液氨整理对棉织物服用性能的影响
摘要：利用扫描电镜和X射线衍射仪对液氨整理前后纤维的外观形态和结晶情况进行了表征,并测试了织物的拉伸性能、芯吸性能、缩水率、悬垂性、折皱性、光泽度、透气性和回潮率等服用性能.结果表明,液氨整理使棉纤维的天然转曲减少,纵向顺直,部分结晶区转化成无定形区,结晶度下降;织物的断裂强力增加,断裂伸长率降低,芯吸能力提高,光泽度增大,缩水率降低,抗折皱性能提高,悬垂性略有提高,透气性能提高,回潮率增加.
为了提高棉织物的外观及内在品质,改善棉织物易缩水、起皱等缺点,传统工艺是用质量浓度大于180g/L的NaOH溶液对棉织物进行丝光处理,但高浓度强碱液会造成环境污染.近年来,采用液氨整理来代替传统的碱丝光工艺是棉织物丝光的趋势[1].液氨是将氨气冷却到-34℃以下形成的液态氨,液氨的表面物理状态与水一样,易于流动,但其粘度和表面张力比水低.液氨能很容易地渗入到棉纤维中,同时又不损伤纤维,并能快速且容易地渗出[2-4].
本文对液氨整理前后纤维的形态、结晶情况及织物的服用性能进行了比较,全面、客观地分析了液氨整理对棉织物服用性能的影响.
1·试验
1.1材料
液氨整理前后的棉织物(13tex×13tex,133×72160cm);以下整理前的织物简称原棉,整理后的织物简称液氨棉.
1.2纤维表征
表面形态:将纤维样品表面真空镀金后,用JSM-5800型扫描电子显微镜观察其表面形貌.
X射线衍射:采用XRD-7000型X射线衍射分析仪测试,测试条件为Ni片滤波,CuKα靶,管电压40.0kV,管电流40.0mA,扫描速度6°/min,2θ扫描范围5°~50°.
1.3织物性能测试
拉伸性能:采用YG(B)026D-500电子织物强力机,参照GB/T3923.1-1997测试,试样有效宽度为50mm,夹距为100mm,预加张力为2N,等速拉伸速度为100mm/min.
芯吸性能:采用垂直芯吸法,在YG9(B)871型毛细血管测定仪上测定织物的芯吸高度.试样尺寸为50mm×300mm.芯吸效应以30min内液体上升高度表示.如液体上升高度参差不齐,应读取最低值.
缩水率:采用Y(13)089全自动缩水率试验机,在10cm×10cm织物试样的纵横方向上用涤纶线缝制标记,标记面积由纵向3组对应点距离的平均值和横向3组对应点距离的平均值之乘积确定.洗涤剂1g/L,常温下连续洗涤3h,洗后烘干,测量标记处的长和宽,取平均值,求织物面积.织物缩水率A=(1-S1/S0)×100%,式中:S0为洗涤前试样的面积;S1为洗涤后试样的面积.悬垂性:采用YG811型织物悬垂性测定仪测试.
将圆形试样置于圆形夹持盘间,用与水平方向垂直的平行光线照射,得到试样投影图,投影面积和原面积之比的百分率即为悬垂系数.
折皱性:采用YG541B织物折皱弹性仪,按GB/T3819-1997测试.
光泽度:采用YG804型织物光泽仪测试,试样尺寸为100mm×100mm.1束平行光以60°(与法线的夹角)入射角照射在试样上,在60°和-30°位置上分别接收其正反射光和漫反射光,光的强度经光电转换用数字来显示.计算出2个强度的比值,称为对比光泽度Gc.
式中:Gs为织物正反射光强度(%);Gd为织物漫反射光强度(%).
透气性:参照GB/T5453-1997,采用YG561型织物透气量仪测试.试样尺寸为20cm×20cm,锐孔直径为5mm,试样2侧压力差为49Pa.
回潮率:参照GB/T6102.1-2006《原棉回潮率试验方法——烘箱法》测试.
2·结果与讨论
2.1表面形态
由图1可以看出,液氨整理后棉纤维的天然转曲减少,纤维变得平滑顺直,这是由于液氨的粘度和表面张力比水低,极具渗透力,棉纤维经液氨整理后,液氨渗透到纤维内部,使纤维发生了不可逆的溶胀,伴随着纤维的溶胀,内部扭曲应力减小,天然转曲结构减少或消失.
