用于天然纖維素纖維紗線(xiàn)的無(wú)漿料漿紗技術(shù)

陳 思，邱夷平，施楣梧，蔣秋冉

(1.東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 201620；2.總后勤部軍需裝備研究所 材料與功效研究室，北京 100088)

用于天然纖維素纖維紗線(xiàn)的無(wú)漿料漿紗技術(shù)

陳 思1，邱夷平1，施楣梧2，蔣秋冉1

(1.東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 201620；2.總后勤部軍需裝備研究所 材料與功效研究室，北京 100088)

為改進(jìn)傳統(tǒng)漿紗工藝對(duì)環(huán)境帶來(lái)的污染，并提升上漿性能，需要開(kāi)發(fā)新型漿紗工藝，為此，基于纖維素低溫溶解體系，建立了無(wú)需使用漿料的纖維素基紗線(xiàn)的漿紗方法，利用部分溶解或溶脹紗線(xiàn)中纖維表面成分，形成較為均勻且較薄的漿膜，以實(shí)現(xiàn)紗線(xiàn)的增強(qiáng)與毛羽的貼伏。與傳統(tǒng)上漿處理的對(duì)比研究結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)無(wú)漿料漿紗工藝處理的紗線(xiàn)擁有與傳統(tǒng)工藝處理后相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、耐磨性，還具有更優(yōu)的保伸性，可永久大量減少有害毛羽數(shù)量，提升紗線(xiàn)染色性能，且漿紗后紗線(xiàn)柔軟，無(wú)需進(jìn)行退漿處理。該工藝生產(chǎn)成本低，能耗小，低碳環(huán)保，具有工業(yè)化的潛力。

天然纖維素紗線(xiàn)；漿紗；耐磨性能；力學(xué)性能；毛羽；染色性能

漿紗工序通過(guò)增強(qiáng)紗線(xiàn)的強(qiáng)度、耐磨性、貼伏毛羽來(lái)提高經(jīng)紗的可織造性，是織造必不可少的一項(xiàng)工序[1]。目前紡織漿料主要有淀粉類(lèi)、聚乙烯醇(PVA)和丙烯酸類(lèi)漿料等[2]。原淀粉漿料流動(dòng)性和成膜性差[3]，易腐敗，需配用其他助劑使用；變性淀粉性能雖有所提高，但對(duì)純棉高支高密及高緊度、滌/棉特殊產(chǎn)品上漿困難[4]，且價(jià)格高；PVA漿料的退漿廢水會(huì)造成環(huán)境污染，國(guó)際上已逐漸開(kāi)始禁用[5-6]；丙烯酸類(lèi)漿料存在漿膜軟、吸濕性和再黏性較高等缺陷[7]，且價(jià)格也較高，現(xiàn)階段僅作為輔助漿料使用，因此開(kāi)發(fā)新型漿紗工藝十分必要。這種新型漿紗技術(shù)除需要滿(mǎn)足經(jīng)紗織造性能要求之外，還要求漿紗過(guò)程污染小，耗能低，退漿廢水污染低，易生物降解，漿料殘留在紡織品上的有害物質(zhì)符合規(guī)定要求，且價(jià)格較低。漿紗雖然屬于傳統(tǒng)紡織技術(shù)領(lǐng)域，但同樣能通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，在漿料產(chǎn)品和上漿工藝技術(shù)方面全面改革，形成紡織上漿低碳環(huán)保技術(shù)新體系，走紡織上漿綠色化新路，應(yīng)對(duì)即將出現(xiàn)的紡織“碳標(biāo)簽”壁壘。

張俐娜院士研究組建立了一種針對(duì)纖維素的堿尿素低溫溶解體系，可高效完全溶解相對(duì)分子質(zhì)量為10×104的纖維素[8]。天然纖維素纖維的相對(duì)分子質(zhì)量一般高于14×104，因此不會(huì)被該體系完全溶解[9]。本文研究基于該體系，提出在不附加漿料成分的情況下建立新型環(huán)保低溫漿紗技術(shù)的假設(shè)，該假設(shè)是將纖維素基紗線(xiàn)表面部分溶解或溶脹，以黏附毛羽于紗線(xiàn)主體，并形成一層超薄漿膜，從而在滿(mǎn)足經(jīng)紗力學(xué)性能的同時(shí)，賦予經(jīng)紗一定的柔韌性。本文對(duì)比了無(wú)漿料漿紗工藝與傳統(tǒng)上漿工藝的漿紗效果，系統(tǒng)研究紗線(xiàn)的拉伸性能、耐磨性、毛羽分布、彎曲剛度及染色性等性能參數(shù)，并證明了該工藝在生產(chǎn)中的應(yīng)用潛力。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

