茜草植物染莫代爾纖維的養生處理

李秀秀 王思社 孫傳芳 蘇建軍 韓光亭

(1. 青島大學，山東青島,266071；2.德州恒豐紡織有限公司，山東德州，253000)

1 研究背景

隨著社會的發展、人民生活水平的提高，環保健康的生活理念越來越受到人們的推崇。人們對紡織行業也提出了更高的要求，不僅滿足于穿的暖和、穿的時尚，還追求穿的健康、穿的環保。染整是紡織工業中非常重要和必不可少的環節，但其現階段的環境不友好性是不可忽視的嚴重問題，亟待解決。染整工序中，不僅要用到大量的水和化學品，且由于染色用的染料大多為合成染料，其安全性問題也一直受到人們的關注，如會引起皮膚炎癥、過敏等。近年來植物染色引起了人們更多的關注，植物染色是用從植物各部位提取的染料對紡織品進行染色，有利于大幅度減輕廢水污染問題，染色紡織品對人體的親和性和安全性高，而且還具有很多功能，如防紫外線功能、抗菌功能等[1-4]。

目前與植物染紡織品相關的研究越來越多，但其發展還十分不成熟，有各種各樣的問題尚待解決，這些問題也限制了其在紡織領域的應用。紡織品的染整通常是對紗線或織物進行染色整理，但對植物染來說，植物染料顏色單一、色譜不全、染料成分復雜的特點不適用于傳統的紗線和織物染色，而更適用于散纖維染色。散纖維染色是植物染的一種染色方式，其優點是染色均勻透徹，且可通過色紡達到不同的色彩效果，可以彌補植物染料色譜不全的缺點[5]。但由于其在紡紗時會出現纏繞膠輥、細紗斷頭等現象，嚴重影響成紗質量和紡紗效率，紡紗過程難以順利進行。前期有研究發現可通過超聲波除雜去除黏附在纖維表面的雜質，提高纖維可紡性[6]。但植物染散纖維經過超聲波除雜處理后，纖維表面粗糙僵硬，摩擦性能和靜電性能較差，對紡紗各工序造成了不良影響。為此在紡紗前需對植物染散纖維使用柔軟劑進行處理，使植物染散纖維變得柔軟順滑，提高纖維的摩擦性能和靜電性能，以上過程稱為養生。

人們對紡織品進行養生處理時會根據紡織品的種類、特點及前期加工工序，使用不同的養生助劑。根據養生助劑的化學組成，其可分為非表面活性型、表面活性型、反應型、高分子聚合物型。目前應用最廣泛的是表面活性型中的陽離子型助劑[7]。但聚硅氧烷類柔軟劑(高分子聚合物型)與陽離子型柔軟劑相比能顯示出更好的柔軟、平滑和豐滿的效果，且沒有后者在遇光遇熱時紡織品出現泛黃、染料變色、降低日曬和摩擦牢度等缺點[8-9]。由于植物染產品本身就存在染料穩定性不高、染色牢度差的缺點，因此聚硅氧烷類柔軟劑比表面活性劑更適合植物染纖維的養生處理。且聚硅氧烷類化合物作為紡織助劑具有透氣透濕性佳、熱穩定性好、表面張力低、柔軟平滑、拒水性優良、貯存穩定性好以及毒性低、對人體和生態環境無不良影響等特性，不僅能彌補植物染產品的部分缺點，而且與其環保健康的理念相契合[10]。

聚硅氧烷及其衍生物的Si—O鍵的鍵能大，旋轉能低，分子間相互作用小，表現為聚硅氧烷的化學性質及熱穩定性好，主鏈非常柔順，黏度低，表面張力小、成膜性好以及降低摩擦因數能力強等特點。由于第一代有機硅柔軟劑的大分子鏈上沒有活性基團，其與纖維表面的吸附主要依靠物理吸附，耐洗性較差；而引入活性基團的改性有機硅柔軟劑，其大分子鏈上的活性基團能與纖維形成化學鍵或發生自交聯，基于引入活性基團的種類，使其在提高纖維柔軟性的同時，還具有改善織物的防油污、防靜電及親水性能，理論上能有效改善茜草植物染莫代爾纖維的摩擦性能和靜電性能[11]。本試驗選用三種典型的改性有機硅柔軟劑對茜草植物染莫代爾纖維進行養生處理，分別是氨基改性有機硅乳液、三元共聚聚硅氧烷柔軟劑、聚醚改性聚硅氧烷柔軟劑，同時研究最佳的養生條件。

