觸感清涼棉織物的制備及其性能

白 剛， 劉艷春，3

(1. 紹興文理學(xué)院 紡織服裝學(xué)院， 浙江 紹興 312000； 2. 浙江省清潔染整技術(shù)研究重點實驗室， 浙江 紹興 312000；3. 浙江理工大學(xué) 生態(tài)染整技術(shù)教育部工程研究中心， 浙江 杭州 310018)

清涼型織物因其手感柔軟細(xì)膩[1]，具有良好的吸濕透氣性[2]，可滿足人們生理上冰爽舒適的感受，深受消費者喜愛，已成為主要研究熱點之一[3-4]。由于清涼型織物具備一定的接觸冷感，特別適用于夏季T恤、內(nèi)衣、襯衫面料、床上用品、休閑系列服裝和運動服飾等[5-6]。目前，在清涼型織物開發(fā)方面，海外企業(yè)走在新產(chǎn)品前列[7-8]。與世界領(lǐng)先產(chǎn)品相比，國內(nèi)清涼面料研發(fā)水平仍存在一定的差距，因此，很多企業(yè)都加快了研發(fā)創(chuàng)新的步伐[9]。

本文采用纖維素酶處理棉織物，利用纖維素酶對纖維素的催化降解作用使之減量，去除織物表面絨毛；再將冰爽硅油整理到棉織物上，在織物表面交聯(lián)成膜，使織物表面變得光潔柔軟，摩擦因數(shù)減少，熱阻和濕阻降低，制備出觸感清涼型棉織物，并對其性能進行測試研究。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

純棉針織坯布(面密度為125 g/m2，嵊州新明針織印染有限公司)；酸性纖維素酶(酶活為2×105U/g，上海康地恩生物科技有限公司)；冰爽硅油QTH-3218(廣東乾泰化工有限公司)。

1.2 整理工藝

纖維素酶處理工藝：酸性纖維素酶的用量為7%(o.w.f)，于50 ℃條件下處理50 min，浴比為1∶30，pH值為6，機械振蕩速度為30 r/min，水洗。

冰爽硅油整理工藝：冰爽硅油的質(zhì)量濃度為70 g/L，浸軋工作液的軋液率為80%，90 ℃預(yù)烘4 min，之后在150 ℃焙烘2 min，最后水洗并烘干。

1.3 性能測試

1.3.1柔軟度和滑爽度評估

采用川端KES-FB1拉伸剪切分析儀、川端KES-FB2彎曲性能測試儀、YG(B)811E型織物懸垂性能測試儀來測試織物的剪切性能、彎曲性能和懸垂性能，以綜合評價織物的柔軟度。

采用川端KES-FB4織物表面摩擦分析儀測試織物的動摩擦因數(shù)、摩擦因數(shù)平均偏差和表面粗糙度，以評價織物的滑爽度。

1.3.2毛細(xì)效應(yīng)測試

按照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗方法》，采用YG(B)871型毛細(xì)管效應(yīng)測定儀對織物毛效進行測試。試樣規(guī)格為250 mm×30 mm，在溫度為20 ℃，相對濕度為65%的大氣環(huán)境中，測量30 min時液體的芯吸高度，測試3塊試樣取平均值。

1.3.3透濕性能測試

參照GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法》，采用YG501D透濕試驗儀測試織物的透濕性能。測試條件為：試樣直徑70 mm，測試溫度33 ℃，相對濕度90%，實驗時間1 h。

1.3.4透氣性能測試

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，采用Y561型織物透氣儀對織物透氣性能進行測試。測試條件為：試樣面積20 cm2，壓降100 Pa。

1.3.5熱阻與濕阻測試

按照GB/T 11048—2008《紡織品 生物舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定》，采用iSGHP-10.5熱阻濕阻測試儀測試織物的熱阻、濕阻。測試條件：試樣規(guī)格為500 mm×500 mm，溫度為35 ℃，氣流流速為1 m/s。