棉紗，濰坊金億紗線(xiàn)紡織有限公司生產(chǎn)，線(xiàn)密度為17.6 tex，捻度為94捻/ 10 cm。

分析純?cè)噭簹溲趸c(含量≥96.0%)和硫酸鈉(Na2SO4，含量≥99.0%)，浙江省平湖化工試劑廠(chǎng)；尿素(含量≥99.0%)，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；碳酸鈉(Na2CO3，含量≥95.0%)，永華化學(xué)科技有限公司；作為對(duì)比的漿料聚乙烯醇(醇解度為98～99%，相對(duì)分子質(zhì)量為85 000～146 000)與可溶性淀粉(產(chǎn)品批號(hào)T10021318)均由國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。活性染料C.I.reactive red 2(CAS號(hào):17804-49-8)，上海將來(lái)實(shí)業(yè)股份有限公司。

1.2 漿紗方法

1.2.1 無(wú)漿料漿紗

將紗線(xiàn)均勻卷繞在自制圓筒形繞線(xiàn)模型上，將其浸沒(méi)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7% NaOH與12%尿素混合冷凍處理液中，處理溫度為-15 °C，處理時(shí)間分別為0、10、30 s及1、5、10、30 min，依次記為0#、1#、2#、3#、4#、5#、6#號(hào)樣品。處理結(jié)束后，用蒸餾水沖洗直至清洗液的pH值為中性，而后在60 °C條件下烘干2 h。

1.2.2 傳統(tǒng)漿紗

作為對(duì)比，紗線(xiàn)也使用傳統(tǒng)上漿工藝處理。2種傳統(tǒng)漿料分別為10%可溶性淀粉漿料、4%聚乙烯醇與6%可溶性淀粉的混合漿料，上漿速度為173 m/min，漿槽溫度為60 ℃，所得紗線(xiàn)分別記為7#、8#樣品。

1.3 紗線(xiàn)外觀及性能研究

1.3.1 表面形貌觀察

為觀察處理后紗線(xiàn)表面形態(tài)，各個(gè)紗線(xiàn)樣品用碳導(dǎo)電膠固定在樣品臺(tái)上，噴金后在JSM-5600LV掃描電子顯微鏡(日本JEOL公司)下進(jìn)行形貌觀察(15 kV，300倍)。

1.3.2 結(jié)晶度測(cè)試

為觀測(cè)不同處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)結(jié)晶度的影響，由D/Max-2550 PC 型X射線(xiàn)衍射儀(日本RIGAKU公司，Cu-Kα射線(xiàn))，得到各樣品衍射角2θ為5°～60°的衍射強(qiáng)度曲線(xiàn)，運(yùn)用高斯函數(shù)進(jìn)行峰擬合，分析其結(jié)晶度曲線(xiàn)。

1.3.3 拉伸性能測(cè)試

為探討不同處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)拉伸性能(應(yīng)力、應(yīng)變和初始模量)的影響，根據(jù)GB/T 3916—1997《紡織品 卷裝紗 單根紗線(xiàn)斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，采用萊州市電子儀器有限公司YG061F單紗強(qiáng)力儀測(cè)試紗線(xiàn)的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)及初始模量，拉伸隔距為500 mm，拉伸速度為500 mm/min，各樣品測(cè)試10次，取平均值。

1.3.4 紗線(xiàn)耐磨性測(cè)試

為研究處理時(shí)間與紗線(xiàn)耐磨性的關(guān)系，參考JJG(紡織)052—2012《織物縮水率試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》檢定規(guī)程，采用國(guó)營(yíng)常州紡織儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的Y731型抱合力機(jī)來(lái)測(cè)試紗線(xiàn)的耐磨圈數(shù)，摩擦刀片的往復(fù)行程為90 mm，往復(fù)速度約90次/min。