2.2X射线衍射
由图2可看出,原棉的衍射峰分别在2θ=22.64°、14.74°、16.58°处,衍射晶面的晶面指数分别为(002)、(101)和(101),晶胞具有相同的形状和尺寸,其晶型同属于纤维素Ⅰ,经液氨整理后衍射峰发生了变化,在衍射角2θ=12.04°和20.86°处出现了2个新的衍射峰,这是纤维素Ⅲ的特征峰.液氨整理使部分纤维素Ⅰ转化成纤维素Ⅲ,说明液氨整理会引起纤维内部晶体结构的变化.由表1可知,液氨整理后棉纤维的结晶度下降,说明液氨不仅能够进入纤维的无定形区,还能进入部分结晶区,破坏结晶区的结构,使部分结晶区转化成无定形区.
2.3拉伸性能
由表2可以看出,液氨棉的断裂强力提高,断裂伸长率降低.这是由于液氨具有极高的渗透性,能够进入到纤维内部,液氨整理时织物受到外力拉伸,使纤维内部的大分子沿纤维轴向的排列趋于整齐,纤维表面的不均匀变形减少或消除,强力的薄弱环节减少,当纤维受到外力拉伸时,就能由更多的大分子均匀分担,因此液氨整理织物的断裂强力增加.液氨整理后棉纤维内部大分子沿纤维轴向排列整齐,纤维取向度提高,当纤维受到外力拉伸时,弹性伸长能力下降,故断裂伸长率降低.
2.4芯吸性能
由图3可以看出,经液氨整理的织物芯吸效应高于未整理织物.图中曲线的斜率表示织物的芯吸速率,可以看出液氨整理织物的芯吸速率也高于未整理织物.这是由于液氨整理使纤维的结晶度下降,纤维内部的孔隙增加,提高了纤维的吸附能力,纤维排列整齐也提高了织物的芯吸能力.
2.5其他服用性能
由表3可知,液氨整理织物的光泽度高于未整理织物,这是由于液氨整理后棉纤维的天然转曲减少或消失,纤维表面光滑,液氨整理棉织物的镜面反射强度增加,漫反射强度降低,即织物的光泽度提高.经液氨整理的棉织物缩水率明显小于未处理棉布,说明液氨整理能够提高棉织物湿处理的尺寸稳定性.棉织物缩水的主要原因是棉纤维在润湿状态下会发生各向异性的溶胀,纤维直径的增大程度远远大于纤维长度的增加.但是经液氨整理的织物,纤维已经发生了不可逆的剧烈溶胀,在再次润湿时,纤维的溶胀能力大幅下降,因此织物的缩水率也大幅降低.折皱回复角反映织物的抗折皱性能,折皱回复角越大,织物的抗皱性能越好.液氨整理棉织物的折皱回复角大于未处理的棉织物,说明液氨整理能提高织物的抗皱性能.液氨整理织物的悬垂系数略小于未整理棉织物,说明液氨整理后织物的悬垂性略有提高.液氨整理织物的透气量增加,原因是液氨整理使纤维光滑顺直,纤维排列整齐度提高,相邻纱线间的空隙增加,使织物的透气量增加.回潮率代表织物的吸湿能力,由于液氨整理使纤维的结晶度下降,纤维内部孔隙增加,使液氨整理织物的回潮率增加.
3·结论
(1)经液氨整理后,棉纤维素的晶型发生变化,部分纤维素Ⅰ转化成纤维素Ⅲ,而且结晶度下降.由于纤维发生溶胀,使纤维纵向光滑顺直,天然转曲减少,织物的光泽度和透气性提高,缩水率和抗折皱性能明显改善.
(2)经液氨整理后,因为纤维内部的内应力减少,纤维的取向度提高,故织物的断裂强力增加,断裂伸长率降低.因为纤维的结晶度下降,纤维内部的无定形区增加,使织物的芯吸能力和回潮率提高.
(3)液氨整理具有丝光效果,但区别于传统碱丝光,液氨整理对纤维无损伤,且液氨可循环使用,不存在高浓碱液废水排放的问题,符合绿色生产的要求.
参考文献
[1]阿阳,周翔,黄文彧.液氨/交联处理棉纤维的结构[J].印染,2005(3):1-4.
[2]戴飞,宋曲一,崔维怡,等.纯棉织物采用液氨进行抗皱免烫整理的发展[J].国际纺织导报,2001(4):73-74.
[3]张华,冯家好,李俊,等.液氨处理对亚麻纤维结构与织物性能的影响[J].纺织学报,2008,26(6):68-72.
[4]戴春芬,周永凯,李臣,等.液氨处理前后麻织物的湿性能研究[J].北京服装学院学报,2010,30(4):39-46.
