羊毛纖維表面具有納米結構的機可洗羊毛織物及製備方法
2023-04-28 23:25:41 1
專利名稱：羊毛纖維表面具有納米結構的機可洗羊毛織物及製備方法
技術領域：
本發明屬於紡織品的功能性加工領域，尤其涉及通過對纖維表面具有納米結構的羊毛織物進行甲殼素整理得到的機可洗羊毛織物及製備方法。
背景技術：
羊毛作為一種天然纖維，由於其手感柔軟、質地堅牢、並具有良好的捲曲彈性和保暖性，光澤自然柔和，一直是比較高檔的紡織原料，深受廣大消費者的喜愛。但羊毛表面具有的特殊鱗片結構及其定向摩擦效應使羊毛織物在水洗過程中產生氈縮現象，影響其風格和尺寸穩定性。
羊毛防氈縮的方法有氯化法、氧化法、生物酶法等化學降解法和聚合物沉積法。氯化法是用含氯的化合物在適當的條件下，破壞羊毛表面的鱗片，起到防縮的作用，但氯化程度較難控制，纖維強度降低，產生的廢水中含有大量可吸收有機滷化物AOX，嚴重汙染環境。氧化法是用高錳酸鉀等氧化劑提高纖維的摩擦係數，降低定向摩擦效應，產生防縮效果，但通常造成纖維彈性和強力下降，縮短了處理織物的使用壽命，而且易出現處理不均、有氣味、易泛黃等問題，常伴隨色澤變化。而如中國專利公開號為CN 1170448A所公開的用酶對纖維表面進行處理時，由於酶向纖維內部擴散會引起角質層及皮質層大分子蛋白質水解，因此造成纖維強力的較大損傷。聚合物沉積法是在羊毛纖維或織物表面形成高分子聚合物，通過遮蔽鱗片起到阻止鱗片表面之間相互運動的作用，或是在纖維與纖維之間產生交聯，相互粘結在一起，從而使纖維固定化而不能移動，定向摩擦效應不能起作用。聚合物沉積法中常用的防縮劑有脲醛樹脂、密胺樹脂、矽樹脂、乙烯聚合物、丙烯酸酯類以及聚氨酯樹脂等，但這些合成樹脂在合成、處理以及服用時或多或少對人體以及環境有害，並且生物降解性差。
目前常用的有效防縮處理是將化學降解法和聚合物沉積法結合起來，如大家熟知的「氯化/樹脂處理法」，它通過先氯化後樹脂處理的方法賦予羊毛織物理想的防縮性能，可達到機可洗防縮標準。羊毛纖維經過氯化處理後，其鱗片尖角軟化和破壞，樹脂填充在鱗片夾角內或某些損傷處，使鱗片相互隔離而失去作用，從而消除羊毛的定向摩擦效應，降低氈縮現象。同時氯化處理去除鱗片表層相接的脂肪酸層，大大增加羊毛纖維的親水性，促進樹脂在纖維表面的伸展以及向纖維內部的擴散，提高樹脂對織物的親和性。但該處理方法對羊毛的損傷比較大，而且排出的廢水中含有大量可吸收的有機氯化物，導致嚴重的環境汙染。
甲殼素具有高等動物組織中的膠原和高等植物組織中的纖維兩者的生物功能，屬於天然高分子，具有良好的成膜性，不僅具有抗菌、消臭、止血、消炎等功能，而且具備良好的保溼性、對人體無毒、無刺激，與人的皮膚接觸有很好的親和力，並且能夠進行生物降解。
我國作為海洋大國，儘管甲殼素系列產品產量和生產能力已相當可觀，但大部分為半成品或批量產品被國外廠商廉價收購再以精製小包裝高價返銷給我國，導致資源流失，經濟效益受損。
發明內容
本發明的目的之一在於提供一種防縮效果好的羊毛纖維表面具有納米結構的機可洗羊毛織物。
本發明的再一目的是提供一種羊毛纖維表面具有納米結構的機可洗羊毛織物的製備方法，通過用低溫等離子體處理，在羊毛表面構造納米級凹凸結構，使羊毛表面產生親水性基團，再用甲殼素整理，實現無環境汙染製備本發明的機可洗羊毛織物。
本發明先用低溫等離子體對羊毛織物進行輝光放電處理，然後用甲殼素整理劑進行整理，得到本發明纖維表面具有納米結構的機可洗羊毛織物。即通過用低溫等離子體處理對羊毛表面進行物理與化學改性，首先在羊毛表面構造納米級凹凸結構，大大增加羊毛纖維的比表面積，提高纖維的摩擦係數，降低定向摩擦效應，並增加與甲殼素的接觸面積；同時在纖維表面生成如羧基、羥基、氨基等新的活性基團，促進後續工序中使用的甲殼素在纖維表面的伸展以及向纖維內部的擴散，提高纖維對甲殼素的吸附力，使甲殼素更加牢固地結合到纖維上，從而達到機可洗目的。