1.3.5 彎曲剛度測(cè)試

為比較無(wú)漿料漿紗處理與傳統(tǒng)漿紗紗線(xiàn)的彎曲性能，參考GB/T 18318.5—2009《紡織品彎曲性能的測(cè)定第5部分：純彎曲法》，采用KES-FB2純彎曲測(cè)試儀測(cè)試樣品的彎曲剛度和彎曲滯后量，為減小重力的影響，測(cè)試在垂直于水平面內(nèi)進(jìn)行。其制樣過(guò)程為：取面積為10 cm×10 cm的硬度適中的紙板，中間挖取1 cm×8 cm空心槽，將紗線(xiàn)均勻地覆蓋在空心槽上，平行排列固定在紙板上，紗線(xiàn)排列密度為60根/8 cm。

1.3.6 紗線(xiàn)毛羽測(cè)試

為討論不同處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)毛羽分布的影響，依據(jù)FZ/T 01086—2000《紡織品 紗線(xiàn)毛羽測(cè)定方法 投影計(jì)數(shù)法》，采用YG172型紗線(xiàn)毛羽測(cè)試儀測(cè)量各樣品的毛羽指數(shù)，測(cè)試速度為30 m/min，紗線(xiàn)片段長(zhǎng)度為100 m。

1.3.7 染色性能測(cè)試

為觀測(cè)處理后紗線(xiàn)的染色性能，采用活性染料C.I.Reactive Red 2對(duì)紗線(xiàn)進(jìn)行染色，染浴浴比為1∶50，染浴濃度為1.6 mmol/L，染色溫度為25 ℃，具體染色過(guò)程如圖1所示。在染色開(kāi)始后的5 min和10 min，分別加入促染劑Na2SO4(30 g/L，50 mL)；當(dāng)染色時(shí)間至55 min時(shí)，再加入固色劑Na2CO3(15 g/L，50 mL)進(jìn)行固色。在每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)5、15、35、55、65、75 min，如圖1所示。取出對(duì)應(yīng)樣品(Ⅰ～Ⅵ)，并用蒸餾水沖洗至無(wú)浮色為止，而后在60 ℃條件下烘干2 h。

圖1 棉紗染色流程Fig.1 Dyeing process of cotton yarns

將上述Ⅰ至Ⅵ紗線(xiàn)分別橫縱向均勻排列并交叉疊加，所得樣品紗線(xiàn)橫向和縱向的緊密度均為25根/cm。采用美國(guó)Datacolor公司的DatacolorSF600電子配色儀在D65光源和10°視場(chǎng)下，選取6 mm孔徑測(cè)量樣品的K/S值來(lái)表征紗線(xiàn)的染色深度。

1.3.8 統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)都采用單因素方差分析，其置信區(qū)間為95%。當(dāng)p值大于0.05，表示2種樣品不具顯著性差異，在相應(yīng)數(shù)據(jù)上標(biāo)記相同的字符；反之則有差異，標(biāo)記不同字符。

2 無(wú)漿漿紗處理對(duì)紗線(xiàn)性能影響

2.1 紗線(xiàn)表面形貌分析

圖2示出未處理紗線(xiàn)和無(wú)漿料漿紗處理5 min后紗線(xiàn)的表面形貌。由圖可知，處理后的紗線(xiàn)其纖維表面產(chǎn)生了蝕痕，部分纖維表面附著一層薄膜層狀物質(zhì)。當(dāng)紗線(xiàn)在低溫堿尿素溶液中，纖維表面的相對(duì)分子質(zhì)量較小的半纖維素和纖維素等物質(zhì)可能被處理液溶解，而相對(duì)分子質(zhì)量較大的紗線(xiàn)纖維素主體則不易溶解[10]，因此纖維表面出現(xiàn)蝕痕。被溶解或部分溶解的物質(zhì)在纖維表面重新固化形成膜層，從而實(shí)現(xiàn)漿紗的目的。

圖2 處理前后棉紗表面SEM照片 (×300)Fig.2 Surface morphologies of untreated (a) and treated (b) cotton yarns (×300)