2 試驗部分

2.1 試驗器材

試驗材料：經超聲波除雜處理后的茜草植物染莫代爾纖維，規格1.3 dtex×39 mm。

試驗試劑：氨基改性有機硅乳液JF-2086-7(以下用代號A表示)、三元共聚聚硅氧烷柔軟劑JF-8059Y-30(以下用代號B表示)、聚醚改性聚硅氧烷柔軟劑JF-804-30(以下用代號C表示)。

試驗儀器：GZX-9240 MBE型鼓風干燥烘箱，XCF-1A型纖維摩擦因數測試儀，YG321型纖維比電阻測試儀。

2.2 試驗方法

2.2.1茜草植物染莫代爾纖維的養生處理工藝

將A、B、C三種柔軟劑以不同濃度分別與蒸餾水按1∶20配成不同的溶液，并將其充分攪拌均勻。將50 g的茜草植物染莫代爾纖維均勻鋪展開，用泵式噴壺將溶液均勻地噴灑到纖維上。噴灑完畢后使用密封袋將纖維密封好，放入35 ℃的烘箱中處理12 h，然后將處理后的樣品放入恒溫恒濕實驗室，溫度(20±3)℃，相對濕度(65±5)%，調濕24 h，待測試。養生工藝：A柔軟劑濃度o.w.f分別為1%、3%、5%時，對應的茜草植物染莫代爾纖維樣品編號為1、2、3；B柔軟劑濃度o.w.f分別為1%、3%、5%時，對應的茜草植物染莫代爾纖維樣品編號為4、5、6; C柔軟劑濃度o.w.f分別為1%、3%、5%時，對應的茜草植物染莫代爾纖維樣品編號為7、8、9。

2.2.2茜草植物染莫代爾纖維性能的測試

采用絞盤法測試纖維摩擦因數，在標準大氣條件下進行，測試儀器為XCF-1A型纖維摩擦因數測試儀。按照隨機取樣的方式分別取茜草植物染莫代爾纖維30組，在(20±3)℃、相對濕度(65±5)%的條件下測試。測試參數：金屬輥直徑8 mm，張力夾負荷100×10-3cN，摩擦輥轉速30 r/min(測動摩擦因數)，摩擦輥下降速度10 mm/min(測靜摩擦因數)，下降時間6 s，總時間范圍15 s。

依據GB/T 14342—2015《化學纖維短纖維比電阻試驗方法》測試纖維靜電性能。測試儀器為YG321型纖維比電阻測試儀。將樣品在溫度(20±2)℃、相對濕度(65±2)%的條件下平衡24 h，隨后按照隨機取樣的方式分別取15 g茜草植物染莫代爾纖維。在(20±3)℃、相對濕度(65±5)%的條件下對纖維進行靜電性能的測試。采用纖維比電阻來表征纖維的靜電性能，其表達式如下。

式中：R為測得纖維的平均電阻值(單位為Ω)；S為電極板面積(纖維所占實際面積應為S·f)；L為兩極板之間的距離(取2 cm)；12為儀器常數(單位為cm)；f為纖維的標準填充度；15為纖維的質量(單位為g)；48為測試盒的容積(單位為cm3);ρ為纖維的體積質量(單位為g/cm3)，莫代爾纖維的體積質量為1.52 g/cm3[12]。

3 結果與分析

3.1 摩擦性能

相關試驗結果見表1，未染色的莫代爾纖維編號為M，未經養生處理茜草植物染莫代爾纖維編號為R。

表1 不同茜草植物染莫代爾纖維的摩擦性能

樣品編號μ靜μ動樣品編號μ靜μ動MR12340.288 10.347 60.316 60.321 80.355 30.277 20.273 80.297 50.279 60.287 10.290 90.265 3567890.306 70.328 50.306 70.359 00.362 60.285 60.305 80.285 60.300 80.320 4