當利用低溫等離子體處理織物時，低溫等離子體中含有的離子、激發態分子、自由基等多種活性粒子與纖維表面進行各種相互作用。該處理會對纖維表面產生侵蝕作用，其原因大體上有兩種一種是等離子體中的電子、離子等粒子撞擊纖維表面的濺射侵蝕。另一種是等離子體中的化學活性種對纖維表面的化學侵蝕。就是這兩種侵蝕作用使羊毛纖維表面產生納米級凹凸結構。同時低溫等離子體處理能有效地使纖維表面層產生大量自由基，該自由基接觸到空氣後便轉換成羧基、氨基、羥基等親水性基團。這些活性基團促進後續工序中使用的甲殼素在纖維表面的伸展以及向纖維內部的擴散，提高纖維對甲殼素的吸附力，使甲殼素更加牢固地結合到纖維上。
本發明的羊毛纖維表面具有納米結構的機可洗羊毛織物，是指在構成羊毛織物的具有納米級凹凸形狀結構的纖維表面吸附有一層甲殼素。
所述的納米級凹凸結構的形狀有多種多樣，其凹處的直徑或寬為30～200nm。
本發明的羊毛纖維表面具有納米結構的機可洗羊毛織物的製備方法，步驟包括(1).將羊毛織物放入低溫等離子體處理腔內，然後將處理腔內的壓力抽至小於或等於10Pa，通入非聚合性氣體調節處理腔內的壓力為10～170Pa，優選26～130Pa，更優選26～85Pa；然後放電進行低溫等離子體處理；功率是10～300W，優選30～200W，更優選50～100W，處理時間1～60min，優選1.5～30min，更優選5～20min；(2).對步驟(1)得到的纖維表面具有納米級凹凸結構的羊毛織物進一步進行甲殼素整理，所述的甲殼素整理是使用濃度為0.5～10g/L的甲殼素水溶液，以1∶20～1∶60浴比，在25～40℃溫度下將織物浸漬20～40min，取出軋液，軋液率為70～90％，然後在70～90℃溫度下預烘5～20min，以及在100～160℃溫度下烘焙1～4min。
在低溫等離子體處理時，若真空度過低，電子的平均自由程小，電子在一個碰撞周期內從外電場獲得的能量小，因而能量高到足以激發電離氣體分子或原子的電子數目少，等離子體氛圍中活性粒子的數目少，能量低，作用於羊毛表面後的效果差；若真空度過高，氣體稀薄，粒子數目本身就少，可用於激發、電離生成活性粒子的粒子數目就更少，因而作用於羊毛表面的粒子數量少，兩個相反因素使得當真空度適中時，才可獲得最佳的處理效果。低溫等離子體處理時，若放電功率太小，則所需處理時間過長；功率若太大，放電不穩定，反應不好控制。處理時間若過短，起不到效果；若過長，對纖維損傷較大。
所述的通入的氣體是空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、氬氣、氦氣、氨氣等非聚合性氣體或它們的任意混合氣體。但從操作的簡易性和成本考慮優選使用空氣。
所述的甲殼素水溶液是用市售或自製的甲殼素，並加入醋酸等溶解於水中來製成。不做特別限制。
在上述甲殼素整理液中可以進一步含有柔軟劑或其它添加劑，以提高其服用性能。整理液中含柔軟劑時可使用20～60g/L的濃度。該柔軟劑可以使用從市場買來的或自製的如氨基有機矽類柔軟劑、脂肪酸醯胺類柔軟劑、聚醚改性有機矽類柔軟劑或高分子脂肪醇類柔軟劑等通常的柔軟劑。
優選的整理液配方為含有1.5～2.5g/L的甲殼素，含有25～35g/L的氨基有機矽類柔軟劑。
優選的整理工藝為在35～40℃溫度下將織物浸漬25～35min，取出軋液，軋液率為80～90％，然後在80～90℃溫度下預烘5～10min，以及在110～150℃溫度下烘焙1～2min。
低溫等離子體處理為乾式處理工藝，不使用任何化學試劑、工藝簡單、無廢水排放、無環境汙染、節約能源。而甲殼素為可降解性天然高分子原料。因此根據本發明可得到環境友好的機可洗羊毛織物，具有顯著的經濟效益和社會效益。
本發明先用低溫等離子體對羊毛織物進行輝光放電，得到纖維表面具有納米級凹凸結構的羊毛織物，然後用甲殼素整理劑進行整理，得到本發明機可洗羊毛織物。即通過用低溫等離子體處理對羊毛表面進行物理與化學改性，首先在羊毛表面構造納米級凹凸結構，大大增加羊毛纖維的比表面積，提高纖維的摩擦係數，降低定向摩擦效應，並增加與甲殼素的接觸面積；同時在纖維表面生成如羧基、羥基、氨基等新的活性基團，促進後續工序中使用的甲殼素在纖維表面的伸展以及向纖維內部的擴散，提高纖維對甲殼素的吸附力，使甲殼素更加牢固地結合到纖維上，從而達到機可洗目的。低溫等離子體處理為乾式處理工藝，不使用任何化學試劑、工藝簡單、無廢水排放、無環境汙染、節約能源。而甲殼素為可降解性天然高分子原料。因此根據本發明可得到環境友好的機可洗羊毛織物。