2.2 處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)中纖維結(jié)晶度的影響

圖3示出無(wú)漿料漿紗的處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)中纖維結(jié)晶度的影響。由于棉纖維表面的蠟質(zhì)、果膠及半纖維素的溶解，隨著處理時(shí)間的增加，棉紗的結(jié)晶度下降，當(dāng)處理時(shí)間為30 min(樣品6#)時(shí)，棉紗的結(jié)晶度為54.32%，相比原樣下降了近25%；纖維素Ⅰ型處的特征衍射峰2θ=15.2°、16.2°和22.9°降低，表明纖維素Ⅰ型逐漸向纖維素Ⅱ型轉(zhuǎn)變，該狀態(tài)處于纖維素Ⅰ型和Ⅱ型共存的過(guò)渡態(tài)[11]。

圖3 處理時(shí)間對(duì)纖維結(jié)晶度的影響Fig.3 Effect of treatment time on fiber crystallinity

2.3 處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)力學(xué)性能的影響

2.3.1 處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)斷裂強(qiáng)度的影響

圖4 處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)斷裂強(qiáng)度的影響Fig.4 Effect of treatment time for yarn breaking strength

圖4示出傳統(tǒng)漿料上漿與不同處理時(shí)間的無(wú)漿料漿紗的紗線(xiàn)強(qiáng)度。對(duì)于無(wú)漿漿紗法，在30 min內(nèi)紗線(xiàn)強(qiáng)度隨著處理時(shí)間的增加而增加。當(dāng)時(shí)間為10 s(樣品1#)時(shí)，紗線(xiàn)強(qiáng)度為(16.6±1.1) cN/mm2，因處理時(shí)間短，處理作用不顯著，與原樣強(qiáng)度沒(méi)有差異；當(dāng)處理時(shí)間增加到1 min(樣品2#)時(shí)，其強(qiáng)度為(20.4±0.9) cN/mm2，達(dá)到淀粉漿料上漿的紗線(xiàn)強(qiáng)度；而當(dāng)處理時(shí)間增加到30 min(樣品6#)時(shí)，無(wú)漿料漿紗紗線(xiàn)的強(qiáng)度為(22.4±0.7) cN/mm2，PVA 淀粉的混合漿料上漿紗線(xiàn)強(qiáng)度一致。紗線(xiàn)經(jīng)過(guò)無(wú)漿料漿紗處理，一方面可去除棉纖維中不利于纖維品質(zhì)的雜質(zhì)和半纖維素，增強(qiáng)了纖維長(zhǎng)度方向的弱環(huán)，使纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到改善；另一方面紗體表面產(chǎn)生了一層薄的由溶解物質(zhì)重新固化形成的漿膜，二者共同提高了紗線(xiàn)的強(qiáng)力。故相比傳統(tǒng)漿料上漿僅依靠大量消耗漿料形成厚厚的漿膜來(lái)增加紗線(xiàn)強(qiáng)度，無(wú)漿料漿紗處理對(duì)紗線(xiàn)的增強(qiáng)作用更為穩(wěn)定。

2.3.2 處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)斷裂伸長(zhǎng)的影響

圖5示出無(wú)漿料漿紗處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)斷裂伸長(zhǎng)的影響。可看出，對(duì)于無(wú)漿漿紗法，當(dāng)處理時(shí)間在1 min內(nèi)(樣品1#、2#、3#)時(shí)，紗線(xiàn)的斷裂伸長(zhǎng)率與原樣(樣品0#)沒(méi)有差別；當(dāng)處理時(shí)間達(dá)5 min(樣品4#)時(shí)，其伸長(zhǎng)雖較原樣稍小，但與PVA淀粉混合漿料上漿的紗線(xiàn)相比仍具較大優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)上漿因其表面附著一層厚厚的漿膜，使紗線(xiàn)具有較差的彈性。而對(duì)于無(wú)漿料漿紗處理，當(dāng)處理時(shí)間較短時(shí)，紗體外部形成不連續(xù)的薄層漿膜，對(duì)紗線(xiàn)的延展性影響小，故其與原樣的斷裂伸長(zhǎng)保持一致；當(dāng)處理時(shí)間達(dá) 5 min 時(shí)，紗線(xiàn)內(nèi)的纖維也可能被部分溶解，溶解物質(zhì)附著在纖維間固化形成黏合力，在一定程度上減弱了其強(qiáng)伸性；若繼續(xù)增加處理時(shí)間，其伸長(zhǎng)再次與原樣相同，這可能是被溶解了的物質(zhì)因具有較長(zhǎng)時(shí)間向外部擴(kuò)散，反而沒(méi)有大量的在紗線(xiàn)內(nèi)部固化導(dǎo)致紗線(xiàn)延伸性的損失。與傳統(tǒng)上漿相比，無(wú)漿料漿紗處理可使紗線(xiàn)保持原有良好的延伸性，從而減少織造過(guò)程因強(qiáng)伸而造成經(jīng)紗斷頭。