1.3.6紅外光譜測試

采用IRprestige-21傅里葉變換紅外光譜儀測試織物的紅外譜圖，分析織物表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化。

1.3.7熱重分析

采用TG/DTA 6300同步熱分析儀對織物進行熱重分析，測試氣體為空氣，升溫速度為10 ℃/min，溫度范圍為30～800 ℃。

1.3.8斷裂強力測試

根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》，采用Instron 3365萬能材料試驗機測試織物的斷裂強力。測試條件：試樣規(guī)格為200 mm×50 mm，拉伸速度為100 mm/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 織物柔軟性

織物的柔軟性是當(dāng)織物發(fā)生變形時織物物理力學(xué)性能變化的綜合反映，因此，需要綜合織物的剪切性能、彎曲性能和懸垂系數(shù)來評定。表1示出處理前后織物的剪切剛度、剪切滯后值、彎曲剛度、彎曲滯后矩、懸垂系數(shù)測試結(jié)果。

由表1可看出，經(jīng)纖維素酶和冰爽硅油處理后，雖然棉織物剪切剛度降低幅度有限，但剪切滯后值、彎曲剛度、彎曲滯后矩、懸垂系數(shù)都下降較為明顯。織物的剪切性能、彎曲性能和懸垂系數(shù)是決定織物柔韌性和手感的重要指標(biāo)，其數(shù)值越小，織物的柔軟性越好。

表1 織物剪切剛度、彎曲性和懸垂系數(shù)Tab.1 Shearing rigidity, bending rigidity and drape coefficient of fabrics

纖維素酶對纖維素有催化降解作用，可去除織物表面的絨毛，使織物表面變得光潔柔軟；冰爽硅油整理后織物表面能降低，組成織物的紗線之間的摩擦阻力減小，織物也易發(fā)生彎曲變形：因此，經(jīng)纖維素酶和冰爽硅油整理后棉織物的柔軟性得到改善。

2.2 織物滑爽性

表2示出織物的動摩擦因數(shù)、摩擦因數(shù)平均偏差和表面粗糙度。可以看出，經(jīng)纖維素酶和冰爽硅油處理后，棉織物的動摩擦因數(shù)、摩擦因數(shù)平均偏差和表面粗糙度下降，說明纖維素酶和冰爽硅油處理后棉織物的滑爽度增加。纖維素酶處理使織物彎曲剛度下降，纖維抗彎能力降低，易產(chǎn)生相對運動；冰爽硅油在纖維表面吸附覆蓋，在纖維表面形成潤滑層，使織物動摩擦因數(shù)、摩擦因數(shù)平均偏差和表面粗糙度降低，滑爽性增加。

表2 織物滑爽性Tab.2 Smoothness of fabrics

2.3 織物化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

圖1示出觸感清涼棉織物和普通棉織物的紅外光譜。可以看出，與普通棉織物相比，觸感清涼棉織物的紅外光譜圖在1 051、1 259 cm-1處出現(xiàn)了新的特征吸收峰。其中：1 051 cm-1處的吸收峰對應(yīng)Si—O—C的伸縮振動；1 259 cm-1處的吸收峰對應(yīng)Si—CH對稱面內(nèi)彎曲振動。這表明觸感清涼棉織物分子結(jié)構(gòu)中引入了硅油基團結(jié)構(gòu)，有利于棉織物的滑爽性和柔軟性。

圖1 棉織物的紅外譜圖Fig.1 FT-IR spectra of cotton fabrics

2.4 織物熱穩(wěn)定性

圖2示出觸感清涼棉織物和普通棉織物的熱重曲線。可以看出：普通棉織物的初始分解溫度為256.1 ℃左右，質(zhì)量損失率為98.90%；觸感清涼棉織物初始分解溫度為247.7 ℃左右，質(zhì)量損失率達到99.56%，大于普通棉織物。觸感清涼棉織物和普通棉織物熱重曲線存在一定差異，可見纖維素酶和冰爽硅油整理對棉織物的TG曲線有一定影響；但總體而言，觸感清涼棉織物的熱穩(wěn)定性能保持良好。