圖1比較例1未處理羊毛纖維的電子掃描顯微鏡照片。
圖2實施例1低溫等離子體處理後表面具有納米結構的羊毛纖維的電子掃描顯微鏡照片。
圖3羊毛纖維的X-射線光電子能譜(a)比較例1未處理；(b)實施例1低溫等離子體處理後表面具有納米結構的羊毛纖維。
圖4羊毛纖維表面的C1s光譜(a)比較例1未處理；(b)實施例1低溫等離子體處理後表面具有納米結構的羊毛纖維。
下面結合實施例和比較例進一步說明本發明，但本發明並不局限於此。
具體實施例方式
實施例1低溫等離子體處理將羊毛織物放入低溫等離子體反應室內，抽真空，當反應室內壓力達到4Pa時開始通入空氣使反應室內真空度平衡在26Pa，然後進行輝光放電，用100W功率進行30min的放電處理。
整理工序在含有2g/L的甲殼素的整理液中在35℃浸漬上述低溫等離子體處理後的羊毛織物30min，取出軋液，軋液率為90％，然後在90℃溫度下預烘8min，以及在130℃溫度下烘焙2min。
實施例2低溫等離子體處理將羊毛織物放入低溫等離子體反應室內，進行與上述實施例1相同的低溫等離子體處理。
整理工序除了在整理液中進一步含有30g/L的AV-910氨基改性矽柔軟劑外，進行與上述實施例1相同的整理。
實施例3低溫等離子體處理低溫等離子體處理將羊毛織物放入低溫等離子體反應室內，抽真空，當反應室內壓力達到7Pa時開始通入氧氣使反應室內真空度平衡在160Pa，然後進行輝光放電，用50W功率進行60min的放電處理。
整理工序在含有2.5g/L的甲殼素的整理液中在40℃浸漬上述低溫等離子體處理後的羊毛織物25min，取出軋液，軋液率為80％，然後在80℃溫度下預烘10min，以及在110℃溫度下烘焙3min。
實施例4低溫等離子體處理將羊毛織物放入低溫等離子體反應室內，抽真空，當反應室內壓力達到7Pa時開始通入氦氣/氮氣(體積比為6/4)使反應室內真空度平衡在67Pa，然後進行輝光放電，用300W功率進行1min的放電處理。
整理工序在含有5g/L的甲殼素和20g/L的AV-65氨基改性矽柔軟劑(先進有限公司生產)的整理液中在40℃浸漬上述低溫等離子體處理後的羊毛織物40min，取出軋液，軋液率為70％，然後在70℃溫度下預烘15min，以及在150℃溫度下烘焙1min。
比較例1取一塊羊毛織物，不進行任何處理。
比較例2取一塊羊毛織物，只做與實施例1相同的低溫等離子體處理，不進行整理工序。
比較例3取一塊羊毛織物，不做低溫等離子體處理，只做與實施例1相同的整理工序。
比較例4取一塊羊毛織物，除了整理液中不含甲殼素外，做與實施例2相同的低溫等離子體處理及整理工序。
纖維表面結構分析使用JSM-6700F型電子掃描顯微鏡觀察羊毛表面結構。
比較圖1與圖2可以知道，經低溫等離子體處理後的羊毛纖維表面產生納米級凹凸結構，其凹處的直徑或寬為30～200nm。該凹凸結構將大大增加羊毛纖維的比表面積，提高纖維的摩擦係數，降低定向摩擦效應，並增加與甲殼素的接觸面積。
X-射線光電子能譜(XPS)分析採用VG公司生產的ESCALAB 220-IXL型X-射線光電子能譜儀記錄不同樣品的信號。
由圖3的XPS圖的峰值計算的羊毛纖維表面的元素組成比示於表3。
表3
從表3可以看出，經低溫等離子體處理後的羊毛織物表面與未處理時相比，其O/C、N/C、S/C值增加到2～3倍，說明極性增強。
從圖4的C1s圖中可以看出，經低溫等離子體處理後的羊毛織物表面的羧基、羰基等碳-氧鍵大大增加。就是這些活性基團促進後續工序中使用的甲殼素在纖維表面的伸展以及向纖維內部的擴散，提高纖維對甲殼素的吸附力，使甲殼素更加牢固地結合到纖維上。
防縮性能測試方法防縮性能使用YG 701D型全自動織物收縮率試驗機按照IWS TM31的5A程序進行測試。結果以面積收縮率表示。即面積收縮率(％)＝[1-(a′×b′)/(a×b)]×100％