圖5 處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)斷裂伸長(zhǎng)率的影響Fig.5 Effect of treatment time for yarn elongation at break

2.3.3 處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)初始模量的影響

圖6 處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)初始模量的影響Fig.6 Effect of treatment time for yarn initial modul

圖6示出處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)初始模量的影響。由圖可知，對(duì)于無(wú)漿料漿紗法，其處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)的初始模量影響不大。當(dāng)處理時(shí)間為10 s時(shí)，紗線(xiàn)的初始模量與原樣沒(méi)有差別；當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到30 s(樣品2#)時(shí)，紗線(xiàn)的初始模量增大。在處理時(shí)間為10 min(樣品5#)時(shí)，紗線(xiàn)的初始模量為(15.1±2.1) cN/dtex，雖稍小于混合漿料上漿的紗線(xiàn)的(18.8±2.9) cN/dtex，但與淀粉漿料上漿試樣相同，因此，無(wú)漿料漿紗處理紗線(xiàn)具有相對(duì)較低的初始模量，當(dāng)經(jīng)紗在織造過(guò)程中因相互摩擦引起局部附加張力時(shí)，紗線(xiàn)可具有較好的適應(yīng)性，減少經(jīng)紗斷頭。

2.3.4 處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)耐磨性的影響

經(jīng)紗上漿的另一重要目的是為提高紗線(xiàn)的耐磨性。在織造過(guò)程，紗線(xiàn)相互排列較為緊密，紗線(xiàn)間摩擦作用強(qiáng)，紗線(xiàn)易被磨斷影響織造生產(chǎn)。圖7示出處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)耐磨性的影響。

圖7 處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)耐磨性的影響Fig.7 Effect of treatment time for yarn abrasion properties

由圖可知：當(dāng)處理時(shí)間低于10 s時(shí)，其耐磨性與原樣相當(dāng)；而當(dāng)處理時(shí)間增加到30 s時(shí)，紗線(xiàn)的耐磨性明顯優(yōu)于淀粉漿料上漿的紗線(xiàn)；繼續(xù)增加處理時(shí)間到5 min，紗線(xiàn)的耐磨性與PVA和淀粉的混合漿料上漿的紗線(xiàn)的相同。傳統(tǒng)上漿主要是通過(guò)耗大量漿料在紗線(xiàn)表面形成一層較厚漿膜保護(hù)紗體，上漿后紗線(xiàn)單位長(zhǎng)度質(zhì)量將明顯增加，這將降低紗線(xiàn)的柔軟度。而無(wú)漿料漿紗法，其減磨作用主要來(lái)自3個(gè)方面：一是紗線(xiàn)內(nèi)纖維強(qiáng)度的提高；另一個(gè)是被溶解物質(zhì)在紗線(xiàn)外部形成的薄層漿膜，使毛羽伏附在紗體上起到增強(qiáng)減磨的作用；另外當(dāng)處理時(shí)間適當(dāng)時(shí)，紗線(xiàn)內(nèi)部纖維也被部分溶解，溶解物質(zhì)在纖維間固化可增加纖維間的抱合，因此無(wú)漿料漿紗法處理不會(huì)發(fā)生漿料的消耗，對(duì)紗線(xiàn)的單位長(zhǎng)度質(zhì)量影響較小，有利于紗線(xiàn)保持優(yōu)良性能。

2.4 無(wú)漿漿紗處理對(duì)紗線(xiàn)彎曲剛度的影響

通過(guò)以上對(duì)無(wú)漿料漿紗處理紗線(xiàn)的力學(xué)性能的研究發(fā)現(xiàn)，處理時(shí)間為5 min的紗線(xiàn)，其拉伸性能與PVA淀粉混合漿料的最接近。選取該處理時(shí)間點(diǎn)樣品，比較無(wú)漿料漿紗與傳統(tǒng)漿紗對(duì)紗線(xiàn)彎曲剛度的影響。圖8示出處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)彎曲性能的影響。