圖2 棉織物的TG曲線Fig.2 TG curves of cotton fabrics

2.5 織物吸濕性、透濕性和透氣性

人體在夏季、運動和勞作過程中會處于有感出汗?fàn)顟B(tài)，汗液會以液態(tài)水的形式被織物表面吸收，再通過紗線間隙或纖維毛細(xì)作用傳輸?shù)娇椢锿獗砻妫缓罂焖僬舭l(fā)遷移至外層空間，因此，織物的吸濕性、透濕性和透氣性對織物服用舒適性有著重要影響。表3示出纖維素酶和冰爽硅油處理前后織物的吸濕性、透濕性和透氣性測試結(jié)果。

表3 織物的吸濕性、透濕性和透氣性Tab.3 Hygroscopicity, moisture penetrability and air permeability of fabrics

由表3可看出，經(jīng)纖維素酶和冰爽硅油處理后，棉織物的毛細(xì)效應(yīng)增大，透濕性和透氣性提高。水分子在織物中吸附、擴散和傳遞情況是復(fù)雜的，織物的吸濕、透濕和透氣性能不僅與纖維內(nèi)微孔、縫隙、纖維間毛細(xì)孔隙有關(guān)，也與纖維大分子上的親水基團有關(guān)。經(jīng)纖維素酶處理后，棉纖維發(fā)生降解，表面絨毛消失，纖維間孔隙增大，織物變得柔軟蓬松，吸濕性、透濕性和透氣性都得到提高。經(jīng)冰爽硅油整理后，由于冰爽硅油吸附覆蓋在纖維表面，并向纖維內(nèi)部滲透，在纖維內(nèi)部至表面形成很多細(xì)微通道，也可使織物的吸濕性、透濕性和透氣性增強。

2.6 織物熱阻和濕阻

織物的熱阻越小，散熱性能越好，其冰爽清涼效果越好。濕阻越小，說明水蒸氣越易透過織物，越有利于織物的排汗排濕。表4示出纖維素酶和冰爽硅油處理前后棉織物的熱阻和濕阻。

表4 織物的熱阻和濕阻Tab.4 Thermal resistance and water-vapor resistance of fabrics

由表4可看出：普通棉織物的熱阻、濕阻分別為0.028 4 m2·℃/W、4.882 Pa·m2/W；而經(jīng)過纖維素酶和冰爽硅油處理后棉織物的熱阻、濕阻下降，熱阻降為0.019 1 m2·℃/W，濕阻降為4.687 Pa·m2/W，其散熱性能和排汗排濕性能均優(yōu)于普通棉織物。

2.7 織物力學(xué)性能分析

采用萬能材料試驗機測得普通棉織物的斷裂強力為371 N，經(jīng)纖維素酶和冰爽硅油整理后棉織物的斷裂強力為348 N。纖維素酶催化降解了聚合度較低的纖維素分子，引起棉織物斷裂強力下降，但織物強力保留率仍為93.8%，不影響織物的服用性能。

3 結(jié) 論

本文通過纖維素酶處理和冰爽硅油整理制備了觸感清涼棉織物。與普通棉織物相比，觸感清涼棉織物的剪切剛度、剪切滯后值、彎曲剛度、彎曲滯后矩、懸垂系數(shù)、動摩擦因數(shù)、摩擦因數(shù)平均偏差和表面粗糙度均有不同程度的降低，織物表面柔軟度和滑爽度增加；吸濕性、透濕性、透氣性增強；熱阻、濕阻下降，散熱性能和排汗排濕性能均優(yōu)于普通棉織物。紅外譜圖分析結(jié)果表明，觸感清涼棉織物分子結(jié)構(gòu)中引入了硅油基團結(jié)構(gòu)。熱重分析結(jié)果表明，清涼棉織物的熱穩(wěn)定性能保持良好。經(jīng)纖維素酶和冰爽硅油整理后，清涼棉織物的斷裂強力略有下降，但強力保留率仍有93.8%。

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