其中a為洗滌前的羊毛織物縱方向3處長度的平均值；b為洗滌前橫方向3處長度的平均值；a′為洗滌後的羊毛織物縱方向3處長度的平均值；b′為洗滌後橫方向3處長度的平均值。將織物的面積收縮率(％)及處理後織物的外觀特性示於表。
表1
從上表1中可以知道，比較例2隻做低溫等離子體處理的羊毛織物或比較例3隻做甲殼素整理的羊毛織物都得不到理想的防縮效果，以及比較例4的進行低溫等離子體處理後進行柔軟劑整理的羊毛織物也得不到理想的結果。而經本發明處理的羊毛織物，經一次洗滌後的面積收縮率小於2％，甚至小於1％，而經再一次洗滌後的面積收縮率小於3％，具有優異的機可洗性能。而且本發明機可洗羊毛織物手感柔軟，不泛黃。
權利要求
1.一種羊毛纖維表面具有納米結構的機可洗羊毛織物，其特徵是所述的機可洗羊毛織物是在構成羊毛織物的具有納米級凹凸形狀結構的纖維表面吸附有一層甲殼素。
2.如權利要求1所述的機可洗羊毛織物，其特徵是所述的纖維表面納米級凹凸形狀的凹處的直徑或寬為30～200nm。
3.一種如權利要求1～2任一項所述的機可洗羊毛織物的製備方法，其特徵是所述的機可洗羊毛織物的製備方法步驟包括(1).將羊毛織物放入低溫等離子體處理腔內，然後將處理腔內的壓力抽至小於或等於10Pa，通入非聚合性氣體調節處理腔內的壓力為10～170Pa；然後放電進行低溫等離子體處理；功率是10～300W，處理時間1～60min，得到纖維表面具有納米級凹凸形狀結構的羊毛織物；(2).對步驟(1)得到的纖維表面具有納米級凹凸結構的羊毛織物進一步進行甲殼素整理，所述的甲殼素整理是使用濃度為0.5～10g/L的甲殼素水溶液，以1∶20～1∶60浴比，在25～40℃溫度下將織物浸漬，取出軋液，軋液率為70～90％，然後在70～90℃溫度下預烘，以及在100～160℃溫度下烘焙。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵是所述的非聚合性氣體是空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、氬氣、氦氣、氨氣或它們的任意混合氣體。
5.如權利要求3所述的方法，其特徵是所述的通入非聚合性氣體調節處理腔內的壓力為26～85Pa。
6.如權利要求3所述的方法，其特徵是所述的放電功率為50～100W。
7.如權利要求3所述的方法，其特徵是所述的進行甲殼素整理時，整理液中進一步含有柔軟劑。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵是所述的柔軟劑的使用濃度為20～60g/L。
9.如權利要求7或8所述的方法，其特徵是所述的柔軟劑為氨基有機矽類柔軟劑、脂肪酸醯胺類柔軟劑、聚醚改性有機矽類柔軟劑或高分子脂肪醇類柔軟劑。
10.如權利要求3所述的方法，其特徵是所述的進行甲殼素整理時，進一步添加柔軟劑進行織物整理，在含有1.5～2.5g/L的甲殼素、25～35g/L的氨基有機矽類柔軟劑的整理液中，在35～40℃溫度下將織物浸漬，取出軋液，軋液率為80～90％，然後在80～90℃溫度下預烘，以及在110～150℃溫度下烘焙。
全文摘要
本發明屬於紡織品的功能性加工領域，尤其涉及通過對纖維表面具有納米結構的羊毛織物進行甲殼素整理得到的機可洗羊毛織物及製備方法。把羊毛織物放入處理腔內，在壓力10～170Pa、功率10～300W下進行非聚合性氣體低溫等離子體處理，得到纖維表面具有納米級凹凸形狀結構的羊毛織物。然後使用濃度0.5～10g/L的甲殼素水溶液，在25～40℃溫度下浸漬，軋液率70～90％，70～90℃預烘，100～160℃烘焙。上述甲殼素整理液中可以進一步含有20～60g/L柔軟劑。本發明無AOX排放、可得到效果優異、不泛黃、手感柔軟的環境友好的機可洗羊毛織物，具有顯著的經濟效益和社會效益。
文檔編號D06M15/01GK1552988SQ0313714
公開日2004年12月8日 申請日期2003年6月5日 優先權日2003年6月5日
發明者金鮮英, 劉必前, 江雷 申請人:中科納米技術工程中心有限公司