圖8 不同漿紗方式對(duì)紗線(xiàn)彎曲性能的影響Fig.8 Effect of new sizing treatment for yarn bending properties

由圖可知，無(wú)漿料漿紗處理后的紗線(xiàn)其彎曲剛度和彎曲滯后量與原樣均無(wú)顯著性差異；而傳統(tǒng)漿料上漿的紗線(xiàn)，其彎曲剛度增加為原來(lái)的3～4倍。傳統(tǒng)上漿的紗線(xiàn)彎曲剛度過(guò)大，紗線(xiàn)不易發(fā)生交織屈曲形變，這將對(duì)紗線(xiàn)本身甚至織造部件造成一定磨損[12]，影響經(jīng)濟(jì)效益。而無(wú)漿料漿紗法對(duì)紗線(xiàn)彎曲剛度影響小，紗線(xiàn)保持原有的柔軟性，可更好地適應(yīng)紗線(xiàn)交織，針織成圈以及三維織造等過(guò)程。

2.5 處理時(shí)間對(duì)紗線(xiàn)毛羽的影響

表1示出不同處理時(shí)間的無(wú)漿料漿紗樣及傳統(tǒng)上漿處理的紗線(xiàn)在不同毛羽長(zhǎng)度區(qū)間的毛羽指數(shù)。由表可知：對(duì)于無(wú)漿料漿紗紗線(xiàn)，隨著處理時(shí)間的增加，其各區(qū)間內(nèi)的毛羽數(shù)量均逐漸減少；當(dāng)處理時(shí)間為1 min時(shí)，紗線(xiàn)的各個(gè)長(zhǎng)度的毛羽相對(duì)最少；增加處理時(shí)間，其毛羽數(shù)量小幅增加。棉紗在處理液中，紗體外部的長(zhǎng)毛羽被部分溶解成較細(xì)短的毛羽，且溶解物質(zhì)的固化使毛羽貼服減少毛羽數(shù)量；而時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能會(huì)使紗線(xiàn)主體的纖維也被溶解，從抱合的纖維束中伸出，形成新的毛羽。在織造過(guò)程中，長(zhǎng)度小于2 mm的毛羽因?qū)ξ磥?lái)織物的舒適性具有積極作用被認(rèn)為有益毛羽，而長(zhǎng)度大于2 mm毛羽則在織造過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致開(kāi)口不清，經(jīng)紗斷頭等問(wèn)題一般(非長(zhǎng)毛型織物)被視作有害毛羽[13]。無(wú)漿料漿紗處理改善紗線(xiàn)毛羽的效應(yīng)具有永久性，因此可根據(jù)所需織物風(fēng)格，選取合適處理時(shí)間改善紗線(xiàn)毛羽情況，這是傳統(tǒng)上漿工藝所不具備的優(yōu)勢(shì)。

表1 不同處理時(shí)間的紗線(xiàn)毛羽指數(shù)Tab.1 Effect of treatment time for yarn hairiness index

2.6 無(wú)漿料漿紗紗線(xiàn)的染色性能

圖9示出原樣與無(wú)漿料漿紗處理時(shí)間為5 min的樣品在不同染色時(shí)間的染色深度。

圖9 無(wú)漿料漿紗對(duì)紗線(xiàn)染色性能的影響Fig.9 Effect of no-size sizing treatment for yarn dyeing properties

當(dāng)染色時(shí)間小于35 min時(shí)，2種樣品在同一時(shí)刻的染色深度相同，上色速度緩慢；當(dāng)染色時(shí)間增加到55 min時(shí)，處理紗線(xiàn)的染色速度顯著提高，染色深度明顯優(yōu)于原樣；當(dāng)染色時(shí)間為65 min時(shí)，原樣的染色深度不再增加，而處理樣的染色深度仍保持一定的速度增加。顯然，無(wú)漿料漿紗處理可提高紗線(xiàn)的染色性能，這與前文中處理導(dǎo)致紗線(xiàn)結(jié)晶度減小有關(guān)。經(jīng)過(guò)處理棉纖維表面的拒水性物質(zhì)蠟質(zhì)和果膠等被去除，纖維內(nèi)部無(wú)定形區(qū)增加，有利于染料分子的擴(kuò)散和吸收。傳統(tǒng)上漿紗線(xiàn)在完成織造后需先退漿后染色，其退漿工藝復(fù)雜，造成大量水能耗。與之相比，無(wú)漿料漿紗可直接染色，簡(jiǎn)化工藝流程；且其染色性能優(yōu)良，減少染色時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)無(wú)漿料漿紗與傳統(tǒng)上漿處理后紗線(xiàn)的上漿性能、彎曲剛度及染色性能的研究，得出結(jié)論如下：

