹脂對羊毛防氈縮整理是屬于減法與加法相結(jié)合的防氈縮整理工藝，等離子體預(yù)處理的羊毛纖維，由于其表面發(fā)生了物理和化學(xué)改性，在隨后的樹脂整理時，使得樹脂能夠更好地吸附并覆蓋在羊毛表面，從而有效降低羊毛的DFE，使羊毛產(chǎn)品的防氈縮性能得到進一步提升。

金郡潮等[16]以羊毛織物的面積收縮率為測試指標(biāo)，通過改變等離子體處理條件，氣體介質(zhì)，樹脂類型和柔軟劑種類對羊毛織物的防氈縮性能進行研究，結(jié)果表明：用氧氣低溫等離子體處理羊毛織物時間3 min，氣體壓強50 Pa和放電功率100 W，處理后羊毛再采用protolan367進行防氈縮整理，羊毛織物的防氈縮效果最好。另外，等離子體聯(lián)合樹脂與單獨等離子體整理效果進行比較，發(fā)現(xiàn)其進一步降低了羊毛織物的氈縮率,并且有效地改善了單獨等離子體處理羊毛織物帶來的粗糙手感。

3.3.2 低溫等離子體與殼聚糖聯(lián)合

等離子體與殼聚糖聯(lián)合整理是一種新型的環(huán)保防縮整理技術(shù)。羊毛織物經(jīng)過等離子體處理后，其表面會出現(xiàn)很多的凹槽和裂痕，又因為殼聚糖是一類具有良好親水性能的天然聚陽離子型化合物，具有較好的成膜性，不僅可以對羊毛纖維的鱗片層和凹槽進行填埋，而且可以在羊毛織物表面包覆成膜，有效降低羊毛纖維間的摩擦因數(shù)，使得等離子體與殼聚糖聯(lián)合整理羊毛織物表現(xiàn)出優(yōu)越的防氈縮性能。

花兆輝等[17]采用低溫等離子體，殼聚糖以及等離子體/殼聚糖的整理方法分別對羊毛織物進行比較試驗， 結(jié)果表明：通過等離子體/殼聚糖聯(lián)合整理的羊毛織物，其防縮性能優(yōu)于其它工藝的防氈縮效果, 即先以氬氣等離子體放電功率150 W, 氣體壓強25 Pa，放電時間3 min的條件下處理羊毛織物，再采用分子量20萬、質(zhì)量濃度1.0 g/L的殼聚糖對其進行聯(lián)合整理,羊毛織物的氈縮率低至7.3%，達(dá)到了較好的防氈縮效果。但是單獨等離子體處理的羊毛織物，其氈縮率卻高達(dá)14.3%，不能體現(xiàn)出較好的防氈縮性。另外，Molina R[18]以等離子體放電時間，氣體壓強，處理功率，處理后的放置時間以及殼聚糖濃度為變量對羊毛織物的防氈縮性能做了大量的相關(guān)性研究，表明當(dāng)殼聚糖濃度適當(dāng)增大時，羊毛織物的面積收縮率會減小，但是改變等離子體放電時間、氣體壓強和處理功率對羊毛織物的防氈縮性能影響很小。

3.3.3 低溫等離子體與酶聯(lián)合

據(jù)相關(guān)研究表明，采用等離子體處理再聯(lián)合生物酶處理可使羊毛織物具有更好的防氈縮效果[19]。

劉炳宏等[20]為改善羊毛織物氈縮性能，運用氬氣低溫等離子體與蛋白酶結(jié)合的方法對羊毛織物進行改性，研究表明：單獨等離子體處理后，羊毛表面形成大量的凹坑,表面微觀粗糙度增加,但是其氈縮率為14.24%，同時單獨采用一定濃度的MG酶整理的羊毛織物，其氈縮率也只達(dá)到了11.26%，兩種方法均無法達(dá)到國標(biāo)羊毛局機可洗(<8%)的要求。但是先經(jīng)一定條件等離子體處理的羊毛織物，再采用質(zhì)量濃度為0.8 g/L的MG酶對其進行聯(lián)合整理，其氈縮率僅為2.28%,表現(xiàn)出優(yōu)異地防氈縮效果。另外，余雪滿，李清政[21]通過測定羊毛織物的氈縮率,以等離子體電子密度、放電時間、氣體壓強、處理功率和酶濃度為影響因素對羊毛進行大量防氈縮整理實驗，結(jié)果表明：蛋白酶與等離子體復(fù)合整理羊毛織物有較好的防縮效果,即先以空氣等離子體放電功率100 W,氣體壓強25 Pa,放電時間5 min的條件下處理羊毛織物，再經(jīng)濃度為3% (o.w.f)的蛋白酶聯(lián)合對毛織物進行整理,聯(lián)合處理毛織物的面積氈縮率可達(dá)到5.4%,達(dá)到國際羊毛局的機可洗標(biāo)準(zhǔn)。而單獨酶處理和單獨等離子體處理毛織物的面積收縮率分別為11.2%和16.7%。由此可見聯(lián)合處理可使羊毛織物擁有理想的防氈縮效果，并實現(xiàn)羊毛織物機可洗的要求。

4 結(jié)束語

羊毛織物經(jīng)適當(dāng)條件低溫等離子體處理后，防氈縮效果顯著改善；而且若將等離子體處理與其他環(huán)保型防氈縮整理助劑聯(lián)合，如將等離子體處理與殼聚糖或生物酶等助劑聯(lián)合應(yīng)用于羊毛產(chǎn)品的防氈縮整理，毛織物的防氈縮性能將得到進一步提升。雖然目前等離子體在羊毛防氈縮的實際生產(chǎn)中還未得到廣泛應(yīng)用，但低溫等離子體處理是一種干態(tài)、無污染的綠色環(huán)保整理方法，符合當(dāng)今社會環(huán)保發(fā)展的方向，因此它是一種具有非常好的應(yīng)用價值的整理新技術(shù)，其為實現(xiàn)“生態(tài)紡織”奠定了重要的基礎(chǔ)，通過我們不懈研究，相信不久的將來等離子體技術(shù)必將在羊毛防氈縮整理工藝中得到廣泛應(yīng)用。

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Application of Low Temperature Plasma in Anti-felting Finishing of Wool

PuYaning,WangXueyan

(Xi′an Polytechnic University, Xi′an 710048, China)

The principal of wool anti-felting were introduced. And a detailed description of low temperature plasma in anti-felting finishing of wool was stated. The tend of anti-felting of wool were also expected.

low temperature plasma; wool; anti-felting; finishing

2015-03-21

蒲亞寧(1989—)，女，陜西寶雞人，碩士研究生。

TS131.8

A

1009-3028(2015)03-0045-04