由表1可知，莫代爾纖維經染色后，即使經過了超聲除雜處理，其摩擦因數仍高于未染色的莫代爾纖維。經養生處理后，茜草植物染莫代爾纖維的摩擦因數變化顯著。其中樣品1、2、4、5、6和7的摩擦因數低于未經養生處理的纖維摩擦因數，且樣品4摩擦因數低于未染色的莫代爾纖維，說明合適的養生處理可降低纖維的表面摩擦因數，提高纖維可紡性。

然而隨著柔軟劑濃度的不斷增大，茜草植物染莫代爾纖維的摩擦因數基本呈逐漸上升的趨勢。可能原因分析如下：隨著柔軟劑用量的不斷增大，茜草植物染莫代爾纖維上柔軟劑膜的厚度逐漸由混合區過渡到流體區，如圖1所示，膜逐漸由單分子層變為了多分子層，纖維之間相互移動時多分子層間的剪切力阻礙了其運動，由此對纖維的摩擦性能造成了影響[13]。

經上述分析可知，使用A或B柔軟劑，低濃度養生處理可降低茜草植物染莫代爾纖維的表面摩擦性能，其中B柔軟劑1%o.w.f處理最佳。

圖1 柔軟劑的用量對纖維摩擦因數的影響

3.2 靜電性能

相關試驗結果：白色莫代爾纖維比電阻0.32×109Ω·cm，未處理茜草植物染莫代爾纖維比電阻3.96×109Ω·cm。 編號1～9的樣品纖維比電阻依次為0.07×109Ω·cm、0.05×109Ω·cm、0.12×109Ω·cm、0.1×109Ω·cm、0.06×109Ω·cm、0.17×109Ω·cm、0.13×109Ω·cm、0.16×109Ω·cm、0.14×109Ω·cm。

對比上述分析發現，經柔軟劑處理過的纖維靜電性能較未染色纖維和染色未處理纖維都有很大程度的改善，說明這三種柔軟劑對茜草植物染莫代爾纖維都具有良好的靜電整理功效。主要原因在于三種柔軟劑中均含有氨基、聚氧乙烯基(聚醚基)等親水性基團，其可大量吸附空氣中的水分子，提高了植物染散纖維的吸濕性能，降低了纖維比電阻，加快了纖維表面電荷的散逸，進而提高纖維的防靜電性能[14]。上述結果表明：三種養生助劑均可顯著降低茜草植物染莫代爾纖維的靜電性能。結合纖維的摩擦性能，最終確定使用1%o.w.f的B柔軟劑處理茜草植物染莫代爾纖維的養生效果最佳。

3.3 可紡性

經超聲波處理后的莫代爾纖維表面顆粒物去除效果雖然顯著，但纖維干燥粗糙，可紡性依然不理想，在混紡紗線的生產中，混紡比例難以達到要求水平。將養生前和養生后的茜草植物染莫代爾纖維分別與未染色莫代爾纖維進行混紡，結果表明：養生前的纖維與未染色莫代爾纖維的混紡比僅為5%，且紡紗過程不順利，出現了纖維纏繞膠輥、細紗斷頭等現象；養生后的纖維與未染色莫代爾纖維的混紡比高達50%，而整個紡紗過程比較順利。

以上混紡試驗表明，僅經超聲波處理不能解決植物染莫代爾纖維可紡性差的問題，對纖維進行養生處理是必不可少的，且合適的養生方法能有效提高植物染莫代爾纖維的可紡性和混紡比例，為植物染莫代爾纖維的色紡紗生產提供了一定的理論基礎。

4 結論

(1) 柔軟劑的種類和濃度不同，對茜草植物染莫代爾纖維的養生效果不同，根據養生效果的不同可選擇最佳處理條件。

(2) 綜合各方面因素考慮，對于茜草植物染莫代爾纖維的養生處理最佳處理條件為：1%o.w.f的三元共聚聚硅氧烷柔軟劑。

(3) 試紡試驗表明，對茜草植物染莫代爾纖維進行養生是必要的，能有效提高纖維的可紡性和混紡比例，為植物染莫代爾纖維的色紡紗生產提供了一定的基礎。