1)用-15 ℃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的 NaOH與 12% 尿素水溶液對(duì)棉紗進(jìn)行上漿處理，可獲得優(yōu)良的漿紗性能，處理后紗線(xiàn)具有滿(mǎn)足織造要求的增強(qiáng)、保伸、耐磨及毛羽貼伏效果，其保伸作用明顯優(yōu)于傳統(tǒng)上漿工藝。

2)與傳統(tǒng)上漿相比，無(wú)漿料漿紗處理對(duì)紗線(xiàn)毛羽狀況的改善具有保持性，可根據(jù)所需織物的風(fēng)格選取合適的處理時(shí)間。

3)與傳統(tǒng)上漿相比，無(wú)漿料漿紗無(wú)需退漿亦可進(jìn)行染色，該處理改善了紗線(xiàn)的染色性能，縮短染色時(shí)間，提高染色效率。

4)與傳統(tǒng)上漿相比，無(wú)漿料漿紗處理對(duì)紗線(xiàn)的彎曲性能影響小，可保持原有柔軟度，如無(wú)特別要求，可免去退漿處理過(guò)程，其對(duì)成布的織物的剛度影響可能也不顯著，需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)確認(rèn)。

基于低溫堿尿素溶解纖維素的原理，無(wú)漿料漿紗法利用處理液對(duì)纖維自身的增強(qiáng)作用，和紗線(xiàn)自身溶解的纖維素、半纖維素、果膠等物質(zhì)重新固化，增加紗線(xiàn)強(qiáng)度粘附毛羽達(dá)到上漿的目的。該漿紗方法適用范圍廣泛，可用于棉、苧麻、亞麻等天然纖維素纖維紗線(xiàn)及含天然纖維素纖維的混紡紗線(xiàn)；處理過(guò)程可免去退漿工藝，簡(jiǎn)化工藝流程，提高生產(chǎn)效率；該方法所用原料價(jià)格低廉，處理過(guò)程不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沒(méi)有漿料的耗損，處理液可循環(huán)回收利用。與傳統(tǒng)上漿相比，無(wú)漿料漿紗工藝可降低生產(chǎn)成本，節(jié)約水耗能耗，提高紡織企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，減少紡織工業(yè)對(duì)不可降解或高價(jià)的傳統(tǒng)漿料的依賴(lài)，促進(jìn)紡織工業(yè)向低碳環(huán)保型工業(yè)轉(zhuǎn)型。

FZXB

致謝 感謝紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工作人員給予本文相關(guān)測(cè)試的幫助。

[1] 胡金洋.現(xiàn)代紡織技術(shù)與漿紗上漿[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2011 (16):133-134.HU Jinyang.Modern textile technology and warp sizing [J].Chinese new technologies and new products,2011 (16):133-134.

[2] 韓世洪.紡織漿料的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].紡織導(dǎo)報(bào),2008(2):40-44.HAN Shihong.Present situation and the development trend of textile warp sizing [J].China Textile Leader,2008(2):40-44.

[3] ZHANG Chaohui,XU Desheng,ZHU Zhifeng.Octenylsuccinylation of cornstarch to improve its sizing properties for polyester/cotton blend spun yarns [J].Fibers and Polymers,2014(11): 2319-2328.

[4] SUN Shiyuan,HANG Yu,THOMAS Williams.Eco-friendly sizing technology of cotton[J].Textile Research Journal,2013(20): 2177-2190.

[5] DJORDJEVICA S,KOVACEVICB S,NIKOLICA L J.Cotton yarn sizing by acrylamide grafted starch copolymer [J].Journal of Natural Fibers,2014(11): 212-224.

[6] 李曼麗,金恩琪,楊泳慧.生物基紡織漿料發(fā)展現(xiàn)狀淺析[J].輕紡工業(yè)與技術(shù),2015(1):78-80.LI Manli,JIN Enqi,YANG Yonghui.Current situation of the development of bio-based textile size [J].Guanxi Textile Science and Technology,2015(1):78-80.[7] ZHU Zhifeng,JIN Enqi,YANG Yiqi.Incorporation of aliphatic units into aromatic water-soluble polyesters to improve the performances for warp sizing[J].Fibers and Polymers，2009(10):583-389.

[8] QI Haisong,CHANG Chunyu,ZHANG Lina.Effects of temperature and molecular weight on dissolution of cellulose in NaOH/urea aqueous solution [J].Cellulose,2008(15):779-787.

[9] CAI Jie,LIU Yating,ZHANG Lina.Dilute solution properties of cellulose in LiOH/Urea aqueous system [J].Wiley Inter Science,2006,10(10):3093-3101.

[10] 李長(zhǎng)龍,常桑,周磊.堿處理對(duì)木棉纖維結(jié)構(gòu)及性能的影響[J].紡織學(xué)報(bào),2015,36(4):20-23.LI Changlong,CHANG Sang,ZHOU Lei.Influence of alkali treatment on structure and properties of kapok fiber[J].Journal of Textile Research,2015,36 (4):20-23.

[11] 王鐵群,陳家楠.纖維素在絲光化處理過(guò)程中結(jié)構(gòu)變化的研究[J].纖維素科學(xué)與技術(shù),1996(4):13-17.WANG Tiequn,CHEN Jianan.Study on cellulose structural changes in the process of mercerizing treat-ment [J].Cellulose Science and Technology,1996(4): 13-17.

[12] 馬芹,劉學(xué)鋒.織造過(guò)程中經(jīng)紗所受摩擦作用分析[J].棉紡織技術(shù),2010,11(38):19-21.MA Qin,LIU Xuefeng.Function analyses of warp friction in weaving process [J].Cotton Textile Technology,2010,11(38):19-21.

[13] 伊允波,董奎勇.減少紗線(xiàn)毛羽的生產(chǎn)工藝與紡紗方法[J].山東紡織科技,2003(5):52-55.YI Yunbo,DONG Guiyong.The technologies and spinning techniques to reduce yarn hairiness [J].Shandong Textile Science and Technology,2003(5):52-55.

Size-free sizing process for cellulose yarns

CHEN Si1,QIU Yiping1,SHI Meiwu2,JIANG Qiuran1

(1.KeyLaboratoryofTextileScience&Technology,MinistryofEducation,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China；2.CenterofMaterialsandFunctionalization,TheQuartermasterResearchInstituteoftheGeneralLogisticsDepartmentofthePLA,Beijing100088,China)

In order to prevent the pollution to the environment due to the conventional sizing processes and improve the sizing performance,an efficient and environmental friendly sizing process is in need.In this research,a size-free sizing process for cellulose yarns was developed based on the low temperature cellulose dissolution mechanism.The fiber surfaces in yarns was partially dissolved or swelled and then formed thin films to reinforce yarns and attach hairiness to the yarn body.Compared with the conventional sizing process,the size-free sizing process could not only enhance the strength and abrasion resistance of yarns,but also better maintain the elasticity of yarns,substantially reduce the amount of harmful hairiness and improve the dyeability of yarns.Since the size films was thin,yarns was still soft,and the desizing process can be omitted.The developed size-free sizing process,low in cost,energy consumption and carbon emission,has the potential to be employed in large scale industrial production.

natural cellulose yarn; sizing; abrasion resistance; mechanical property; hairiness; dyeability

10.13475/j.fzxb.20150906007

2015-09-24

2015-11-11

獲獎(jiǎng)?wù)f明：本文榮獲中國(guó)紡織工程學(xué)會(huì)頒發(fā)的第16屆陳維稷優(yōu)秀論文獎(jiǎng)

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)浦江人才計(jì)劃項(xiàng)目(15PJ1400300)

陳思(1990—)，女，碩士生。研究方向?yàn)樘烊焕w維素纖維改性處理。蔣秋冉，通信作者，E-mail: jj@dhu.edu.cn。

TS 105.2

A